Możemy traktować miernik głośności jako korektor, który jest obecny w systemach muzycznych. W którym możemy zobaczyć taniec świateł (diod LED) zgodnie z muzyką, jeśli muzyka jest głośna, korektor osiąga szczyt, aw niskiej muzyce pozostaje niski. Zbudowaliśmy również miernik głośności lub miernik VU, z pomocą MIC, OP-AMP i LM3914, który świeci diodami zgodnie z siłą dźwięku, jeśli dźwięk jest niski, mniejsze diody LED będą się świecić, a jeśli dźwięk jest wysoki, więcej Diody LED zaświecą się, sprawdź wideo na końcu. Miernik VU służy również jako urządzenie do pomiaru objętości.
Mikrofon pojemnościowy lub mikrofon pojemnościowy to przetwornik wykrywający dźwięk, który w zasadzie przekształca energię dźwięku w energię elektryczną, więc dzięki temu czujnikowi mamy dźwięk jako zmieniające się napięcie. Zwykle nagrywamy lub wyczuwamy dźwięk przez to urządzenie. Ten przetwornik jest używany we wszystkich telefonach komórkowych i laptopach. Typowy MIC wygląda tak,
Określanie polaryzacji mikrofonu pojemnościowego:
MIC ma dwa zaciski, jeden jest dodatni, a drugi ujemny. Polaryzację mikrofonu można sprawdzić za pomocą miernika uniwersalnego. Weź dodatnią sondę multimetru (przełącz miernik w tryb TESTU DIODY) i podłącz ją do jednego zacisku MIC, a ujemną sondę do drugiego zacisku MIC. Jeśli na ekranie pojawią się odczyty, oznacza to, że zacisk dodatniego (MIC) znajduje się na ujemnym zacisku multimetru. Lub możesz po prostu znaleźć zaciski, patrząc na niego, zacisk ujemny ma dwie lub trzy linie lutownicze, podłączone do metalowej obudowy mikrofonu. To połączenie, od zacisku ujemnego do metalowej obudowy, można również przetestować za pomocą testera ciągłości, aby znaleźć zacisk ujemny.
Wymagane składniki:
Wzmacniacz operacyjny LM358 i LM3914 (komparator 10-bitowy) oraz mikrofon (patrz wyżej)
Rezystor 100KΩ (2 sztuki), rezystor 1KΩ (3 sztuki), rezystor 10KΩ, potencjometr 47KΩ,
Kondensator 100nF (2 sztuki), kondensator 1000µF, 10 diod LED,
Płytka prototypowa i niektóre przewody łączące.
Schemat obwodu i objaśnienie robocze:
Schemat obwodu miernika VU pokazany jest na rysunku poniżej,
Działanie obwodu miernika VU jest proste; Najpierw MIC odbiera dźwięk i przetwarza go na poziomy napięć liniowe do natężenia dźwięku. Więc dla wyższego dźwięku będziemy mieć wyższą wartość i niższą wartość dla niższego dźwięku. Następnie sygnały tych napięć są podawane do filtra górnoprzepustowego w celu odfiltrowania szumów, następnie po filtracji sygnały są wzmacniane przez wzmacniacz operacyjny LM358, a na końcu te przefiltrowane i wzmocnione sygnały są podawane do LM3914, który działa jako woltomierz i świeci diodami LED zgodnie z intensywność dźwięku. Teraz wyjaśnimy każdy krok po kolei:
1. Usuwanie szumu za pomocą filtra górnoprzepustowego:
MIC jest bardzo wrażliwy na dźwięk, a także na dźwięki otoczenia. Jeśli nie zostaną podjęte pewne środki, wzmacniacz będzie wzmacniał szum wraz z muzyką, jest to niepożądane. Tak więc przed przejściem do wzmacniacza zamierzamy odfiltrować szumy za pomocą filtra górnoprzepustowego. Ten filtr tutaj jest pasywnym filtrem RC (rezystor-kondensator). Jest łatwy do zaprojektowania i składa się z pojedynczego rezystora i jednego kondensatora.
Ponieważ mierzymy zakres audio, filtr musi być dokładnie zaprojektowany. Projektując obwód, należy wziąć pod uwagę częstotliwość odcięcia filtra górnoprzepustowego. Filtr górnoprzepustowy przepuszcza sygnały o wysokiej częstotliwości, przekazywane z wejścia do wyjścia, innymi słowy, pozwala tylko na przekazywanie sygnałów, które mają wyższą częstotliwość niż częstotliwość zalecana przez filtr (częstotliwość odcięcia). W obwodzie pokazano filtr górnoprzepustowy.
Ludzkie ucho może wybierać częstotliwości od 2 do 2 kHz. Zaprojektujemy więc filtr górnoprzepustowy z częstotliwością odcięcia w zakresie 10-20 Hz.
Częstotliwości odciętymi z filtra górnoprzepustowego znajduje się wzorem
F = 1 / (2πRC)
Za pomocą tego wzoru możemy znaleźć wartości R i C dla wybranej częstotliwości odcięcia. Tutaj potrzebujemy częstotliwości odcięcia między 10-20 Hz.
Teraz dla wartości lub R = 100KΩ, C = 100nF, będziemy mieli częstotliwość odcięcia około 16 Hz, co pozwala na pojawienie się na wyjściu sygnału o częstotliwości wyższej niż 16 Hz. Te wartości rezystora i kondensatora nie są obowiązkowe, więc można bawić się równaniem w celu uzyskania większej dokładności lub ułatwienia wyboru.
2. Wzmocnienie sygnałów dźwiękowych:
Po usunięciu elementu szumowego sygnały są podawane do wzmacniacza operacyjnego LM358 w celu wzmocnienia. OP_AMP oznacza „Wzmacniacz operacyjny”. Jest to oznaczone symbolem trójkąta z trzema pinami IO (Input Output). Nie będziemy tutaj szczegółowo omawiać tego zagadnienia. Możesz przejść przez obwody LM358, aby uzyskać więcej szczegółów. Tutaj zamierzamy użyć wzmacniacza operacyjnego jako wzmacniacza z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, aby wzmocnić sygnał niskiej amplitudy z mikrofonu i doprowadzić go do poziomu, na którym mogą zostać odebrane przez LM3914.
Typowy wzmacniacz operacyjny w połączeniu z ujemnym sprzężeniem zwrotnym pokazano na poniższym rysunku.
Wzór na napięcie wyjściowe to:
Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Dzięki tej formule możemy dobrać wzmocnienie wzmacniacza.
Przy sygnałach MIC na poziomie µVolts, nie możemy podawać go bezpośrednio do woltomierza w celu odczytu, ponieważ praktycznie nie będzie możliwe, aby woltomierz mógł wybrać te niskie napięcia. Z wzmacniaczem operacyjnym o wzmocnieniu 100, możemy wzmocnić sygnały z mikrofonu i dalej podawać je do woltomierza.
3. Wizualne przedstawienie poziomów dźwięku za pomocą diod LED:
Mamy więc teraz przefiltrowany i wzmocniony sygnał audio. Ten filtrowany wzmocniony sygnał audio ze wzmacniacza operacyjnego jest podawany do woltomierza LED LM3914 do pomiaru siły sygnału audio. LM3914 to układ, który steruje 10 diodami LED na podstawie natężenia dźwięku / napięcia. Układ dostarcza wyjścia dziesiętne w postaci oświetlenia LED na podstawie wartości napięcia wejściowego. Maksymalne mierzone napięcie wejściowe zmienia się w zależności od napięcia odniesienia i napięcia zasilania. To jednoukładowe urządzenie można regulować w sposób, z którego możemy zapewnić wizualną reprezentację wartości analogowej wzmacniacza operacyjnego.
Układ LM3914 ma wiele funkcji i można go zmodyfikować na obwód ochrony akumulatora i obwód amperomierza. Ale tutaj omawiamy tylko funkcje, które pomagają nam w budowie WOLTOMIERZA.
LM3914 to 10-stopniowy woltomierz, co oznacza, że pokazuje zmiany w trybie 10-bitowym. Chip wykrywa mierzone napięcie wejściowe jako parametr i porównuje je z odniesieniem. Powiedzmy, że wybieramy odniesienie „V”, teraz gdy mierzone napięcie wejściowe wzrośnie o „V / 10”, świeci się dioda LED o wyższej wartości. Tak jakbyśmy dali „V / 10” to LED1 będzie się świecić, jeśli damy „2V / 10” LED2 będzie się świecić, jeśli damy „8V / 10” to LED8 będzie się świecić. Więc większa głośność muzyki, bardziej wizualna reprezentacja diod LED (więcej diod LED się świeci).
LM3914 IC w obwodzie:
Poniżej pokazano obwód wewnętrzny LM3914. LM3914 to w zasadzie kombinacja 10 komparatorów. Każdy komparator jest wzmacniaczem operacyjnym, którego napięcie odniesienia rośnie na ujemnym zacisku.
Jak omówiono, należy dobrać wartość referencyjną w oparciu o maksymalną wartość pomiarową. Wyjście OP_AMP będzie od 0-4 V przy max. Musimy więc wybrać napięcie odniesienia LM3914 jako 4V.
Napięcie odniesienia jest wybierane przez dwa rezystory, które są podłączone do styku RefADJ LM3914, jak pokazano na poniższym rysunku. Wzór na napięcie odniesienia jest również podany na poniższym rysunku (zaczerpnięty z arkusza danych),
Teraz pojawia się problem z napięciem odniesienia opartym na podziale rezystancji, które jest w pewnym stopniu zależne od napięcia zasilania. Dlatego zastąpiliśmy stałą rezystancję R2 potencjometrem 47 kΩ, jak pokazano na schemacie obwodu. Mając garnek na miejscu możemy dostosować odniesienie w zależności od wygody.
Przy wartości odniesienia 4 V, za każdym razem, gdy następuje przyrost o 0,4 V w zależności od natężenia dźwięku, dioda LED o dużym znaczeniu świeci. Poziom pomiaru dla diod LED wynosi, + 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.
Więc w pigułce, kiedy pojawia się dźwięk, MIC generuje napięcia reprezentujące wielkość tych fal dźwiękowych, te sygnały z MIC są filtrowane przez filtr RC. Odfiltrowane sygnały są podawane do wzmacniacza operacyjnego LM358 w celu wzmocnienia. Te przefiltrowane i wzmocnione sygnały MIC są podawane do woltomierza LM3914. Woltomierz komparatora LM3914 świeci diodami LED w zależności od siły zadanego sygnału. Stąd mamy przyrząd do pomiaru dźwięku, a więc MIERNIK OBJĘTOŚCI.