Μπορούμε να θεωρήσουμε το Volume Meter ως ισοσταθμιστή, που υπάρχει στα συστήματα μουσικής. Στο οποίο μπορούμε να δούμε το χορό των φώτων (LED) σύμφωνα με τη μουσική, εάν η μουσική είναι δυνατή, ο ισοσταθμιστής φτάνει στο αποκορύφωμά του και σε χαμηλή μουσική παραμένει Χαμηλός. Έχουμε επίσης κατασκευάσει έναν μετρητή έντασης ήχου ή VU, με τη βοήθεια των MIC, OP-AMP και LM3914, το οποίο ανάβει τις λυχνίες LED σύμφωνα με την ισχύ του ήχου, εάν ο ήχος είναι χαμηλός, θα ανάβουν λιγότερα LED και εάν ο ήχος είναι υψηλότερος Οι λυχνίες LED θα ανάβουν, ελέγξτε το βίντεο στο τέλος. Ο μετρητής VU χρησιμεύει επίσης ως συσκευή μέτρησης όγκου.
Ο συμπυκνωτής MIC ή το μικρόφωνο είναι ένας μετατροπέας ανίχνευσης ήχου, ο οποίος βασικά μετατρέπει την ηχητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, οπότε με αυτόν τον αισθητήρα έχουμε ήχο ως μεταβαλλόμενη τάση. Συνήθως καταγράφουμε ή αισθανόμαστε ήχο μέσω αυτής της συσκευής. Αυτός ο μορφοτροπέας χρησιμοποιείται σε όλα τα κινητά τηλέφωνα και φορητούς υπολογιστές. Ένα τυπικό MIC μοιάζει,
Προσδιορισμός της πολικότητας του συμπυκνωτή μικροφώνου:
Το MIC έχει δύο τερματικά το ένα είναι θετικό και το άλλο αρνητικό. Η πολικότητα του μικροφώνου μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας ένα Multi-Meter. Πάρτε το θετικό καθετήρα του Multi-Meter (βάλτε το μετρητή σε λειτουργία ΔΙΑΔΡΟΜΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ) και συνδέστε το σε έναν ακροδέκτη MIC και τον αρνητικό αισθητήρα στον άλλο ακροδέκτη του MIC Εάν εμφανιστεί η ένδειξη στην οθόνη, τότε το τερματικό του θετικού (MIC) βρίσκεται στο αρνητικό τερματικό του Multi-Meter. Ή μπορείτε απλά να βρείτε τους ακροδέκτες κοιτάζοντας το, ο αρνητικός ακροδέκτης έχει δύο ή τρεις γραμμές συγκόλλησης, συνδεδεμένες στη μεταλλική θήκη του μικροφώνου. Αυτή η συνδεσιμότητα, από αρνητικό τερματικό έως μεταλλική θήκη μπορεί επίσης να δοκιμαστεί χρησιμοποιώντας συνέχεια δοκιμαστή, για να μάθετε το αρνητικό τερματικό.
Απαιτούμενα στοιχεία:
Op-amp LM358 και, LM3914 (συγκριτής 10 bit) και MIC (βλέπε παραπάνω)
100KΩ αντίσταση (2 τεμάχια), 1K Ω αντίσταση (3 τεμάχια), 10KΩ αντίσταση, 47KΩ δοχείο,
Πυκνωτής 100nF (2 τεμάχια), πυκνωτής 1000μF, 10 LED,
Breadboard και μερικά καλώδια σύνδεσης.
Διάγραμμα κυκλώματος και εξήγηση εργασίας:
Το διάγραμμα κυκλώματος του μετρητή VU φαίνεται στο παρακάτω σχήμα,
Η λειτουργία του κυκλώματος μετρητή VU είναι απλή. Στην αρχή το MIC παίρνει τον ήχο και τον μετατρέπει σε επίπεδα τάσεων γραμμικά με την ένταση του ήχου. Έτσι, για υψηλότερο ήχο θα έχουμε υψηλότερη τιμή και χαμηλότερη τιμή για χαμηλότερο ήχο. Στη συνέχεια, αυτά τα σήματα τάσεων τροφοδοτούνται στο φίλτρο High Pass για να φιλτράρετε τον θόρυβο, και μετά τα σήματα φιλτραρίσματος ενισχύονται από το Op-amp LM358 και τέλος αυτά τα φιλτραρισμένα και ενισχυμένα σήματα τροφοδοτούνται στο LM3914, το οποίο λειτουργεί ως βολτόμετρο και ανάβει LED σύμφωνα με η ένταση του ήχου. Τώρα θα εξηγήσουμε κάθε βήμα ένα προς ένα:
1. Αφαίρεση θορύβου χρησιμοποιώντας φίλτρο High Pass:
Το MIC είναι πολύ ευαίσθητο στον ήχο και επίσης στους περιβαλλοντικούς θορύβους. Εάν δεν ληφθούν ορισμένα μέτρα, ο ενισχυτής θα ενισχύσει τον θόρυβο μαζί με τη μουσική, αυτό είναι ανεπιθύμητο. Έτσι, πριν πάμε στον ενισχυτή, θα φιλτράρουμε τους θορύβους χρησιμοποιώντας High Pass Filter. Αυτό το φίλτρο εδώ είναι εδώ ένα παθητικό φίλτρο RC (Resistor- Capacitor). Είναι εύκολο να σχεδιαστεί και αποτελείται από μία αντίσταση και έναν πυκνωτή.
Δεδομένου ότι μετράμε το εύρος ήχου, το φίλτρο πρέπει να σχεδιαστεί με ακρίβεια. Κατά τη σχεδίαση του κυκλώματος πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η συχνότητα διακοπής του φίλτρου υψηλής διέλευσης. Ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης επιτρέπει σήματα υψηλής συχνότητας, που μεταδίδονται από είσοδο σε έξοδο, με άλλα λόγια επιτρέπει μόνο τη διέλευση σημάτων που έχουν υψηλότερη συχνότητα από τη συνταγογραφούμενη συχνότητα φίλτρου (διακοπή συχνότητας). Ένα κύκλωμα υψηλής διέλευσης εμφανίζεται στο κύκλωμα.
Το ανθρώπινο αυτί μπορεί να επιλέξει συχνότητες από 2-2Khz. Έτσι θα σχεδιάσουμε ένα φίλτρο High Pass με συχνότητα αποκοπής στην περιοχή 10-20Hz.
Η συχνότητα αποκοπής ενός φίλτρου υψηλής διέλευσης μπορεί να βρεθεί με τον τύπο, F = 1 / (2πRC)
Με αυτόν τον τύπο μπορούμε να βρούμε την τιμή R και C για μια επιλεγμένη συχνότητα αποκοπής. Εδώ χρειαζόμαστε μια συχνότητα αποκοπής μεταξύ 10-20 Hz.
Τώρα για τιμές ή R = 100KΩ, C = 100nF, θα έχουμε αποκοπή συχνότητας περίπου 16Hz, η οποία επιτρέπει μόνο την εμφάνιση σήματος συχνότητας υψηλότερης από 16Hz, στην έξοδο. Αυτές οι τιμές αντίστασης και πυκνωτή δεν είναι υποχρεωτικές που μπορεί κανείς να παίξει με την εξίσωση για καλύτερη ακρίβεια ή για ευκολία επιλογής.
2. Ενίσχυση των ηχητικών σημάτων:
Μετά την αφαίρεση του στοιχείου θορύβου, τα σήματα τροφοδοτούνται στο Op-amp LM358 για ενίσχυση. Το OP_AMP σημαίνει "Operation Amplifier". Αυτό χαρακτηρίζεται από το σύμβολο του τριγώνου με τρεις ακίδες IO (Έξοδος εισόδου) Δεν πρόκειται να το συζητήσουμε λεπτομερώς εδώ. Μπορείτε να διαβάσετε τα κυκλώματα LM358 για περισσότερες λεπτομέρειες. Εδώ, πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε το op-amp ως ενισχυτή αρνητικής ανάδρασης για να ενισχύσουμε το σήμα χαμηλού μεγέθους από το MIC και να τα φέρουμε σε επίπεδο όπου μπορούν να επιλεγούν από το LM3914.
Ένα τυπικό op-amp σε αρνητική ανάδραση φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Ο τύπος για την τάση εξόδου είναι, Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Με αυτόν τον τύπο μπορούμε να επιλέξουμε το κέρδος του ενισχυτή.
Με τα σήματα MIC στα μVolts, δεν μπορούμε να το τροφοδοτήσουμε απευθείας στο βολτόμετρο για ανάγνωση, καθώς δεν θα είναι πρακτικά δυνατό για το βολτόμετρο να επιλέξει αυτές τις χαμηλές τάσεις. Με το op-amp να έχει κέρδος 100, μπορούμε να ενισχύσουμε τα σήματα από το MIC και να το τροφοδοτήσουμε περαιτέρω στο βολτόμετρο.
3. Οπτική αναπαράσταση των επιπέδων ήχου χρησιμοποιώντας LED:
Τώρα έχουμε το φιλτραρισμένο και ενισχυμένο ηχητικό σήμα. Αυτό το φιλτραρισμένο ενισχυμένο σήμα ήχου από το op-amp, δίνεται στο βολτόμετρο LED LM3914 chip για τη μέτρηση της ισχύος του ηχητικού σήματος. Το LM3914 είναι ένα τσιπ που οδηγεί 10 LED με βάση την ένταση του ήχου / τάσης. Το IC παρέχει δεκαδικές εξόδους με τη μορφή φωτισμού LED με βάση την τιμή της τάσης εισόδου. Η μέγιστη τάση εισόδου μέτρησης ποικίλλει ανάλογα με την τάση αναφοράς και την τάση τροφοδοσίας. Αυτή η συσκευή με ένα τσιπ μπορεί να ρυθμιστεί με έναν τρόπο, από τον οποίο μπορούμε να παρέχουμε οπτική αναπαράσταση στην αναλογική τιμή του op-amp.
Το τσιπ LM3914 έχει πολλά χαρακτηριστικά και μπορεί να τροποποιηθεί σε κύκλωμα προστασίας μπαταρίας και κύκλωμα Ammeter. Αλλά εδώ συζητάμε μόνο τα χαρακτηριστικά που μας βοηθούν στην κατασκευή του VOLTMETER.
Το LM3914 είναι ένα βολτόμετρο 10 σταδίων που σημαίνει ότι παρουσιάζει παραλλαγές σε λειτουργία 10 bit. Το τσιπ ανιχνεύει τη μέτρηση της τάσης εισόδου ως παράμετρο και τη συγκρίνει με αναφορά. Ας πούμε ότι επιλέγουμε μια αναφορά του "V", τώρα κάθε φορά που η τάση εισόδου μέτρησης αυξάνεται κατά "V / 10", έχουμε ένα LED υψηλότερης τιμής ανάβει. Όπως εάν δώσαμε το "V / 10", το LED1 θα ανάψει, εάν δώσαμε το "2V / 10", το LED2 θα ανάψει, αν δώσουμε το "8V / 10", το LED8 θα ανάψει. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της μουσικής, τόσο μεγαλύτερη είναι η οπτική αναπαράσταση των LED (περισσότερες λάμψεις LED).
LM3914 IC στο κύκλωμα:
Το εσωτερικό κύκλωμα του LM3914 φαίνεται παρακάτω. Το LM3914 είναι βασικά ένας συνδυασμός 10 συγκριτών. Κάθε συγκριτής είναι ένα op-amp, με την απόκτηση τάσης αναφοράς στον αρνητικό του ακροδέκτη.
Όπως συζητήθηκε, η τιμή αναφοράς πρέπει να επιλεγεί, με βάση τη μέγιστη τιμή μέτρησης. Η έξοδος του OP_AMP θα είναι από 0-4V στο μέγιστο. Πρέπει λοιπόν να επιλέξουμε τάση αναφοράς LM3914 ως 4V.
Η τάση αναφοράς επιλέγεται από δύο αντιστάσεις που συνδέονται στον πείρο RefADJ του LM3914 όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο τύπος σχετικά με την τάση αναφοράς δίνεται επίσης στο παρακάτω σχήμα (από το δελτίο δεδομένων του),
Τώρα, υπάρχει ένα πρόβλημα με την αναφορά τάσης βάσει διαίρεσης αντίστασης, ότι εξαρτάται κάπως από την τάση τροφοδοσίας. Έτσι αντικαταστήσαμε τη σταθερή αντίσταση R2 με ένα δοχείο 47KΩ όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος. Με το δοχείο στη θέση του, μπορούμε να προσαρμόσουμε την αναφορά, ανάλογα με την ευκολία.
Με αναφορά 4V, κάθε φορά υπάρχει αύξηση 0,4V ανάλογα με την ένταση του ήχου, το LED υψηλής σημασίας ανάβει. Το επίπεδο μέτρησης για LED πηγαίνει όπως, + 0.4V, + 0.8V, + 1.2V, + 1.6V, + 2.0V, + 2.4V, + 2.8V, + 3.2V, + 3.6V, + 4.0V.
Με λίγα λόγια, όταν υπάρχει ήχος, το MIC παράγει τάσεις που αντιπροσωπεύουν το μέγεθος αυτών των ηχητικών κυμάτων, αυτά τα σήματα από το MIC φιλτράρονται με φίλτρο RC. Τα φιλτραρισμένα σήματα τροφοδοτούνται στο op-amp LM358 για ενίσχυση. Αυτά τα φιλτραρισμένα και ενισχυμένα σήματα MIC δίδονται στο βολτόμετρο LM3914. Το βολτόμετρο σύγκρισης LM3914 ανάβει τις λυχνίες LED ανάλογα με την ισχύ στο δεδομένο σήμα. Ως εκ τούτου, έχουμε όργανο μέτρησης ήχου, και έτσι VOLUME METER.