We kunnen de Volume Meter beschouwen als een Equalizer, die aanwezig is in de muzieksystemen. Waarin we het dansen van lichten (LED's) kunnen zien volgens de muziek, als de muziek luid is, bereikt de equalizer zijn hoogtepunt en bij lage muziek blijft deze laag. We hebben ook een volumemeter of VU-meter gebouwd, met behulp van MIC, OP-AMP en LM3914, die de LED's laat gloeien volgens de sterkte van het geluid, als het geluid laag is, zullen mindere LED's gaan branden en als het geluid hoog is, meer LED's zullen oplichten, bekijk de video aan het einde. VU-meter dient ook als volumemeetapparaat.
Condensator MIC of microfoon is een geluidsdetecterende transducer, die in feite geluidsenergie omzet in elektrische energie, dus met deze sensor hebben we geluid als veranderende spanning. Meestal nemen we geluid op of voelen we geluid via dit apparaat. Deze transducer wordt gebruikt in alle mobiele telefoons en laptops. Een typische MIC ziet eruit als,
De polariteit van de condensatormicrofoon bepalen:
MIC heeft twee aansluitingen, de ene is positief en de andere is negatief. De polariteit van de microfoon kan worden gevonden met behulp van een multimeter. Neem de positieve sonde van Multi-Meter (zet de meter in DIODETEST-modus) en sluit deze aan op de ene aansluiting van MIC en de negatieve sonde op de andere aansluiting van MIC. Als u de aflezingen op het scherm krijgt, bevindt de positieve pool (MIC) zich op de negatieve pool van de multimeter. Of u kunt de aansluitingen eenvoudig vinden door ernaar te kijken, de negatieve aansluiting heeft twee of drie soldeerlijnen, verbonden met de metalen behuizing van de microfoon. Deze connectiviteit, van de negatieve pool tot de metalen behuizing, kan ook worden getest met een continuïteitstester om de negatieve pool te achterhalen.
Vereiste componenten:
Op-amp LM358 en, LM3914 (10 bit comparator), en een MIC (zie hierboven)
100KΩ weerstand (2 stuks), 1K Ω weerstand (3 stuks), 10KΩ weerstand, 47KΩ pot,
100nF condensator (2 stuks), 1000 µF condensator, 10 leds,
Breadboard en enkele aansluitdraden.
Schakelschema en werkbeschrijving:
Het schakelschema van de VU-meter wordt weergegeven in onderstaande afbeelding,
Werking van VU meter Circuit is eenvoudig; eerst pikt MIC het geluid op en zet het om in spanningsniveaus die lineair zijn met de intensiteit van het geluid. Dus voor een hoger geluid hebben we een hogere waarde en een lagere waarde voor een lager geluid. Vervolgens worden deze spanningssignalen naar het hoogdoorlaatfilter gevoerd om de ruis weg te filteren, daarna worden de filtratiesignalen versterkt door Op-amp LM358, en tenslotte worden deze gefilterde en versterkte signalen naar LM3914 gevoerd, die werkt als een voltmeter en LED's laat gloeien volgens de intensiteit van geluid. Nu zullen we elke stap een voor een uitleggen:
1. Ruis verwijderen met een hoogdoorlaatfilter:
MIC is erg gevoelig voor geluid en ook voor omgevingsgeluiden. Als bepaalde maatregelen niet worden genomen, zal de versterker ruis versterken met de muziek, dit is ongewenst. Dus voordat we naar de versterker gaan, gaan we de geluiden filteren met behulp van een hoogdoorlaatfilter. Dit filter hier is hier een passief RC-filter (weerstand-condensator). Het is eenvoudig te ontwerpen en bestaat uit een enkele weerstand en een enkele condensator.
Omdat we het audiobereik meten, moet het filter nauwkeurig worden ontworpen. De afsnijfrequentie van het hoogdoorlaatfilter moet in gedachten worden gehouden bij het ontwerpen van het circuit. Een hoogdoorlaatfilter laat signalen met een hoge frequentie van ingang naar uitgang door, met andere woorden, het laat alleen signalen door die een hogere frequentie hebben dan de door het filter voorgeschreven frequentie (afsnijfrequentie). In het circuit is een hoogdoorlaatfilter weergegeven.
Het menselijk oor kan frequenties van 2 tot 2 kHz kiezen. We zullen dus een hoogdoorlaatfilter ontwerpen met een afsnijfrequentie in het bereik van 10-20Hz.
De afsnijfrequentie van een hoogdoorlaatfilter kan worden gevonden met de formule, F = 1 / (2πRC)
Met deze formule kunnen we de R- en C-waarde vinden voor een gekozen afsnijfrequentie. Hier hebben we een afsnijfrequentie tussen 10-20 Hz nodig.
Voor waarden of R = 100KΩ, C = 100nF, hebben we een afsnijfrequentie rond 16Hz, waardoor alleen signalen met een frequentie hoger dan 16Hz aan de uitgang kunnen worden weergegeven. Deze weerstands- en condensatorwaarden zijn niet verplicht, men kan met de vergelijking spelen voor een betere nauwkeurigheid of voor het gemak van selectie.
2. Versterking van geluidssignalen:
Na het verwijderen van het ruiselement worden signalen naar de Op-amp LM358 gestuurd voor versterking. De OP_AMP staat voor "Operation Amplifier". Dit wordt aangegeven door het driehoekssymbool met drie IO-pinnen (Input Output). We gaan hier hier niet in detail op ingaan. U kunt LM358-circuits doorlopen voor meer details. Hier gaan we de op-amp gebruiken als een negatieve feedbackversterker om het lage signaal van MIC te versterken en ze naar een niveau te brengen waarop ze kunnen worden opgepikt door de LM3914.
Een typische op-amp in negatieve feedbackverbinding wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
De formule voor uitgangsspanning is, Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Met deze formule kunnen we de versterking van de versterker kiezen.
Met de MIC-signalen op µVolt, kunnen we deze niet rechtstreeks naar de voltmeter sturen om af te lezen, omdat het praktisch niet mogelijk zal zijn voor de voltmeter om deze lage spanningen op te pikken. Met de op-amp met een versterking van 100, kunnen we de signalen van MIC versterken en verder naar de voltmeter sturen.
3. Visuele weergave van geluidsniveaus met behulp van LED's:
Dus nu hebben we het gefilterde en versterkte audiosignaal. Dit gefilterde versterkte audiosignaal van op-amp, wordt gegeven aan de LM3914 chip LED voltmeter voor het meten van de sterkte van het audiosignaal. LM3914 is een chip die 10 LED's aanstuurt op basis van de intensiteit van geluid / spanning. De IC biedt decimale outputs in de vorm van LED-verlichting op basis van de waarde van de ingangsspanning. De maximale meetingangsspanning varieert afhankelijk van de referentiespanning en de voedingsspanning. Dit apparaat met één chip kan op een manier worden aangepast, van waaruit we visuele weergave kunnen bieden aan de analoge waarde van op-amp.
De LM3914-chip heeft veel functies en kan worden gewijzigd in een batterijbeveiligingscircuit en een ampèremeter. Maar hier bespreken we alleen de functies die ons helpen bij de constructie van VOLTMETER.
LM3914 is een voltmeter met 10 fasen, wat betekent dat hij variaties in 10 bit-modus laat zien. De chip detecteert de meetingangsspanning als een parameter en vergelijkt deze met referentie. Stel dat we een referentie van "V" kiezen, nu wanneer de meetingangsspanning met "V / 10" stijgt, hebben we een LED met een hogere waarde die gaat branden. Alsof we "V / 10" gaven, zal LED1 gloeien, als we "2V / 10" gaven, zal LED2 gloeien, als we "8V / 10" gaven, zal LED8 gloeien. Dus groter het muziekvolume, meer de visuele LED-weergave (meer LED-gloed).
LM3914 IC in het circuit:
Het interne circuit van LM3914 wordt hieronder getoond. LM3914 is in feite een combinatie van 10 vergelijkers. Elke comparator is een op-amp, met een referentiespanning aan de negatieve pool.
Zoals besproken dient referentiewaarde te worden gekozen, gebaseerd op maximale meetwaarde. De output van OP_AMP zal van 0-4V zijn bij max. We moeten dus de referentiespanning van LM3914 kiezen als 4V.
De referentiespanning wordt gekozen door twee weerstanden die zijn aangesloten op de RefADJ-pin van LM3914, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. De formule met betrekking tot referentiespanning wordt ook gegeven in de onderstaande afbeelding (overgenomen uit het gegevensblad),
Nu is er een probleem met op weerstandsdeling gebaseerde spanningsreferentie, dat deze enigszins afhankelijk is van de voedingsspanning. Dus hebben we de constante weerstand R2 vervangen door een 47KΩ pot zoals weergegeven in het schakelschema. Met de pot op zijn plaats kunnen we de referentie aanpassen, afhankelijk van het gemak.
Met een referentie van 4V, elke keer dat er een toename van 0.4V is volgens de geluidsintensiteit, licht de LED van hoge significantie op. Het meetniveau voor LED gaat als, + 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.
Dus in Kortom, wanneer er geluid, de MIC genereert spanningen die de omvang van deze geluidsgolven, worden deze signalen uit MIC gefilterd door RC-filter. De gefilterde signalen worden ter versterking naar de op-amp LM358 gevoerd. Deze gefilterde en versterkte MIC-signalen worden doorgegeven aan de voltmeter LM3914. De LM3914 comparator voltmeter doet de leds gloeien in overeenstemming met de sterkte van het gegeven signaal. Daarom hebben we een degelijk meetinstrument, en dus VOLUME METER.