Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mikrofonverstärker für Knowles FG-23629

Ganz vielen Dank für den Vorschlag. Wenn die Frage noch erlaubt ist: wie 
sollte besten mit dem hohen Innenwiderstand (bis zu 6800 kOhm) der 
Mikrofonkapsel umgegangen werden?

Übrigens, mit LTspice sehe ich bei der Originalschaltung keine 
Überhöhung bei 80kHz.

Lade mal Deine asc-Datei hoch, evtl mußt Du die umbenennen in 
***.asc.txt,
damit der DateiFilter sie schluckt

Josef schrieb:
> Allerdings ist mir auch nicht ganz klar auf was der TO optimieren will.

Ich brauch einen ungefähr linearen Frequenzgang, d.h. der Abfall um 
12dB/Oktave soll vor dem ADC kompensiert werden - möglichst rauscharm. 
Als ADC ist ein ADS127L01 vorgesehen (24bit /512kSamples/s --> 17.5 
ENOB). Für die Signalaufbereitung bis zum ADC brauche sind folgende 
Anpassungen erforlich:

 a. Ausgleich des Innenwiderstands des FG-23629 (2800 bis 6800 Ohm / 
13pF; max 50 uA)
 b. Frequenzgangkorrektur
 c. Signalspreizung auf max. +/- 1.25 V
 d. Antialias Filter vor dem ADC
 e. differentielles Signal

Die Aufgaben d./e. wird ein FDA (wahrscheinlich THS4541) übernehmen. In 
diesem Thread geht es mir insbesondere um b. (und a.). Ein OpAmp 
basierter Hochpass müsste dafür mehrer 100 MHz Bandbreitenprodukt haben, 
daher mein Interesse an der Transistor-Schaltung von thosch, da hier die 
Verstärkung um 12dB passt.

Leider verstehe ich die Schaltung nicht ganz. Für die Lage der Pole ist 
wohl die Rückkopplung von Q2 über R4 mitentscheidend?

Beim Vorschlag von Arno ist tatsächlich die Gesamtverstärkung/Anhebung 
nicht ausreichend.

ArnoR schrieb:
> und meine
> Schaltung etwas abgeändert.
Im Deinem ersten Vorschlag war die "Überhöhung" - bei näherem Hinsehen - 
weit näher am gewünschten Frequenzgang als die untere Kurve.

Dein neuer Vorschlag ist da näher an der Anforderung, danke nochmal. 
Kannst Du bitte kurz skizzieren, wie der Frequenzgang zustande kommt?

axel r. schrieb:
> Dem analogen Kram vorn würd ich eine 9V-Lithium BlockBatterie
> spendieren.

Daran hatte ich auch schon gedacht; allerdings soll das ganze irgendwann 
mal auf einem PMOD landen, da wäre ein 9-Block ziemlich klobig. Die 3,3V 
habe ich "umsonst".

> Wobei - ist "MEMS" noch analog :)?
Das FG-23629 ist kein MEMS, oder zumindest kein "normales". Das Teil ist 
winzig, die Länge beträgt 2,5mm. Knowles hält sich mit dem Innenleben 
bedeckt; ich vermute, da steckt nicht mehr als ein einzelner JFET drin.

> Einen Emitterfolger und danach direkt in eine Basisschaltung hinein ...
Naja, ich bin sowieso kaum "bipolar", da noch eine Basisschaltung mit 
Hochpass 2. Ordnung - ich fürchte dazu langt es bei mir (noch) nicht.

Stromtuner schrieb:
> Ich hatte einen 40khz Piezo mit einer Induktivität parallel "breit"
> gezogen.

Wie "breit" lässt der sich ziehen? 20 bis 80 kHz?

Ansonsten habe ich hier einen Ultraschall-Vergrämer für unter 20 Euro, 
dessen Hochtöner ist bis 50 kHz spezifiert. Ganz schick wäre natürlich 
eine Mimik mit flacher Charakteristik bis 100 kHz.

BTW: Eigentlich ist jedes Mikro auch ein US-Mikro - nur machen sich die 
wenigsten Hersteller die Mühe, oberhalb der menschlichen Hörschwelle 
nachzumessen.

Zum Aufbauen bin ich noch nicht gekommen, muss erstmal einkaufen.

Nein, die normalen Elektretmikrofone taugen nicht für Ultraschall. Das 
wäre sogar kontraproduktiv fürs Sprachband. Der Bandpaß durch das Mikro 
vorgegeben, erleichtert es einem in normalen Schaltungen für 
Anwendungen, wofür das Mikro gedacht war.

Und bei den Murata-Kapseln: Das kann auch nicht wirklich gut 
funktionieren, denn die Resonanz ist auch mechanisch stark definiert als 
Helmholtz-Resonator. Da wird man sicherlich mächtig Abstriche machen 
müssen. Probiert habe ich das noch nicht.
Die Resonanzfrequenz definiert sich hauptsächlich über den Durchmesser 
der Piezoscheibe und der Länge des Helmholtz-Resonators. Daher kann man 
die Nutzfrequenz auch außen über den Durchmesser des Wandlers erkennen.
Der Trichter auf der Scheibe ist der akustische Impedanzwandler.

Abdul K. schrieb:
> Nein, die normalen Elektretmikrofone taugen nicht für Ultraschall.

Könnte man denken. Auch das FG-23629, um das er hier geht ist für den 
Sprachbereich konzipiert (Hörgeräte); der Frequenzgang ist flach bis 
10kHz mit 12dB/Oktave ABfall oberhalb von 12.5kHz.

Tatsächlich gibt es einige, wohl auch kommerziell erfolgreiche 
Ultraschall-/Fledermausdetektoren, die dieses Mikro verwenden. Oder 
andere Elektret-Mikros, die nie für Ultraschall gedacht waren. Das geht, 
solange das Signal-Rausch-Verhältnis, wie beim FG-23629, auch bei hohen 
Frequenzen in etwa konstant bleibt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Richtcharakteristik. Mikros mit 
stark gerichteter Empfindlichkeit sind wenig geeignet, sich schnell 
umherbewegende Tiere zu erfassen. Bin kein Fachmann, aber das scheint 
wohl gerade bei Kondensatormikrophonen, mit an sich hoher Empflichkeit 
im US-Bereich, der Fall zu sein.

Da bin ich wieder :-) Zunächst nochmal ein großes Danke für die 
bisherigen Vorschläge - sie haben mir wertvolle Anstöße geliefert.

Inzwischen sind die FG-23629 bei mir eingetroffen. Bei einer empfohlenen 
Versorgungsspannung von 1.3 V sehe ich ca. 350 mV pp maximalen Signalhub 
(anblasen mit Hundepfeife). Daraus ergeben sich folgende Anforderungen 
an die Signalverstärkung:

  * Grundverstärkung (12.5kHz):  15 dB  --> 2V pp
  * Frequenzabhängig (100kHz):  15+36 = 54 dB

Um eine rauschfördernde Signalabschwächung durch den ersten Hochpass zu 
vermeiden, habe ich die Schaltung dreiteilig angedacht:

  1. Eingangspuffer (CFP + Bootsstrapping: Q5/Q6) - könnte evtl. durch 
einen geeigneten OpAmp ersetzt werden
  2. 15dB Grundverstärkung +HP 6dB/Oktave (Siklai-Paar Q1/Q2)
  3. HP +6dB Oktave HP +Dämpfung für Frequenzen >200kHz (Q3)

(Enkoppelkondensator und Lastwiderstand am Ausgang habe ich hier 
weggelassen.)

In Hinblick auf das Rauschverhalten soll die frequenzabhängige Anhebung 
auf zwei Verstärkungsstufen mit jeweils 6dB aufgeteilt werden. Der 
Hochpass vor der ersten Stufe ist so ausgelegt, dass Signalfrequenzen 
oberhalb von 12.5kHz vor der weiteren Verstärkung nicht abgeschwächt 
werden.

Auf dem Steckbrett aufgebaut: Der Eingangspuffer tut das was er soll 
ohne das Signalrauschen wesentlich zu erhöhen.

Die zweite Stufe mit Q1/Q2 verstärkt wie vorgesehen - nur leider auch 
das Grundrauschen! Die angehängten Snapshots von Oszi und 
Spektrumanalyse zeigen das Eingangsignal (statt Mikro) von 50kHz am 
Eingang in Orange und nach der ersten Verstärkerstufe in Blau. Die 
zweite Stufe (Q3) habe ich gleich wieder rausgezogen - das kam kein 
brauchbares Signal raus.

Ist es möglich, die Rauschverstärkung spezifisch zu unterdrücken - oder 
zumindest auf ein erträgliches Maß abzusenken?

voltwide schrieb:
> Davon abgesehen wozu ein Eingangspuffer?

Ganz einfach - die Exemplarstreuung reicht laut Datenblatt von 2.8k bis 
6.8k, das von mir eingesetzte Exemplar könnte sogar bei 7k zu liegen. 
Ohne Puffer müsste die Verstärkung an das jeweils individuelle Mikrophon 
angepasst werden.

Warum sollte der Puffer nicht funktionieren?  Ich sehe keine Probleme 
und auch beim Rauschen macht er sich (zumindest mit meinen Messmitteln) 
nicht bemerkbar.