Podemos considerar o medidor de volume como um equalizador, que está presente nos sistemas de música. No qual podemos ver a dança das luzes (LEDs) de acordo com a música, se a música estiver alta, o equalizador atinge o seu pico e na música baixa permanece baixo. Também construímos um medidor de volume ou medidor VU, com a ajuda de MIC, OP-AMP e LM3914, que acende os LEDs de acordo com a intensidade do som, se o som estiver baixo, menos LEDs brilharão e se o som for alto mais LEDs acenderão, verifique o vídeo no final. O medidor VU também serve como um dispositivo de medição de volume.
O MIC ou microfone condensador é um transdutor de detecção de som, que basicamente converte a energia do som em energia elétrica, portanto, com este sensor, temos o som como voltagem variável. Normalmente gravamos ou detectamos o som por meio deste dispositivo. Este transdutor é usado em todos os telefones celulares e laptops. Um MIC típico parece,
Determinando a polaridade do microfone condensador:
MIC tem dois terminais, um é positivo e outro é negativo. A polaridade do microfone pode ser encontrada usando um multímetro. Pegue a ponta de prova positiva do multímetro (coloque o medidor no modo TESTE DE DIODO) e conecte-o a um terminal do MIC e a ponta de prova negativa ao outro terminal do MIC. Se você obtiver as leituras na tela, o terminal positivo (MIC) está no terminal negativo do multímetro. Ou você pode simplesmente encontrar os terminais olhando para ele, o terminal negativo tem duas ou três linhas de solda, conectadas à caixa de metal do microfone. Esta conectividade, do terminal negativo para sua caixa de metal também pode ser testada usando o testador de continuidade, para descobrir o terminal negativo.
Componentes necessários:
Op-amp LM358 e, LM3914 (comparador de 10 bits) e um MIC (ver acima)
Resistor 100KΩ (2 peças), resistor 1K K (3 peças), resistor 10KΩ, potenciômetro 47KΩ,
Capacitor 100nF (2 peças), capacitor 1000µF, 10 LEDs,
Placa de ensaio e alguns fios de conexão.
Diagrama de circuito e explicação de trabalho:
O diagrama do circuito do medidor VU é mostrado na figura abaixo,
O funcionamento do circuito do medidor VU é simples; a princípio, o MIC capta o som e o converte em níveis de voltagem lineares à intensidade do som. Portanto, para um som mais alto, teremos um valor mais alto e um valor mais baixo para um som mais baixo. Em seguida, esses sinais de voltagem são alimentados para o filtro passa-altas para filtrar o ruído, depois os sinais de filtração são amplificados por Op-amp LM358 e, finalmente, esses sinais filtrados e amplificados são alimentados para LM3914, que funciona como um voltímetro e acende LEDs de acordo com a intensidade do som. Agora vamos explicar cada etapa, uma por uma:
1. Remoção de ruído usando filtro passa-alto:
O MIC é muito sensível ao som e também aos ruídos ambientais. Se certas medidas não forem tomadas, o amplificador amplificará o ruído junto com a música, isso é indesejável. Então, antes de ir para o amplificador, vamos filtrar os ruídos usando o filtro passa-altas. Este filtro aqui é um filtro RC passivo (Resistor-Capacitor). É fácil de projetar e consiste em um único resistor e um único capacitor.
Como estamos medindo a faixa de áudio, o filtro deve ser projetado com precisão. A frequência de corte do filtro passa-alta deve ser mantida em mente ao projetar o circuito. Um filtro passa-alta permite a passagem de sinais de alta frequência da entrada para a saída, ou seja, só permite a passagem de sinais que tenham frequência superior à prescrita pelo filtro (frequência de corte). Um filtro passa-alta é mostrado no circuito.
O ouvido humano pode captar frequências de 2-2Khz. Portanto, iremos projetar um filtro passa-altas com frequência de corte na faixa de 10-20Hz.
A frequência de corte de um filtro passa-alta pode ser encontrada pela fórmula, F = 1 / (2πRC)
Com esta fórmula, podemos encontrar os valores R e C para uma frequência de corte escolhida. Aqui, precisamos de uma frequência de corte entre 10-20 Hz.
Já para os valores R = 100KΩ, C = 100nF, teremos a frequência de corte em torno de 16Hz, que só permite que o sinal de frequência maior que 16Hz apareça na saída. Esses valores de resistor e capacitor não são obrigatórios; pode-se brincar com a equação para obter melhor precisão ou para facilitar a seleção.
2. Amplificação de sinais de som:
Depois de remover o elemento de ruído, os sinais são alimentados para o amp Op LM358 para amplificação. O OP_AMP significa “Amplificador de operação”. Isso é designado pelo símbolo de um triângulo com três pinos IO (entrada e saída). Não vamos discutir sobre isso em detalhes aqui. Você pode consultar os circuitos do LM358 para obter mais detalhes. Aqui, vamos usar o op-amp como um amplificador de feedback negativo para amplificar o sinal de baixa magnitude do MIC e trazê-lo a um nível onde possam ser captados pelo LM3914.
Um amplificador operacional típico em conexão de feedback negativo é mostrado na figura abaixo.
A fórmula para a tensão de saída é, Vout = Vin ((R1 + R2) / R2). Com esta fórmula podemos escolher o ganho do amplificador.
Com os sinais MIC em µVolts, não podemos alimentá-lo diretamente ao voltímetro para leitura, pois não será praticamente possível para o voltímetro pegar essas tensões baixas. Com o op-amp tendo um ganho de 100, podemos amplificar os sinais do MIC e alimentá-los posteriormente com o voltímetro.
3. Representação visual dos níveis de som usando LEDs:
Agora temos o sinal de áudio filtrado e amplificado. Este sinal de áudio amplificado filtrado do op-amp é fornecido ao voltímetro de LED do chip LM3914 para medir a força do sinal de áudio. LM3914 é um chip que aciona 10 LED com base na intensidade do som / voltagem. O IC fornece saídas decimais na forma de iluminação LED com base no valor da tensão de entrada. A tensão máxima de entrada de medição varia dependendo da tensão de referência e da tensão de alimentação. Este dispositivo de chip único pode ser ajustado de uma forma, a partir da qual podemos fornecer uma representação visual para o valor analógico do op-amp.
O chip LM3914 tem muitos recursos e pode ser modificado para um circuito de proteção de bateria e circuito de amperímetro. Mas aqui discutimos apenas as características que nos auxiliam na construção do VOLTMETER.
LM3914 é um voltímetro de 10 estágios, o que significa que mostra variações no modo de 10 bits. O chip detecta a tensão de entrada de medição como um parâmetro e a compara com a referência. Digamos que escolhemos uma referência de “V”, agora sempre que a tensão de entrada de medição aumenta em “V / 10”, temos um LED de maior valor brilhando. Como se dermos “V / 10”, o LED1 acenderá, se dermos “2V / 10” o LED2 acenderá, se dermos “8V / 10”, o LED8 acenderá. Quanto maior o volume da música, mais representação visual do LED (mais LED brilha).
LM3914 IC no circuito:
O circuito interno do LM3914 é mostrado abaixo. LM3914 é basicamente uma combinação de 10 comparadores. Cada comparador é um amplificador operacional, com voltagem de referência de ganho em seu terminal negativo.
Conforme discutido, o valor de referência deve ser escolhido, com base no valor máximo de medição. A saída de OP_AMP será de 0-4 V no máximo. Portanto, precisamos escolher a tensão de referência do LM3914 como 4V.
A tensão de referência é escolhida por dois resistores que são conectados no pino RefADJ do LM3914 conforme mostrado na figura abaixo. A fórmula referente à Tensão de Referência também é fornecida na figura abaixo (retirada de sua ficha técnica),
Agora, há um problema com a referência de tensão baseada na divisão de resistência, que é um pouco dependente da tensão de alimentação. Portanto, substituímos a resistência constante R2 por um potenciômetro de 47KΩ, conforme mostrado no diagrama do circuito. Com a panela no lugar, podemos ajustar a referência, dependendo da conveniência.
Com uma referência de 4V, toda vez que houver um incremento de 0,4V de acordo com a intensidade do som, o LED de alta significância acende. O nível de medição para LED vai como, + 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.
Portanto, em poucas palavras, quando há som, o MIC gera tensões que representam a magnitude dessas ondas sonoras, esses sinais do MIC são filtrados pelo filtro RC. Os sinais filtrados são alimentados ao op-amp LM358 para amplificação. Esses sinais MIC filtrados e amplificados são fornecidos ao voltímetro LM3914. O voltímetro comparador LM3914 acende os LEDs de acordo com a intensidade do sinal fornecido. Portanto, temos um instrumento de medição de som e, portanto, VOLUME METER.