Zakoupili jste si stavebnici analogového spektrálního analyzátoru, neboli indikátoru vybuzení pro 8 frekvenčních pásem 64Hz až 8kHz. Při stavbě se můžete rozhodnout, zdali chcete použít indikaci pásovou (na obrázku) nebo bodovou (v daném okamžiku svítí pouze jedna dioda ze sloupce). Bodová indikace je až 10x úspornější na proudový odběr zařízení, pásová je naopak, zvláště v noci, efektnější.
Zapojení stojí a padá s analogovým zesilováním a filtrováním audio signálů pomocí operačních zesilovačů. Audio signál je nejprve zesílen a impedančně oddělen zapojením s operačním zesilovačem IC9 TL071. Zápornou zpětnou vazbu (a tedy zesílení signálu) ovlivňuje trimr TR1 680k. Kolikrát bude IC9 zesilovat vstupní signál, si můžete spočítat podle vzorce A= -TR1/R49. Zesílení je pro nás záporné, jelikož je vstupní signál zesilovačem invertován (kladná půlvlna signálu se stává zápornou a naopak). Při zkušebních výpočtech dojdete k jednoduchému závěru – čím je odpor trimru menší, tím je silnější záporná zpětná vazba zesilovače a o to je menší jeho zesílení (a tím i vstupní citlivost celého zařízení).
Námi zesílený (případně i zeslabený) audio signál přivádíme na osm aktivních pásmových propustí. Úkolem takové propusti je propustit jen určitou frekvenční složku vstupního signálu a ostatní co nejvíce ztlumit. Kvalitu neboli strmost pásmové propusti určujeme pomocí bezrozměrného koeficientu Q, v případě našich filtrů je Q rovno 10. Čím vyšší je hodnota Q, tím je filtr strmější a tím užší frekvenční pásmo propouští. Pomocí vzorce pro šířku propustného pásma B=f/Q [Hz] zjistíme, jaké signály jsou filtrem propuštěny a které naopak výrazně potlačovány. Pro jednoduchost si vyberme pásmovou propust pro f=1kHz. Šířka propustného pásma pak bude B=1kHz/10, tedy B=100Hz. To znamená, že tento filtr propustí pouze signály, jejichž frekvence se pohybují od 950 do 1050Hz (fL= f-B/2, fH= f+B/2).
Zjednodušeně řečeno pomocí osmi filtrů rozporcujeme signál na osm dílů podle frekvence. Každý „díl“, neboli nově vzniklý signál, poté usměrníme, čímž nám vznikne pouze amplitudová obálka určující intenzitu signálu v danou chvíli. Tento usměrněný audio signál poté přivádíme na vstup logaritmického indikátoru vybuzení LM3915, který podle napěťové úrovně přiváděného signálu rozsvěcuje 0 – 10 LED diod. Díky této řezničině, tedy filtrování (porcování) signálu, můžeme zobrazovat zvlášť intenzitu hloubek, středů, až výšek. Baskytara bude ovlivňovat první dva LED sloupce (64, 125Hz), zatímco činely a jiná chrastítka ovlivní indikaci posledních dvou LED sloupců (4, 8kHz). Kytara se naopak ujme především středního pásma. Chování sestavené stavebnice si můžete prohlédnout také na našem kanálu Youtube.
Zapojení filtrů bylo navrženo pomocí javascriptového kalkulátoru http://www.captain.at/electronics/active-filter/ . Poté probíhaly simulace a dolaďování usměrňovače v SW TINA tak, aby konečné zesílení po usměrnění bylo u všech filtrů stejné (A=1). Za usměrňovačem jsou různě koncipované zpožďovací RC členy (např. R68 a C4), které „ustalují“ jinak divoký průběh usměrněného napětí. Tím zajistíme, že se LED diody rozsvěcují a zhasínají plynule, tedy žádná rychle přeblikávající divočina.
Odpory 910R a 1k2 určují svým poměrem vstupní citlivost obvodu LM3915. Pokud budete chtít indikovat některé složky (frekv. pásma) signálu citlivěji, než ostatní, přepájejte odpor 910R na nižší hodnotu. Podrobnosti o chování obvodu LM3915 naleznete například na www.datasheetarchive.com. Za zmínku stojí ještě obvod LM317 IC14. Ten slouží pro regulaci napětí, které je přiváděno na LED diody. Trimrem TR2 tak nastavujeme intenzitu svitu všech osmi indikátorů.
Konstrukce
Začněte propojkami a poté pokračujte od nejnižších po nejvyšší součástky. IC14 přišroubujte k plošnému spoji šroubem a matičkou. Plochu pod IC14 procínujte tak, aby se teplo regulátoru co nejvíce rozlévalo do plošného spoje. Dvě spodní díry pro uchycení šrouby mají rovněž pájecí plošky pro případné připájení tvrdých vodičů pro účely zkonstruování jednoduchého stojánku. U každého obvodu LM3915 (IC1 až IC8) naleznete zkratovací propojky (dvě pocínované plošky velmi blízko u sebe). Jejich propojením přepnete indikaci do módu pásového. Bez propojení zůstanete v módu bodovém. Viz video ukázka na youtube a obrázky v této dokumentaci. Při osazování diod si dejte pozor na orientaci katody a anody. Kratší vývod diody (katoda) zasouvejte do zdířky u vyznačené (tlusté) plošky na potisku DPS.
Oživení
Trimr TR1 natočte do ¼ svého rozsahu (otáčíme od počátku ve směru hodinových ručiček). Trimr TR2 do zhruba poloviny rozsahu. Po důkladné kontrole vaší konstrukce připojte napájecí napětí (+ a GND) a přiveďte do svorkovnice také audio signál (IN a GND; GND = ZEM). Ano, do jedné svorky GND připojíte dva vodiče. Zem napájení i zem audio signálu. Pokud Analyzer reaguje na vstupní audio signál, už pouze dolaďte dle vlastního vkusu citlivost zařízení a svítivost LED diod. Nedoporučujeme otáčet TR2 výrazně za ¼ svého rozsahu, budou tak více zatíženy obvody LM3915. Je třeba počítat s tím, že obvody LM317 a LM3915 se budou zahřívat. Spotřeba 80-ti LED diod totiž není zanedbatelná. Velikost napájecího napětí ovlivňuje vstupní citlivost zapojení.
Zakoupili jste si stavebnici analogového spektrálního analyzátoru, neboli indikátoru vybuzení pro 8 frekvenčních pásem 64Hz až 8kHz. Při stavbě se můžete rozhodnout, zdali chcete použít indikaci pásovou (na obrázku) nebo bodovou (v daném okamžiku svítí pouze jedna dioda ze sloupce). Bodová indikace je až 10x úspornější na proudový odběr zařízení, pásová je naopak, zvláště v noci, efektnější.
