63音频频谱柱状显示电路设计讲解

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、110mV、160mV、220mV、320mV、440mV、630mV、890mV、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：30Hz、60Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz、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8Ω喇叭时最大不失真功率2W，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。•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。•这就需要一个滤波器来完成信号的提取。一、带通滤波器的参数•为什么使用带通滤波器？通带中心频率f0；f0横坐标为频率轴f纵坐标为增益AV归一化AV=0.707归一化AV=1fHfL归一化0dB归一化-3dB通频带BW=fH-fL二阶有源带通滤波器电路32184U1ALM358+12V-12VGNDR1R2R3C1C2GNDINOUT32184U1ALM358+12V-12VGNDR1R2R3C1C2GNDINOUT二阶有源带通滤波器电路与幅频特性曲线二阶有源带通滤波器电路与幅频特性曲线CRRRRRf232121021RRAV13232184U1ALM358+12V-12VGNDR1R2R3C1C2GNDINOUTR3=2R1中心频率f0通频带BWAv=1BWQf0Q=1.5f0=1.5BW滤波器相关公式CRRRRRf232121021CRBW31RRRRRBWfQ212130)(2132184U1ALM358+12V-12VGNDR1R2R3C1C2GNDINOUTRRAV132由Av=1得R3=2R1由Q=1.5得R1=3.5R2R3=2R1=7R2CRRRRRf232121021CCCf62620107.24010560128028.6120002801000280100021R3=2R1=7R2Av=1,Q=1.5若取R1=1kΩ；R2=280Ω;R3=2kΩ（微法）法拉006.7240)(107.240ffC32184U1ALM358+12V-12VGNDR1R2R3C1C2GNDINOUT设计频率f0R1R2R3C仿真频率f0通频带BW60Hz1k2802k4uF6043Hz~83Hz250Hz1k2802k1uF240173~333Hz1kHz1k2802k240n1000722~13854kHz1k2802k60nF40002.88~5.51kHz16kHz1k2802k15nF14.8k20.7~10.4kHzAV=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）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=62Ω;R1=1KΩ;R3=2kΩ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。幅度小幅度大LED条状显示驱动原理32184U10ALM358LED1R104.7k+12V-12V+12VVref60mVGND信号输入567U10BLM358LED2R114.7k+12VVref80mVGND32184U11ALM358LED3R124.7k+12V-12V+12VVref110mVGND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