Sinyal audio biasing DC

Saya telah melihat beberapa cara berbeda untuk menambahkan bias DC ke sinyal audio. Saya telah mensimulasikan mereka dan mereka semua memberi saya hasil yang sama, tetapi saya tidak tahu mengapa memilih A lebih dari B atau C. Sumber audio saya akan menjadi Line Level Audio -2V ke + 2V AC melewati kopling 220uF dan kemudian filter low pass (RC, 2 kutub). Sinyal akan dibaca oleh ADC.

Cara pertama adalah menggunakan pembagi tegangan: Sirkuit Biasing Sederhana

masukkan deskripsi gambar di sini

Ini cukup jelas dan saya mengerti cara kerjanya. Saya juga telah melihat desain yang sama ini menggunakan dioda tetapi tidak dapat menemukan contoh.

Contoh berikut: Bagaimana cara membaca sinyal audio menggunakan ATMega328? - gambar dari jawaban endolith.

masukkan deskripsi gambar di sini

Satu lagi yang saya lihat adalah: Saya tidak begitu mengerti sirkuit preamp FET-BJT ini

Dan skematisnya adalah untuk pre-amp, dan ada 2 versi dan keduanya menambahkan bias.

masukkan deskripsi gambar di sini

Pertanyaan saya adalah apa praktik terbaik untuk menambahkan bias ke sinyal audio? Apa sajakah cara lain untuk menambahkan bias DC ke sinyal?

Sunting / Perbarui: Melihat jawaban - menggunakan jawaban yang kedua sepertinya akan bekerja paling baik untuk aplikasi saya, menggunakan sesuatu seperti ini. Apakah ada perbaikan lain yang bisa saya lakukan? Lainnya kemudian Stabil Vref / power rails.

masukkan deskripsi gambar di sini

audio dc bias

— jsolarski
sumber

Catatan kecil, Anda mengatakan Anda memiliki penutup decoupling 220 uF. Saya pikir Anda mungkin mengacu pada kopling.

— Kellenjb

Sinyal akan dibaca oleh ADC, untuk penghitung BPM (detak per mnt) Dan Kellenjb Anda benar kopling dan tidak decoupling - tetap

— jsolarski

Sebagai catatan: Saya menggunakan solusi pertama tanpa masalah tetapi rangkaian saya jelas bukan solusi yang tepat karena ada pada pesawat model dengan banyak kebisingan lainnya (motor, servo, angin dll.)

— Thomas O

Anda sengaja mencoba mengisolasi frekuensi rendah dengan filter RC itu, bukan?

— endolith

@ endolith Ya saya sengaja mencoba untuk mengisolasi frekuensi rendah, di bawah 3KHz

— jsolarski

Jawaban:

Jangan gunakan sirkuit pertama. Segala kebisingan atau lonjakan pada catu daya akan bercampur dengan sinyal Anda. Karena titik bias terhubung langsung ke sinyal, Anda tidak dapat menyaring suara catu daya tanpa juga menyaring sinyal.

Jangan gunakan sirkuit kedua. Ini menghasilkan tegangan titik tengah yang tergabung erat dengan ground, sehingga komponen DC adalah setengah dari pasokan, tetapi komponen AC (noise dan spike) disaring oleh kapasitor. Namun, itu bukan rangkaian lengkap, Anda masih perlu menghubungkannya ke sinyal Anda.

Inilah yang ingin Anda lakukan :

DC biasing sederhana

Outputnya sama dengan input, hanya bergeser ke atas sebesar 2,5 V. Resistor pada input memastikan bahwa sisi input kapasitor berada pada 0 VDC, untuk mencegah muncul selama koneksi. Resistor pada sisi keluaran dari penutup kopling AC bias terhadap tegangan bias DC. Jika sirkuit Anda sudah memiliki sumber tegangan bias DC bersih rendah impedansi, sambungkan ke sana. Jika tidak, Anda dapat menggunakan sirkuit # 2 untuk menghasilkan bias, seperti ini :

Sirkuit menampilkan biasing DC dari sinyal AC

(Simulasi membutuhkan waktu lama untuk mencapai nilai bias DC. Tekan entri menu "Cari titik operasi DC" untuk menyelesaikannya. )

Tegangan bias DC diproduksi oleh pembagi tegangan dan kapasitor untuk menyaring kebisingan catu daya. Perhatikan bahwa jika Anda menggunakan titik Vbias yang sama untuk beberapa sinyal, mereka dapat melintasi titik ini. Tutup bias lebih besar mengurangi crosstalk. Kapasitor kopling yang lebih besar meningkatkan respons frekuensi rendah. Tetapi membuatnya terlalu besar dan akan membutuhkan waktu lama untuk diisi daya saat Anda mematikan saklar daya.

Diagram ke-3 bukan sirkuit biasing; itu adalah preamplifier mikrofon.

— endolit
sumber

Adapun pre-amp akan sinyal bias sirkuit jika saya menggunakan (phono) sinyal atau mikrofon tidak un? atau haruskah hanya melalui pre-amp yang tidak bias dan bias sinyal di dekat filter?

— jsolarski

@ jsolarski: Saya tidak mengerti pertanyaan Anda tentang preamp. Sirkuit itu adalah preamplifier elemen mik gain tinggi. Apakah Anda hanya ingin buffer sinyal sebelum masuk ke ADC?

— endolith

mengenai komentar saya sebelumnya, saya harus memposting pertanyaan lain ketika saya sampai di titik itu, kekhawatiran saya adalah saya memiliki beberapa sinyal, beberapa level garis dan beberapa input mic atau input phono level sangat rendah. Saya hanya perlu cara untuk menjaga level dalam kisaran yang sama, ketika menghubungkan sumber yang berbeda.

— jsolarski

@ jsolarski: Itu akan seperti input mixer audio, kalau begitu. Anda akan memerlukan beberapa kontrol penguatan variabel untuk input level rendah yang tidak dapat diprediksi, dan mungkin memisahkan jack untuk level-line, tergantung pada konektor yang ingin Anda gunakan. Untuk penghitung BPM, noise rendah mungkin tidak terlalu penting, jadi Anda bisa menggunakan tahap penguatan op-amp tunggal dengan rentang gain yang luas. Sebagai alternatif, rentang penguatan yang lebih sempit dan sakelar bantalan 20 dB.

— endolith

Anda mengatakan bahwa rangkaian pertama OP akan memiliki gangguan catu daya yang diperkuat tetapi rangkaian pertama Anda memiliki catu daya yang terhubung langsung ke output. Apakah kapasitor tidak ada di sana? Bagaimana rangkaian pertama menyaring AC power supply (noise)?

— SpaceDog

Metode paling sederhana adalah gambar pertama yang Anda tautkan. Ini akan melakukan pekerjaan, tetapi memiliki penarikan besar untuk aplikasi Anda. Jika saluran suplai Anda memiliki noise pada mereka, noise tersebut akan ditambahkan ke sinyal yang Anda coba ukur.

Metode kedua hampir identik dengan metode pertama. Ini keuntungan besar dari metode pertama adalah bahwa kebisingan pada jalur pasokan tidak akan memiliki efek yang besar pada sinyal itu sendiri.

Metode ketiga adalah over kill untuk apa yang ingin Anda lakukan. Ini dirancang untuk memberikan output daya yang lebih tinggi, tetapi karena Anda hanya membacanya dengan ADC, tidak ada alasan Anda membutuhkannya.

— Kellenjb
sumber

Jika tegangan dari mana ADC mendapatkan referensi dari feed pembagi resistor, saya tidak melihat bahwa memiliki tegangan yang digabungkan ke audio feeding, ADC akan menjadi masalah besar. Memang, jika ada keraguan dalam referensi ADC, saya akan berpikir itu ditambah ke input ADC dengan 50% amplitudo akan lebih baik daripada memiliki referensi dan input tidak, meskipun sinyal audio akan terdegradasi dalam hal apapun. Jika referensi ADC adalah tegangan absolut yang tidak tersedia pada pin keluaran, bias Anda juga harus menjadi tegangan absolut (dari regulator atau apa pun).

— supercat

Sirkuit pertama, pembagi resistor sederhana, sejauh ini merupakan solusi termudah, tercepat, dan termurah. Ini juga merupakan solusi yang digunakan oleh sebagian besar sirkuit audio. Kecuali Anda menginginkan tingkat kinerja pro-audio, ini adalah metode yang saya sarankan.

Solusi "benar" adalah memiliki power rail terpisah yang berada pada tegangan bias. Jalankan sinyal audio Anda melalui DC blocking cap kemudian miliki resistor pada power rail bias. Pendekatan ini memiliki lebih sedikit noise dan distorsi harmonik daripada resistor-divider sederhana - meskipun perbedaan dalam kinerja hanya penting bagi mereka yang ada di dunia pro-audio dan tidak layak untuk diganggu bagi kebanyakan orang.

Satu kasus di mana solusi "benar" bernilai masalah untuk sirkuit rata-rata adalah ketika ADC itu sendiri memberikan tegangan rel bias. Beberapa ADC akan mengeluarkan tegangan itu dan yang harus Anda lakukan adalah menggunakannya. Ini bagus karena Anda bisa mendapatkan presisi yang lebih baik daripada solusi lainnya. Kadang-kadang saya memiliki masalah, di mana saya harus mengambil output ini dari ADC dan menjalankannya melalui buffer berbasis op-amp gain unity sehingga memiliki kekuatan drive untuk bekerja dengan baik.

Dua solusi lain yang Anda sebutkan akan berhasil, tetapi saya tidak akan repot. Mereka agak tweak dan tidak menawarkan manfaat penting yang diberikan resistor-pembagi sederhana atau solusi "benar".