Possiamo considerare il misuratore del volume come un equalizzatore, che è presente nei sistemi musicali. In cui possiamo vedere la danza delle luci (LED) in base alla musica, se la musica è alta, l'equalizzatore raggiunge il suo picco e nella musica bassa rimane Basso. Abbiamo anche costruito un misuratore del volume o misuratore VU, con l'aiuto di MIC, OP-AMP e LM3914, che illumina i LED in base all'intensità del suono, se il suono è basso, i LED minori si accendono e se il suono è alto di più I LED si accenderanno, controlla il video alla fine. Il misuratore VU funge anche da dispositivo di misurazione del volume.
Il microfono a condensatore o microfono è un trasduttore di rilevamento del suono, che fondamentalmente converte l'energia del suono in energia elettrica, quindi con questo sensore abbiamo il suono come voltaggio variabile. Di solito registriamo o percepiamo il suono attraverso questo dispositivo. Questo trasduttore è utilizzato in tutti i telefoni cellulari e laptop. Un tipico MIC sembra,
Determinazione della polarità del microfono a condensatore:
MIC ha due terminali uno è positivo e un altro è negativo. La polarità del microfono può essere rilevata utilizzando un multimetro. Prendi la sonda positiva di Multi-Meter (metti lo strumento in modalità DIODE TESTING) e collegala a un terminale di MIC e la sonda negativa all'altro terminale di MIC. Se si ottengono le letture sullo schermo, il terminale del positivo (MIC) è al terminale negativo del multimetro. Oppure puoi semplicemente trovare i terminali guardandolo, il terminale negativo ha due o tre linee di saldatura, collegate alla custodia metallica del microfono. Questa connettività, dal terminale negativo alla sua custodia metallica, può anche essere testata utilizzando un tester di continuità, per trovare il terminale negativo.
Componenti richiesti:
Op-amp LM358 e LM3914 (comparatore a 10 bit) e un MIC (vedi sopra)
Resistenza da 100 KΩ (2 pezzi), resistenza da 1 K Ω (3 pezzi), resistenza da 10 KΩ, vaso da 47 KΩ,
Condensatore 100nF (2 pezzi), condensatore 1000µF, 10 LED,
Breadboard e alcuni cavi di collegamento.
Schema del circuito e spiegazione di funzionamento:
Lo schema elettrico del VU meter è mostrato nella figura sottostante,
Il funzionamento del circuito del misuratore VU è semplice; all'inizio il MIC rileva il suono e lo converte in livelli di tensione lineari all'intensità del suono. Quindi per un suono più alto avremo un valore più alto e un valore più basso per un suono più basso. Quindi questi segnali di tensione vengono inviati al filtro passa alto per filtrare il rumore, quindi dopo il filtraggio i segnali vengono amplificati dall'amplificatore operazionale LM358 e infine questi segnali filtrati e amplificati vengono inviati all'LM3914, che funziona come un voltmetro e illumina i LED secondo l'intensità del suono. Ora spiegheremo ogni passaggio uno per uno:
1. Rimozione del rumore utilizzando il filtro passa alto:
Il MIC è molto sensibile al suono e anche ai rumori ambientali. Se non vengono prese determinate misure, l'amplificatore amplifica il rumore insieme alla musica, ciò non è desiderabile. Quindi, prima di andare all'amplificatore, filtreremo i rumori usando il filtro passa alto. Questo filtro qui è qui è un filtro RC passivo (resistore-condensatore). È facile da progettare e consiste in un singolo resistore e un singolo condensatore.
Poiché stiamo misurando la portata audio, il filtro deve essere progettato in modo accurato. La frequenza di taglio del filtro passa alto deve essere tenuta presente durante la progettazione del circuito. Un filtro passa-alto consente segnali di alta frequenza, passati da ingresso a uscita, in altre parole consente solo il passaggio di segnali che hanno una frequenza maggiore di quella prescritta dal filtro (frequenza di taglio). Un filtro passa-alto è mostrato nel circuito.
L'orecchio umano può selezionare frequenze da 2 a 2 Khz. Quindi progetteremo un filtro passa alto con frequenza di taglio nell'intervallo 10-20Hz.
La frequenza di taglio di un filtro passa alto può essere trovata dalla formula, F = 1 / (2πRC)
Con questa formula possiamo trovare il valore R e C per una frequenza di taglio scelta. Qui abbiamo bisogno di una frequenza di taglio tra 10-20 Hz.
Ora per i valori o R = 100KΩ, C = 100nF, avremo una frequenza di taglio intorno a 16Hz, che consente solo la comparsa di segnali di frequenza superiore a 16Hz in uscita. Questi valori di resistenza e condensatore non sono obbligatori, è possibile giocare con l'equazione per una migliore precisione o per facilità di selezione.
2. Amplificazione dei segnali sonori:
Dopo aver rimosso l'elemento di rumore, i segnali vengono inviati all'amplificatore operazionale LM358 per l'amplificazione. OP_AMP sta per "Operation Amplifier". Questo è indicato dal simbolo del triangolo con tre pin IO (Input Output). Non ne discuteremo in dettaglio qui. Puoi passare attraverso i circuiti LM358 per maggiori dettagli. Qui, utilizzeremo l'amplificatore operazionale come amplificatore a feedback negativo per amplificare il segnale di bassa ampiezza dal MIC e portarli a un livello in cui possono essere rilevati dall'LM3914.
Un tipico amplificatore operazionale con connessione a feedback negativo è mostrato nella figura sottostante.
La formula per la tensione di uscita è, Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Con questa formula possiamo scegliere il guadagno dell'amplificatore.
Con i segnali MIC a µVolt, non possiamo alimentarlo direttamente al voltmetro per la lettura, poiché non sarà praticamente possibile per il voltmetro raccogliere queste basse tensioni. Con l'amplificatore operazionale con un guadagno di 100, possiamo amplificare i segnali dal MIC e alimentarlo ulteriormente al Voltmetro.
3. Rappresentazione visiva dei livelli sonori tramite LED:
Quindi ora abbiamo il segnale audio filtrato e amplificato. Questo segnale audio amplificato filtrato dall'amplificatore operazionale viene fornito al voltmetro LED del chip LM3914 per misurare la forza del segnale audio. LM3914 è un chip che pilota 10 LED in base all'intensità del suono / tensione. L'IC fornisce uscite decimali sotto forma di illuminazione a LED in base al valore della tensione di ingresso. La tensione di ingresso di misura massima varia a seconda della tensione di riferimento e della tensione di alimentazione. Questo dispositivo a chip singolo può essere regolato in un modo, da cui possiamo fornire una rappresentazione visiva al valore analogico dell'amplificatore operazionale.
Il chip LM3914 ha molte caratteristiche e può essere modificato in un circuito di protezione della batteria e un circuito amperometro. Ma qui discutiamo solo delle caratteristiche che ci aiutano nella costruzione del VOLTMETRO.
LM3914 è un voltmetro a 10 stadi, il che significa che mostra variazioni in modalità 10 bit. Il chip rileva la tensione di ingresso di misura come parametro e la confronta con il riferimento. Supponiamo di scegliere un riferimento di "V", ora ogni volta che la tensione di ingresso di misura aumenta di "V / 10", abbiamo un LED di valore più alto che si accende. Come se dessimo "V / 10", il LED1 si illuminerà, se diamo "2V / 10" LED2 si illuminerà, se diamo "8V / 10", LED8 si illuminerà. Quindi maggiore è il volume della musica, maggiore è la rappresentazione visiva del LED (più LED si illumina).
IC LM3914 nel circuito:
Il circuito interno dell'LM3914 è mostrato di seguito. LM3914 è fondamentalmente una combinazione di 10 comparatori. Ogni comparatore è un amplificatore operazionale, con una tensione di riferimento in aumento sul suo terminale negativo.
Come discusso, il valore di riferimento dovrebbe essere scelto, in base al valore di misurazione massimo. L'uscita di OP_AMP sarà da 0-4V a max. Quindi dobbiamo scegliere la tensione di riferimento di LM3914 come 4V.
La tensione di riferimento viene scelta da due resistori collegati al pin RefADJ dell'LM3914 come mostrato nella figura seguente. La formula relativa alla Tensione di Riferimento è riportata anche nella figura sottostante (tratta dal suo datasheet),
Ora, c'è un problema con il riferimento di tensione basato sulla divisione della resistenza, che dipende in qualche modo dalla tensione di alimentazione. Quindi abbiamo sostituito la resistenza costante R2 con un potenziometro da 47KΩ come mostrato nello schema del circuito. Con il vaso in posizione, possiamo regolare il riferimento, a seconda della comodità.
Con un riferimento di 4V, ogni volta che si verifica un incremento di 0.4V in base all'intensità del suono, si accende il LED di alta significatività. Il livello di misurazione per LED va come, + 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.
Quindi in Nutshell, quando c'è il suono, il MIC genera tensioni che rappresentano l'ampiezza di queste onde sonore, questi segnali dal MIC vengono filtrati dal filtro RC. I segnali filtrati vengono inviati all'amplificatore operazionale LM358 per l'amplificazione. Questi segnali MIC filtrati e amplificati vengono inviati al voltmetro LM3914. Il voltmetro del comparatore LM3914 illumina i LED in base all'intensità del segnale fornito. Quindi abbiamo uno strumento di misurazione del suono, e quindi VOLUME METER.