/ Valle Thorø Side 1 af 12 Projekt:
I større bygninger kan det være praktisk med et samtaleanlæg, så der kan kommunikeres over større afstande. Det kan fx. være mellem stuehuset og stalden på en
landbrugsejendom, eller mellem forskellige rum i et parcelhus.
Beskrivelse:
Der ønskes udviklet og konstrueret et samtaleanlæg til ovenstående formål.
Der skal være mulighed for at koble et større antal stationer på et kabel rundt i bygningen.
Konstruktionen udføres således, at kommunikation fra en vilkårlig station sendes til alle andre tilkoblede stationer.
Der ønskes en rimelig god lydkvalitet, hvorfor der skal bruges en rigtig mikrofon i stationerne, og ikke blot en højtaler, koblet som mikrofon.
Der skal tages hensyn til økonomien i ledningsføringen, til strømforbruget, og systemet skal være let at installere og betjene.
På udgangsforstærkeren skal der være variabel lydstyrke.
Det er nok for hver af grupperne at konstruere og fremstille elektronikken til en af
stationerne. Vi indretter sammen signalerne således, at alle apparater kan arbejde sammen, uden at behøve at være ens.
Hver station spændingsfødes fra en 12 volt net-adapter. Der skal bruges single supply.
Rapporten:
Rapporten, der dokumenterer arbejdet, skal mindst indeholde:
Beskrivelse af kredsløbet,
Blokdiagram
Beskrivelse af blokkene.
Udvikling af deldiagrammer for de enkelte blokke.
Beregninger for del-diagrammerne.
Testresultater
ORCAD simuleringer
Forslag til forbedringer
Komponentliste
Konklusion
/ Valle Thorø Side 2 af 12
Strategi:
Der skal tages stilling til:
Opdeling i funktionsblokke.
Opdeling i 2 delkredsløb, Mikrofonforstærker og Højtalerforstærker.
Beskrivelse af signalniveauer, både for Sender og Forstærker Transmissionskabel, Parsnoet?
Omskifter mellem Sende og Modtage, med fjederretur.
Mikrofon-type - Electret. Se Hjemmeside / komponenter / Microfon. Der skal laves Øvelse Signaler forstærkes med OPAMPs
Udgangsforstærker: Der skal bruges Push-Pull Printplade, ( har vi desværre ikke tid til! ) Strømforsyning: Der bruges netadaptor!
Indbygningskasse – Heller ikke tid !!
Rapport ---
/ Valle Thorø Side 3 af 12 En electret mikrofon virker som en ( lyd) – trykstyret strømgenerator, eller næsten blot en ( lyd ) trykfølsom modstand.
Strømmen gennem den ligger mellem 50 og 500 uA, og den kan tåle en spænding mellem 1,5 og 9 Volt. ( Jeg mener nu, at 12 Volt er OK. )
Den terminal, der har forbindelse til huset, er den minusseste.
Gaflet beskrivelse:
The electret microphone is a special type of condenser microphone. A moving diaphragm and a fixed back plate form a parallel-plate capacitor, which is charged with a DC voltage. The sound waves hitting the microphone make the diaphragm vibrate. As a result, the capacitance varies, which causes voltage variations across the resistor that are proportional to the incident sound signal.
In the electret microphone, an electric charge is permanently "frozen" in the diaphragm or in the back plate. This removes the need for a DC voltage for the transducer, so an electret microphone only needs a power supply for its output amplifier.
The electret microphone has the merits of good signal quality and low cost. Electret microphones are extremely small, making them easy to fit even into compact housings. They are relatively insensitive to electromagnetic interference, which is particularly important for digital radio communications.
http://www.holmco.de/mik.html
/ Valle Thorø Side 4 af 12 Først ses lidt på hvordan et system kan opbygges:
Hver station kan opdeles i en ”sender” og en ”modtager”
Det kan fx se således ud!
Når man vil sende tale, trykker man på knappen. Den skal være en type, der selv springer tilbage!, altså med Fjeder Retur.
Alle tilkoblede stationer kan lytte med.
Opbygning af mikrofon-forstærker til et samtaleanlæg.
Til mikrofonen ønskes en stabil, stiv spænding.
Støj på forsyningsspændingen, som er lig høje frekvenser, kortsluttes til stel af C1.
Bestem knækfrekvensen!
Opgave, Se på et RC-led. Simuler!
Mic Amp SW2
HT Amp HT
Amp
Mic Amp
0 0
Til anden station
SW3
0
9Vdc V2 R1
1k
C1 10u
0
/ Valle Thorø Side 5 af 12 Mikrofonen kobles nu på.
Den får strøm fra en ”stiv” spænding.
Mikrofonen, en electret microphone, er en slags trykstyret modstand. Eller en trykstyret strømgenerator! Dvs. at den strøm, der løber ned gennem R2 er afhængig af lydtrykket.
Altså vil der optræde en varierende spænding i punktet Umic, som er afhængig af lydtrykket.
Signal-niveauet i punktet Umic måles med Scoopet. Noter tillige DC-spændingen i punkt Umic.
Dvs. DC-Offset.
Herefter kan det også simuleres i Orcad. Der sættes en Vsin på klemmerne Mic1 og Mic0
Det færdige kredsløb ønskes at have signalet liggende på halv forsyningsspænding, Ucc / 2, hvilket giver størst mulige signal-sving.
Udgangssignalet kunne passende være fx 4 V pp.
Herefter kan vi udregne den samlede ønskede gain, A´
En kondensator sættes nu i serie, for at blokere for DC.
DC-spændingen i punktet Umic er afhængig af hvilestrømmen gennem R2 og Mic.
Ved at sætte en seriekondensator ind i serie med signalets videre vej overføres kun svingninger, ikke DC.
Kan kaldes en ”DC-Blocker”
For at få mikrofonsignalets DC-værdi op eller ned på 4,5 Volt, kan en af følgende 2 kredsløb bruges:
R2 5.6k
Mic1
0 0
9Vdc V2
Mic0 R1
1k
C1 10u 0
Umic V
V4 FREQ = 1000 VAMPL = 30m VOFF = 1
R2 5.6k
Mic1
Mic1
0 0
9Vdc V2
Mic0
C5 220n
Mic0 R1
1k
C1 10u 0
Umic V
/ Valle Thorø Side 6 af 12 Ikke Inverterende kobling:
Her ses en løsning med non inv.
kobling.
R3 og R4 fast-holder Ucc/2.
C7 afkobler støj, dvs.
kortslutter støj til stel.
C5 og ( R5 + R3//R4 ) udgør et højpasled. Hvad er knækfrekvensen? Hvad bør den være?
C2 oplades til Ucc/2, hvorefter U1 forstærker signaler i forhold til halv forsyningsspænding.
Inverterende kobling:
Også denne inv.
Kobling kan bruges.
Dette kredsløb
belaster dog mikrofon- signalet mere.
Hvor meget?
Evt. kan R8 gøres større for ikke at belaste signalet. Men det påvirker jo forstærkningen.
C5 og R8 udgør et højpasled. Hvad er knækfrekvensen? Hvad bør den være ??
Hvad er nu signalet på Uout, ved normal tale? Hvor meget skal 2. led forstærke ??
Samlet kan kredsløbet nu se således ud:
V4 FREQ = 1000 VAMPL = 30m VOFF = 1
R2 5.6k
Mic1
Mic1
0 0
R6 270k 9Vdc V2
V
0 R5
220k R3
10k
Mic0
U1 OPAMP +
- OUT C5
220n
Mic0
Uout1 R1
1k
C7 10u
R7 10k C1
10u 0
Uin
0
0 C2
10u R4
10k Umic
V
V
V4
FREQ = 1000 VAMPL = 30m VOFF = 1
R2 5.6k
Mic1
Mic1
0 0
9Vdc V2
0 R8 10k R3
10k
Mic0
C5 220n
Mic0 R1
1k
C7 10u
U3
OPAMP + -
OUT
V C1
10u
0
R12 100k
0
V
R4 10k Umic
V
V
/ Valle Thorø Side 7 af 12 R14 kan gøres til et potentiometer. Og der kan sættes en kondensator over R12 for at knække
bodeplottet, hvor det ønskes. Hvor ?? Beregn!
Eller sådan kunne kredsløbet se ud, hvis non inverting kobling anvendes:
De høje frekvenser kan dæmpes af en kondensator over R6. Beregn!
De to kredsløb kan godt afprøves med en lille højtaler. Vi har nogle 60 Ohms højtalere. De belaster ikke operationsforstærkeren for meget. Det er jo begrænset, hvad den lille LM358 kan levere af strøm.
Prøv nu at sætte en lille højtaler direkte på operationsforstærker-udgangen!
V4
FREQ = 1000 VAMPL = 30m VOFF = 1
R2
5.6k R14
2k
Mic1
Mic1
0
Uout 0
9Vdc V2
0 R8 10k R3
10k
Mic0
C5 220n
Mic0 R1
1k
C7 10u
U3
OPAMP + -
OUT
V C1
10u
0
R12 100k
U4
OPAMP + -
OUT
0
V
R4 10k Umic
R13 1k V
V
U2 OPAMP +
- OUT
V4 FREQ = 1000 VAMPL = 30m VOFF = 1
R2 5.6k
Mic1
Mic1
Uin
0 0
R6 270k 9Vdc V2
0
100 K
R3 10k
Mic0
U1 OPAMP +
- OUT C5
220n
Mic0
Uout1 R1
1k
C3 10u C7
10u R10
3
1 2
R7
10k R9
27k C1
10u 0
0
0 C2
10u V
R4 10k
0 Umic
V
Uout2 R5
220k
/ Valle Thorø Side 8 af 12 Og så må det lige huskes,
at signalet ligger omkring Ucc/2. Dvs. at hvis højtaleren kobles direkte på Uout, vil ”Pappet” på højtaleren stå et stykke ude i forhold til
”ligevægtsstillingen”.
Signalet skal ned og svinge omkring nul. Det kan gøres med en kondensator i serie. Den skal være rimelig stor, for at få knæk-frekvensen til at passe.
Højtaler-forstærker
Skal man have en OPAMP til at give større strøm, kan man hjælpe den ved at bruge transistorer.
Undersøg følgende kredsløb:
Gnd V
0 C3
10u C4
470u
LS1
SPEAKER V
R9 27k
R11 64 Uout2
Uout
100 KR10
3
1 2 U2
OPAMP +
-
OUT
0
V
V1 V FREQ = 1k VAMPL = 4 VOFF = 0
R3 60 Q1
Q2N2222 BC337
V
VCC
Uout
0
V
0
C2 470u C1
220n
0 0
0
Uin
Q2
Q2N2907A BC327 R2
1k R1
1k VCC
VCC
U1
OPAMP +
-
OUT V2
12Vdc
V V
/ Valle Thorø Side 9 af 12 Grafen ser
således ud:
Der er ret kraftig Cross Over.
Når der arbejdes med transistorer, er man nødt til at tage i betragtning, at der er et spændingsfald over basis til emitter på ca. 0,7 Volt.
Hvis Feedback punktet tages fra udgangen, vil OPAMP’en kunne kompensere for dette spændingsfald.:
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms
V(UIN) V(R1:1) V(U1:-) V(UOUT) V(Q2:e) -5V
0V 5V 10V
V
C2 470u
V R1
1k
VCC
Uout
0
V C1
220n
R3 60
0
0 0
Q2
Q2N2907A BC327 0
Uin
R2 1k V2
12Vdc VCC
VCC
U1
OPAMP +
-
OUT
Q1
Q2N2222 BC337
V1 FREQ = 1k VAMPL = 4 VOFF = 0
V V
/ Valle Thorø Side 10 af 12 Her ses, at det er
OPAMP’ens udgangs- spænding, der
”ophæver” Delta Ube.
Forklar opampéns reaktion.
Det ses, at spændingsdeler-modstandene R1 og R2 er for små. De belaster signalet for meget! De kan sagtens vælges til 10 K hver eller 22 K
Højtaler-Amplifier. Den enkle version:
R4 og R5 bør være større!!
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms
V(UIN) V(R1:1) V(U1:OUT) V(UOUT) V(Q2:e) -5V
0V 5V 10V
V R8
1k Uin
0
U3
OPAMP + -
OUT
R10 60 V
VCC
R9 1k
Q3 Q2N2907A R5
1k
0
0 Pot
C3 10u V1
FREQ = 1k VAMPL = 4 VOFF = 0
R4 1k
Q4
Q2N2222 VCC
C4 100U
0 R6
1k V
0
V
V
V
R7 1k C1
220n
U2
OPAMP + -
OUT
/ Valle Thorø Side 11 af 12
Den lidt mere spændende version:
Det næste kredsløb bruger brokobling af højtaleren. Dette giver mere udgangs-effekt!
V
Q6
Q2N2222 VCC Q3
Q2N2907A Ucchalv e
R6 1k
Pot
R13
1k C1
220n Uin
R8
1k
R7 1k
U5
OPAMP + -
OUT V
R14
1k U2
OPAMP + -
OUT
R11
1k
Ucchalv e R5
10k
Q4
Q2N2222
Q7 Q2N2907A R4
10k
Ucchalv e
0 R9
1k
0
0 Ucchalv e
Rhojtaler 60 U4
OPAMP + -
OUT
U3
OPAMP + -
OUT
V Ucchalv e
R12
1k VCC
VCC
0 V1
FREQ = 1k VAMPL = 2 VOFF = 0
C3 10u 0
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms
V(UIN) V(Q4:e) V(Q7:e) -5V
0V 5V 10V
/ Valle Thorø Side 12 af 12 Ovenfor ses en simulering af kredsløbet.
Bruges der en differens-marker, ses følgende graf for udgangsspændingen:
Spændingen over Rhøjtaler bliver nu dobbelt så stor. Herved øges effekten med en faktor 4!!
𝑃 =𝑈2
𝑅 [𝑊𝑎𝑡𝑡]
V+
Rhojtaler 60
V-
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms
V(UIN) V(Q4:e,Q7:e) -5.0V
0V 5.0V
