Merač hlasitosti môžeme považovať za ekvalizér, ktorý je prítomný v hudobných systémoch. V ktorom môžeme podľa hudby vidieť tanec svetiel (LED), ak je hudba hlasná, ekvalizér dosahuje vrchol a pri nízkej hudbe zostáva nízky. Tiež sme vybudovali Volume Meter alebo VU meter, pomocou MIC, OP-AMP a LM3914, ktorý svieti LED diód podľa sily zvuku, ak je zvuk je nízky, menšie LED svieti, a ak je zvuk je vysoká viac LED diódy sa rozsvietia, na konci skontrolujte video. Merač VU slúži aj ako zariadenie na meranie objemu.
Kondenzátor MIC alebo mikrofón je snímač snímajúci zvuk, ktorý v zásade prevádza zvukovú energiu na elektrickú, takže s týmto snímačom máme zvuk ako meniace sa napätie. Cez toto zariadenie zvyčajne nahrávame alebo snímame zvuk. Tento menič sa používa vo všetkých mobilných telefónoch a notebookoch. Typický MIC vyzerá ako,
Určenie polarity kondenzátorového mikrofónu:
MIC má dva vývody, jeden je kladný a druhý záporný. Polaritu mikrofónu je možné zistiť pomocou multimetra. Vezmite kladnú sondu multimetra (prepnite merací prístroj do režimu testovania DIODE) a pripojte ju k jednej svorke MIC a záporná sonda k druhej svorke MIC. Ak získate namerané hodnoty na obrazovke, potom je kladná svorka (MIC) na zápornej svorke multimetra. Alebo svorky jednoducho nájdete tak, že sa na ne pozriete, záporná svorka má dve alebo tri spájkovacie vedenia, spojené s kovovým puzdrom mikrofónu. Túto konektivitu od záporného pólu k jeho kovovému puzdru možno tiež testovať pomocou testera kontinuity, aby sa zistil záporný pól.
Požadované komponenty:
Operačný zosilňovač LM358 a LM3914 (10-bitový komparátor) a MIC (pozri vyššie)
100KΩ rezistor (2 kusy), 1K Ω rezistor (3 kusy), 10KΩ odpor, 47KΩ pot,
100nF kondenzátor (2 kusy), 1000µF kondenzátor, 10 LED,
Nepájivá doska a niektoré konektorové vodiče.
Schéma zapojenia a pracovné vysvetlenie:
Schéma zapojenia meradla VU je ukázať v nasledujúcom poradí,
Pracovanie obvodu merača VU je jednoduché; spočiatku MIC zachytáva zvuk a prevádza ho na úrovne napätia lineárne k intenzite zvuku. Takže pre vyšší zvuk budeme mať vyššiu hodnotu a nižšiu hodnotu pre nižší zvuk. Potom sa tieto napäťové signály privádzajú do filtra High Pass, aby sa odfiltroval šum, potom sa po filtrácii signály zosilnia operačným zosilňovačom LM358 a nakoniec sa tieto filtrované a zosilnené signály privádzajú do LM3914, ktorý funguje ako voltmetr a svieti LED podľa intenzita zvuku. Teraz postupne vysvetlíme každý krok:
1. Odstránenie hluku pomocou filtra High Pass:
MIC je veľmi citlivý na zvuk a tiež na zvuky okolia. Ak sa neprijmú určité opatrenia, zosilňovač zosilní šum spolu s hudbou, čo je nežiaduce. Takže predtým, ako ideme do zosilňovača, budeme odfiltrovať zvuky pomocou High Pass Filter. Tento filter je tu, je tu pasívny RC filter (Resistor- Capacitor). Navrhuje sa ľahko a skladá sa z jedného rezistora a jedného kondenzátora.
Pretože meriame audio rozsah, musí byť filter navrhnutý presne. Pri návrhu obvodu je potrebné pamätať na medznú frekvenciu horného priechodu. Vysokofrekvenčný filter umožňuje signály vysokej frekvencie prenášané zo vstupu na výstup, inými slovami umožňuje iba prenos signálov, ktoré majú vyššiu frekvenciu ako je predpísaná frekvencia filtra (medzná frekvencia). V obvode je zobrazený hornopriepustný filter.
Ľudské ucho dokáže zvoliť frekvencie od 2 do 2 kHz. Navrhneme teda High Pass filter s medznou frekvenciou v rozmedzí 10-20Hz.
Hraničná frekvenciu vysokej priepustu možno nájsť vzorcom, F = 1 / (2πRC)
Pomocou tohto vzorca môžeme nájsť hodnotu R a C pre zvolenú medznú frekvenciu. Tu potrebujeme medznú frekvenciu medzi 10 - 20 Hz.
Teraz pre hodnoty alebo R = 100 KΩ, C = 100 nF budeme mať na výstupe medznú frekvenciu okolo 16 Hz, ktorá umožňuje iba signál s frekvenciou vyššou ako 16 Hz. Tieto hodnoty odporu a kondenzátora nie sú povinné. Pre lepšiu presnosť alebo ľahký výber je možné hrať s rovnicou.
2. Zosilnenie zvukových signálov:
Po odstránení šumového prvku sa signály privádzajú do zosilňovača Op-amp LM358. OP_AMP znamená „operačný zosilňovač“. Toto je označené symbolom trojuholníka s tromi IO (vstupný výstup) kolíky. Nebudeme tu o tom podrobne diskutovať. Podrobnejšie informácie nájdete v okruhoch LM358. Tu použijeme operačný zosilňovač ako zosilňovač negatívnej spätnej väzby na zosilnenie signálu s nízkou veľkosťou z MIC a uvedenie na úroveň, kde ich môže LM3914 zachytiť.
Typický operačný zosilňovač so zápornou spätnou väzbou je uvedený na obrázku nižšie.
Vzorec pre výstupné napätie je, Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Pomocou tohto vzorca môžeme zvoliť zosilnenie zosilňovača.
Keď sú signály MIC pri µVoltoch, nemôžeme ich napájať priamo do voltmetra na čítanie, pretože to nebude prakticky možné, aby voltmetr vybral tieto nízke napätia. Keď má operačný zosilňovač zisk 100, môžeme zosilniť signály z MIC a ďalej ich privádzať do voltmetra.
3. Vizuálne znázornenie hladín zvuku pomocou LED diód:
Takže teraz máme filtrovaný a zosilnený zvukový signál. Tento filtrovaný zosilnený zvukový signál z operačného zosilňovača sa dáva do voltmetra čipu LED LM3914 na meranie sily zvukového signálu. LM3914 je čip, ktorý napája 10 LED na základe intenzity zvuku / napätia. IC poskytuje desatinné výstupy vo forme LED osvetlenia na základe hodnoty vstupného napätia. Maximálne merané vstupné napätie sa líši v závislosti od referenčného napätia a napájacieho napätia. Toto jednočipové zariadenie je možné upraviť spôsobom, z ktorého môžeme vizuálne znázorniť analógovú hodnotu operačného zosilňovača.
Čip LM3914 má mnoho funkcií a je možné ho upraviť na ochranný obvod batérie a obvod ampérmetra. Ale tu hovoríme iba o vlastnostiach, ktoré nám pomáhajú pri konštrukcii VOLTMETER.
LM3914 je 10-stupňový voltmeter, čo znamená, že zobrazuje odchýlky v 10-bitovom režime. Čip sníma merané vstupné napätie ako parameter a porovnáva ho s referenciou. Povedzme, že zvolíme referenciu „V“. Teraz, kedykoľvek stúpne vstupné meracie napätie o „V / 10“, svieti LED s vyššou hodnotou. Rovnako ako keby sme dali „V / 10“, LED1 bude svietiť, ak sme dali „2V / 10“, LED2 bude svietiť, ak sme dali „8V / 10“, LED8 bude svietiť. Čím vyššia je hlasitosť hudby, tým viac je vizuálna reprezentácia LED (viac LED svieti).
LM3914 IC v obvode:
Vnútorné obvody LM3914 je uvedený nižšie. LM3914 je v podstate kombináciou 10 komparátorov. Každý komparátor je operačný zosilňovač, ktorý na svojej zápornej svorke získava referenčné napätie.
Ako je uvedené, mala by sa zvoliť referenčná hodnota založená na maximálnej nameranej hodnote. Výstup OP_AMP bude od 0-4V pri max. Musíme teda zvoliť referenčné napätie LM3914 ako 4V.
Referenčné napätie je vybrané dvoma rezistormi, ktoré sú pripojené na pin RefADJ LM3914, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku. Vzorec týkajúci sa referenčného napätia je uvedený aj na obrázku nižšie (prevzatom z jeho údajového listu),
Teraz existuje problém s referenciou napätia založenou na odporovom delení, ktorá je trochu závislá od napájacieho napätia. Takže sme nahradili konštantný odpor R2 potem 47KΩ, ako je znázornené na schéme zapojenia. Keď je hrniec na mieste, môžeme podľa pohodlia upraviť referenciu.
Pri referenčnej hodnote 4 V zakaždým, keď dôjde k prírastku 0,4 V podľa intenzity zvuku, sa rozsvieti LED s vysokou významnosťou. Úroveň merania pre LED ide ako, + 0,4 V, + 0,8 V, + 1,2 V, + 1,6 V, + 2,0 V, + 2,4 V, + 2,8 V, + 3,2 V, + 3,6 V, + 4,0 V.
Takže v kocke, keď je zvuk, MIC generuje napätia predstavujúce veľkosť týchto zvukových vĺn, tieto signály z MIC sú filtrované RC filtrom. Filtrované signály sa na zosilnenie privádzajú do operačného zosilňovača LM358. Tieto filtrované a zosilnené signály MIC sa dávajú do voltmetra LM3914. Komparátorový voltmetr LM3914 rozsvieti LED podľa sily daného signálu. Preto máme prístroj na meranie zvuku, a teda VOLUME METER.