Señal de audio de polarización de CC

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He visto algunas formas diferentes de agregar polarización DC a una señal de audio. Los he simulado y todos me dan resultados similares, pero no puedo entender por qué elegir A sobre B o C. Mi fuente de audio será un audio de nivel de línea -2V a + 2V AC pasado a través de una tapa de acoplamiento de 220uF y luego Un filtro de paso bajo (RC, 2 polos). La señal será leída por un ADC.

La primera forma es usar un divisor de voltaje: circuito de polarización simple

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Esto se explica por sí mismo y entiendo cómo funciona. También he visto este mismo diseño usando un diodo pero no pude encontrar un ejemplo.

Siguiente ejemplo: ¿Cómo leer una señal de audio usando ATMega328? - La imagen es de la respuesta del endolito.

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Otro que he visto es: no entiendo muy bien este circuito de preamplificador FET-BJT

Y el esquema es para un preamplificador, y hay 2 versiones y ambas agregan un sesgo.

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Mi pregunta es ¿cuál es la mejor práctica para agregar el sesgo a una señal de audio? ¿Cuáles son algunas de las otras formas de agregar un sesgo de CC a la señal?

Editar / Actualizar: Mirando las respuestas: usar la segunda parece que funcionará mejor para mi aplicación, usando algo como esto. ¿Hay alguna otra mejora que pueda hacer? Aparte de Vref estable / rieles de potencia.

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jsolarski
fuente
1
Pequeña nota, usted dice que tiene una tapa de desacoplamiento de 220 uF. Creo que te estás refiriendo a una tapa de acoplamiento.
Kellenjb
2
La señal será leída por un ADC, para un contador de BPM (latidos por minuto) Y Kellenjb tiene la tapa de acoplamiento correcta y no desacoplamiento - fijo
jsolarski
1
Como nota: uso la primera solución sin problemas, pero mi circuito definitivamente no es de alta fidelidad, ya que está en un modelo de avión con mucho ruido (motores, servo, viento, etc.)
Thomas O
1
Intentas aislar intencionalmente las bajas frecuencias con esos filtros RC, ¿verdad?
Endolito
1
@endolith Sí estoy tratando intencionalmente para aislar las frecuencias bajas, bajo 3 KHz
jsolarski

Respuestas:

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No uses el primer circuito. Cualquier ruido o picos en la fuente de alimentación se mezclarán con su señal. Debido a que el punto de polarización está conectado directamente a la señal, no puede filtrar el ruido de la fuente de alimentación sin también filtrar la señal.

Utiliza el segundo circuito. Produce un voltaje de punto medio que está estrechamente conectado a tierra, por lo que el componente de CC es la mitad del suministro, pero el condensador filtra el componente de CA (ruido y picos). Sin embargo, ese no es un circuito completo, aún necesita conectarlo a su señal.

Esto es lo que estás tratando de hacer :

polarización DC simple

La salida es la misma que la entrada, simplemente desplazada hacia arriba en 2.5 V. La resistencia en la entrada asegura que el lado de entrada del condensador esté a 0 V CC, para evitar estallidos durante la conexión. La resistencia en el lado de salida de la tapa de acoplamiento de CA polariza ese lado al voltaje de polarización de CC. Si su circuito ya tiene una fuente de voltaje de polarización CC limpia y de baja impedancia, conéctese a eso. De lo contrario, puede usar el circuito # 2 para generar el sesgo, de esta manera :

Circuito que muestra polarización de CC de una señal de CA

(Sin embargo, la simulación tarda mucho tiempo en alcanzar el valor de polarización de CC. Pulse la entrada del menú "Buscar punto de funcionamiento de CC" para resolverlo ) .

El voltaje de polarización de CC es producido por un divisor de voltaje y un condensador para filtrar el ruido de la fuente de alimentación. Tenga en cuenta que si usa el mismo punto de Vbias para múltiples señales, pueden cruzarse a través de este punto. La tapa de sesgo más grande reduce la diafonía. El condensador de acoplamiento más grande mejora la respuesta de baja frecuencia. Pero hazlos demasiado grandes y tardarán mucho tiempo en cargarse cuando apagues el interruptor de encendido.

El tercer diagrama no es un circuito de polarización; Es un preamplificador de micrófono.

endolito
fuente
En cuanto al preamplificador, ¿sería esa señal de polarización del circuito si estuviera usando una señal no amplificada (fono) o microfonía? ¿O debería pasar por un preamplificador que no sesga ni sesga la señal cerca del filtro?
jsolarski
@jsolarski: No entiendo tu pregunta sobre el preamplificador. Ese circuito es un preamplificador de elemento de micrófono de alta ganancia. ¿Está buscando amortiguar la señal antes de que entre en el ADC?
endolito
En cuanto a mi comentario anterior, tendré que publicar otra pregunta cuando llegue a ese punto, mi preocupación es que tengo múltiples señales, algunas son de nivel de línea y otras serán entradas de micrófono de nivel muy bajo o entradas de fono. Solo necesito una forma de mantener los niveles en el mismo rango, cuando conecto diferentes fuentes.
jsolarski
1
@jsolarski: Entonces será como cualquier entrada de mezclador de audio. Necesitará un control de ganancia variable para las entradas de bajo nivel impredecibles, y tal vez tomas separadas para el nivel de línea, dependiendo de los conectores que desee usar. Para un contador de BPM, el bajo nivel de ruido probablemente no sea tan importante, por lo que podría usar una sola etapa de ganancia de amplificador operacional con un amplio rango de ganancia. Alternativamente, un rango de ganancia más estrecho y un interruptor de almohadilla de 20 dB.
endolito
Usted dice que el primer circuito del OP tendrá amplificado el ruido de la fuente de alimentación, pero su primer circuito tiene la fuente de alimentación directamente conectada a la salida. ¿No falta un condensador allí? ¿Cómo está filtrando el primer circuito la fuente de alimentación de CA (ruido)?
SpaceDog
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El método más simple es la primera imagen a la que se vinculó. Hará el trabajo, pero tiene un gran inconveniente para su aplicación. Si sus líneas de suministro tienen algún ruido, el ruido se agregará a la señal que está tratando de medir.

El segundo método es casi idéntico al primer método. Su gran ventaja sobre el primer método es que el ruido en las líneas de suministro no tendrá un efecto tan grande en la señal misma.

El tercer método es matar por lo que quieres hacer. Está diseñado para proporcionar salidas de mayor potencia, pero como solo lo está leyendo con un ADC, no hay razón para que lo necesite.

Kellenjb
fuente
2
Si el voltaje del cual el ADC deriva su referencia alimenta el divisor de resistencia, no veo que tener ese voltaje acoplado al audio que alimenta el ADC sea un gran problema. De hecho, si hay alguna fluctuación en la referencia ADC, creo que tenerla acoplada a la entrada ADC con un 50% de amplitud sería mejor que hacer que la referencia se mueva y la entrada no, aunque la señal de audio se degradaría en cualquier caso. Si la referencia de ADC es un voltaje absoluto que no está disponible en un pin de salida, su polarización también debería ser un voltaje absoluto (de un regulador o lo que sea).
supercat
6

El primer circuito, el divisor de resistencia simple, es, con mucho, la solución más fácil, rápida y económica. También es la solución que utilizan la mayoría de los circuitos de audio. A menos que desee niveles de rendimiento pro-audio, este es el método que recomendaría.

La solución "correcta" sería tener un riel de alimentación separado que esté en el voltaje de polarización. Ejecute su señal de audio a través de una tapa de bloqueo de CC y luego tenga una resistencia al riel de alimentación de polarización. Este enfoque tiene menos ruido y distorsión armónica que el simple divisor de resistencia, aunque la diferencia en el rendimiento solo es importante para aquellos en el mundo del audio profesional y no vale la pena molestarse por la mayoría.

Un caso en el que la solución "correcta" vale la pena para el circuito promedio es cuando el ADC proporciona el riel de voltaje de polarización. Algunos ADC emitirán ese voltaje y todo lo que tiene que hacer es usarlo. Esto es bueno porque puede obtener una mejor precisión que cualquier otra solución. Sin embargo, a veces he tenido problemas en los que tuve que tomar esta salida del ADC y ejecutarla a través de un búfer basado en un amplificador operacional de ganancia unitaria para que tuviera la fuerza de la unidad para funcionar correctamente.

Las otras dos soluciones que mencionas funcionarían, pero no me molestaría. Son algo ajustables y no ofrecen ningún beneficio importante que proporcionan el simple divisor de resistencia o las soluciones "correctas".


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