Mikrofonvorverstärker

Einleitung

In diesem Teil geht es um die Audiosignalaufnahme und die Verstärkung dieses Signals, sodass es stark genug ist, um durch die verschiedenen Filter in die gebrauchten Frequenzspektren aufgeteilt zu werden und danach die LEDs für die jeweiligen vorher genannten Spektren steuern zu können.

Konzept

Für die Audiosignalaufnahme wird ein Elektretmikrofon verwendet, das je nach Abstand bzw. Stärke der Tonquelle relativ kleine Spannungssignale im mV-Bereich liefern kann. Daher wird hier eine Verstärkerstufe benötigt. Dazu verwenden wir einen OPV als nichtinvertierende Verstärkerschaltung. Damit die Verstärkung im nachhinein verändert werden kann, verläuft die Rückkopplung zum invertierenden Eingang des OPVs durch ein Potentiometer.

Der OPV wird mit 10V im single-supply betrieben. Um Übersteuerungen zu verhindern, werden verschiedenen Spannungsgleichanteile des Mikrofonsignals mithilfe eines Koppelkondensators rausgefiltert und anschließend wird das Signal in die Mitte des Arbeitsbereichs des OPVs verschoben. Das wird mit einem Spannungsteiler realisiert.

Schaltungsentwurf

Mikrofonvorverstärker
Der verwendete Mikrofonverstärker sieht folgendermaßen aus:

Folgende Bauteile wurden verwendet:

• R₁=22kΩ

• R₂=10kΩ

• R₃=10kΩ

• R₄=460Ω

• R₅= bis zu 5kΩ

• C₁=10μF

• C₂=0.1μF

• TL072 Operationsverstärker

• MC100 Elektret-Kondensator-Mikrofonkapsel

Die Verstärkung wird so berechnet:

Dokumentation der Arbeitsentwicklung

Bevor die Schaltung auf ein Steckbrett umgesetzt wird, wird zumindest ein Teil der Schaltung mithilfe von LTSpice simuliert, um zu sehen ob die gewünschte Verstärkung erreicht wird. Dazu wird ein beliebiges Sinussignal erzeugt.

Der Widerstand R₄, an dessen Stelle später das Potentiometer kommt, wird zu Testzwecken so eingestellt, dass eine 10-fache Verstärkung erreicht wird. Anschließend erhalten wir für das Eingangs- und Ausgangssignal folgende Ergebnisse:

Anschließend wird die Theorie auf das Steckbrett übertragen und sieht dann folgendermaßen aus:

Mit dieser Schaltung lassen wir uns sowohl das Mikrofonsignal (blau) als auch das Verstärkte Signal (gelb) am Oszilloskop anzeigen: