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音频频谱柱状显示电路设计讲解

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音频频谱柱状显示电路
2011年广西区电子设计竞赛 桂林电子科技大学本科A题 题目讲解 童有为 2011年4月
一、任务
设计并制作音频频谱柱状显示器电路。示意图如下:
二、要求
1、基本部分 ? (1)音乐输入:0~1.5Vrms;单声道。输入端采用莲花 座和Q9座并联形式,莲花座用于音乐输入,Q9座用于测 试。将柱状显示的LED集中布置于一个15cm×10cm的面 板上。音频功放可使用现成有源功放,功率大于1W。 ? (2)制作5路带通滤波器,分别对应中心频率为:60Hz、 250Hz、1kHz、4kHz、16k(1)Hz;滤波器Q值约为1.5。 ? (3)条状显示采用10个发光二极管显示电压高低,1~10 个发光二极管点亮的阈值电压分别为:60mV、80mV、 110 mV、160 mV、220 mV、320 mV、440 mV、630 mV、890 mV、1.25V,可用运放或专用集成电路制做。 例如LM3915条状指示集成电路。
二、要求
2.发挥部分 ? ①制作10路带通滤波器和条状显示,带通滤波器 心频率分别为:30 Hz、60Hz、125 Hz、250Hz、 500 Hz、1kHz、2 kHz、4kHz、8 kHz、16kHz; 滤波器Q值约为3。 ? ②制作一个均衡器,具有高音、中音、低音调整 旋钮,接于音源和音频频谱柱状显示器之间,可 以明显调整音质。 ? ③自制一个音频功放,接8 喇叭时最大不失真功 率>2 W,音量可调。 ? ④其它。
我们生活中常见的 音频频谱柱状显示器
完成题目需要制作的部分
频率提取部分(音频滤波器) ?LED条状显示部分 ?三段均衡器 ?功放
第一部分:音频滤波器
音乐信号中往往包含多个频段的信号,是一个复杂的合成 信号,随着音乐的播放,各个频点的幅度在发生变化。 ? 要想知道某个时刻信号中所含某个频点的分量的多少,就 需要从合成信号中将这个频率点的信号分离出来进行测量 并显示。
这就需要一个滤波器来完成信号的提取。 ?滤波器是一个能通过某些频率的信号, 阻止(或衰减)其他频率信号的电路。
一、带通滤波器的参数
通带中心频率f0; 为什么使用带通滤波器? 通频带BW=fH-fL 纵 坐 一 AV=1 一 0dB 标 为 一 增 一 -3dB AV=0.707 益 AV fL f0 fH
为频率 f
二阶有源带通滤波器电路
C1 -12V R3 4 U1A 2 1 3 R2 GND 8 LM358 OUT
R1 IN
C2
+12V GND
二阶有源带通滤波器电路与幅频特性曲线
C1 -12V R3 4 U1A 2 1 3 R2 GND 8 LM358 OUT
R1 IN
C2
+12V GND
二阶有源带通滤波器电路与幅频特性曲线
C1 -12V R3 4 U1A 2 1 3 R2 GND 8 LM358 OUT
Q=1.5
中心频率f0
f0=1.5BW
Av=1
R1 IN
C2
R3=2R1
+

12V GND
R +R f RR RC f0 =? R A Q= 2R BW
1 = 0 2π
1 2 2 1 2 3
3 V 1
通频带BW 通频带
滤波器相关公式
C1 -12V R3 4 U1A 2 1 3 R2 GND 8 LM358 OUT
f
R1 IN
C2
1 = 0 2π
R +R RR RC
1 2 1 2 3
3 1
2
+12V GND
f 1 Q= 0 = BW 2
R (R + R ) RR
2 1 2
R A 2R 由Av=1得R3=2R1
V
=?
3
BW =
1
1
π
RC
3
由Q=1.5得R1=3.5R2
R3=2R1=7R2
f
1 = 0 2π
R +R RR RC
1 2 1 2 3
2
Av=1,Q=1.5 R3=2R1=7R2
; R3=2k
1 1280 240.7 ×10 ?6 = = 2 6 6.28 560 × 10 C C
若取R1=1k ;R2=280
f
1 = 0 2π 1000 + 280 1000 × 280 × 2000 C
2
240.7 ×10 240.7 C= (法拉) = (微法) f0 f0
6
C1 -12V R3 4 U1A 2 1 3 R2 GND 8 LM358 OUT
R1 IN
C2
AV=1、Q≈1.5无限增益 多路反馈二阶有源带通滤 波器元件推荐值 (由MultiSim仿真得到) 仿真频 通频带BW 率f0 60 43Hz~83Hz 240 173~333Hz 722~1385 2.88~5.51kHz 20.7~10.4kHz
+12V GND
设计频 R1 R2 R3 C 率f0 60Hz 1k 280 2k 4uF 250Hz 1k 280 2k 1uF 1kHz 4kHz
1k 280 2k 240n 1000 1k 280 2k 60nF 4000
16kHz 1k 280 2k 15nF 14.8k
对于AV=1;Q=3的无限增益多路反馈 二阶有源带通滤波器,根据上述公 式可得:
R3=2R1=34R2
若取R2=62 ;R1=1K ;R3=2k 有:C=0.466/f0 (uF)
二、LED条状显示部分
直观地显示某个频率成分幅度的大小。 ? 幅度大,LED亮的多。
幅 度 小 度 大 幅
LED条状显示驱动原理
-12V 4 U11A 2 1 3 Vref 110mV LM358 8 +12V GND U10B 6 7 5 Vref 80mV LM358 R11 4.7k LED2 +12V R12 4.7k LED3 +12V
GND 4
-12V U10A
信信信信
2 1 3 Vref 60mV LM358 8 +12V GND
R10 4.7k
LED1 +12V
三、三段均衡器音调控制部分
音调控制是人为地调节输入信号的低频、 中频和高频成分的比例,改变前置放大器 的频率响应特性,以补偿音响系统各环节 的频率失真,或用来满足聆听者对音色的 不同爱好。 ? 常用的音调控制电路有反馈式和衰减式两 种类型。
衰减式音调控制电路
均衡器原理
均衡器响应曲线
实用五频段图示均衡器
四、功放
参考文献

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