該電路的原理很簡(jiǎn)單;首先MIC拾取聲音信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕c聲音強(qiáng)度成線性關(guān)系的電平信號(hào),因此高音量有著高電平,低音量會(huì)生成低電平。然后電壓信號(hào)通過(guò)高通濾波器來(lái)濾除噪聲,濾除信號(hào)之后通過(guò)運(yùn)放LM358來(lái)放大,最終將信號(hào)通入LM3914,它的作用類(lèi)似電壓表,會(huì)根據(jù)聲音大小來(lái)決定亮起的LED數(shù)。我們來(lái)一步步解釋?zhuān)?/p>
1、用高通濾波器濾除噪聲
MIC對(duì)聲音很敏感,對(duì)環(huán)境噪聲也很敏感。如果不采取措施的話,放大器也會(huì)放大噪聲,那么得到的結(jié)果必然是不理想的。所以我們?cè)谛盘?hào)通過(guò)放大器前需要用高通濾波器來(lái)濾除噪聲。這里使用的是無(wú)源RC濾波器(電阻-電容)。該濾波器設(shè)計(jì)起來(lái)很簡(jiǎn)單,只需一個(gè)電阻和一個(gè)電容。
考慮到我們測(cè)量的是音頻的范圍,所以濾波器的設(shè)計(jì)必須要準(zhǔn)確,一定要考慮到濾波器的截止頻率。高通濾波器通過(guò)信號(hào)的高頻,將其從輸入傳到輸出端,話句話說(shuō)就是只允許通過(guò)高頻,而不是濾波器規(guī)定的頻率(截止頻率)。高通濾波器如圖所示。
人耳所能聽(tīng)到的頻率范圍在2-2kHz。所以我們所涉及的高通濾波器的截止頻率在10-20Hz。截止頻率的計(jì)算公式如下:
F=1/(2πRC)
通過(guò)該公式我們可以根據(jù)R和C的值計(jì)算出截止頻率。而我們所需截止頻率為10-20Hz。
因此我們選取R=100kΩ,C=100nF,我們就有了16Hz左右的截止頻率,也就只允許頻率高于16Hz的信號(hào)通過(guò),出現(xiàn)在輸出端。這些取值并不是強(qiáng)制的,只是為了頻率計(jì)算更為準(zhǔn)確或者方便選型而已。
2、聲音信號(hào)的放大
移除了噪聲后,信號(hào)就通過(guò)運(yùn)放LM358來(lái)進(jìn)行放大。此處我們使用負(fù)反饋放大器來(lái)放大MIC傳來(lái)的低幅度信號(hào),讓其達(dá)到能被LM3914所識(shí)別的等級(jí)。
經(jīng)典的負(fù)反饋連接如下圖所示。
輸出電壓的公式如下,
Vout=Vin((R1+R2)/R2),有了這個(gè)公式就可以確定放大器的增益。
MIC信號(hào)在μV級(jí)時(shí),我們不能將其直接傳給電壓表進(jìn)行度數(shù),因?yàn)殡妷罕頍o(wú)法拾取這么低的電壓。但在100增益的運(yùn)放下,我們可以將MIC的信號(hào)放大,之后傳給電壓表。
3、用LED實(shí)現(xiàn)音量的視覺(jué)顯示
我們已經(jīng)有了濾波并放大后的音頻信號(hào)。這個(gè)型號(hào)需要傳給LM3914的LED電壓表,用于測(cè)量音頻信號(hào)的強(qiáng)度。LM3914是10路LED的驅(qū)動(dòng)顯示電路。它會(huì)根據(jù)輸入電壓來(lái)確定LED的亮滅。
LM3914還有許多其它用途,可以改為電池保護(hù)電路或安培計(jì)電路。此處我們只討論電壓表的搭建。
此處LM3914是一個(gè)10級(jí)電壓表,意味著在10位模式下會(huì)有多個(gè)變式。芯片感知到輸入電壓后會(huì)與參考電壓相比,我們將參考電壓設(shè)為“V”。每當(dāng)輸入電壓身高“V/10”,我們就會(huì)多一個(gè)LED亮起。比如當(dāng)輸入電壓“V/10”時(shí),LED1會(huì)亮起,輸入電壓“2V/10”時(shí),LED2也會(huì)亮起。以此類(lèi)推。
電路中的LM3914
LM3914的內(nèi)部電路如下。LM3914其實(shí)就是10個(gè)比較器的組合。每個(gè)比較器是一個(gè)運(yùn)放,其負(fù)極引腳的參考的電壓不斷升高。
因?yàn)槲覀儏⒖茧妷旱闹祽?yīng)基于最大測(cè)量值,運(yùn)放的輸出在0-4V,所以我們需要將LM3914的參考電壓設(shè)為4V。
參考電壓有LM3914的RefADJ引腳上的兩個(gè)電阻來(lái)決定,如下圖所示。左下角同時(shí)給到了參考電壓的計(jì)算公式。
而基于固定阻值來(lái)分的參考電壓有個(gè)問(wèn)題,那就是需要電源改變才能改變參考電壓。所以我們將R2改為47kΩ的可變電阻,這樣我們就可以隨心所欲調(diào)整參考電壓了。
在4V參考電壓的情況下,每有0.4V的升壓,就會(huì)多一個(gè)LED亮起。這就是LED音量表的原理了。
評(píng)論
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