Rivelazione tono a 4KHz
Lo spunto, ancora una volta, l'ho preso dal Firstbot di Claudio Fin, con un grosso aiuto da parte del mio amico Paolo Torda.
Paolo, grazie alla sua indiscussa esperienza in gare explorer, mi ha messo in guardia sulle difficoltà del discernimento di un piccolo segnale monotonico affogato in mezzo ad un notevole rumore ambientale, in gran parte generato proprio dal robot stesso.
Virtual Ground
Il circuito è alimentato con una singola tensione, è perciò necessario un buon riferimento di massa virtuale per tutti gli stadi di amplificazione, come spiegato molto bene nell'application note SingleSupplyOpAmp dal sito della Texas Instruments
Gli operazionali scelti, gli opa2244 gentilmente ricevuti come sample dalla Texas, non sono "rail-to-rail", non mi permettono quindi di sfruttare tutta la dinamica dei 5V che ho a disposizione, ma mi permettono comunque (diversamente dai comuni 741) di ottenere un segnale d'uscita di 1.4Vrms senza distorsione.
Posso così avere i 200mVrms necessari al tone-decoder NE567 con abbastanza margine per non avere fastidiose spurie causate dal clipping del segnale.
Mixer
Questa parte miscela i segnali dei tre microfonini ad elettrete orientati in tre direzioni diverse, fornendo una prima piccola amplificazione.
Dividendo l'amplificazione totale nei tre stadi, ottengo un guadagno totale massimo di 250 senza che ogni stadio guadagni molto; riesco così ad ottenere il meglio dagli operazionali in termini di impedenza di ingresso e stabilità.
I condensatori di disaccoppiamento forniscono, insieme alle resistenze di ingresso, un primo filtro passa-alto a circa 3KHz che taglia una buona parte dei disturbi.
È molto importante la sezione che disaccoppia l'alimentazione dei microfoni (R36, C33, C34, C35, C36). L'oscillatore interno dell'NE567, infatti, sporca molto l'alimentazione e, essendo proprio a 4KHz, viene amplificato esattamente come il segnale utile.
Filtro Passa Banda 4KHz
La "pulizia" principale viene effettuata dalla sezione passa-banda. Questo stadio ha un guadagno di 5 sulla frequenza centrale di 4KHz, con una banda passante dell'8% (320Hz). Senza andare a rispolverare il mitico "Gasparini-Mirri" ho trovato in rete un programma Javascript che fa tutti i calcoli al posto mio, considerando anche i valori commerciali dei componenti e le loro tolleranze. QUI si può vedere il risultato dei calcoli.
Attenzione al valore di C consigliato dal programma, iniziando con 10nF invece di un filtro ho ottenuto un oscillatore a 4KHz! Abbassandolo a 3.3nF, aumentano di conseguenza tutte le R ed il circuito fa il suo dovere.
iIl valore che determina la Fc, è la R17 (R3 nel programma di calcolo). Volendo si può sostituire con un trimmer da 1KOhm.
Stadio di regolazione e amplificazione finale
Questo stadio aggiunge un ulteriore fattore 14 al guadagno totale.
Il trimmer per la regolazione della sensibilità, contrariamente ad altri schemi che ho visto, l'ho messo all'ingresso per evitare che il segnale possa arrivare alla saturazione prima di essere riportato al valore necessario.
Tone Decoder 4KHz
Questa parte del circuito è abbastanza classica.
I valori dei componenti sono stati calcolati per avere una larghezza di banda dell'8%.
Il datasheet dell'NE567 spiega molto bene come si effettuano tutti i calcoli, per chi non ama molto leggere è disponibile, sul sito di Vittorio Crapella , Il programma NE567.BAS che fa tutto per noi.
Il risultato finale è questo.
