Audio Spectrum Analyzer erweitern mit 40 LEDs

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DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#1 erstellt: 13. Feb 2021, 19:11
Hallo liebe Elektroniker und Experten !
Will für mich ein interessantes Projekt in Angriff nehmen und zwar ein 10 Band Audio Spectrum Analyzer mit jeweils 40 LEDs angesteuert mit einem LM3915 !
Habe einen riesigen Beutel mit 5x5mm LEDs geschenkt bekommen !
Gleichzeitig zig LM3915
Erst habe ich gedacht was mache ich damit ?
Und bei Youtube bin ich auf einen Audio Spectrum Analyzer gestossen !
Das ist die Idee !
Hier mal ein Link wie ich es mir vorstelle, gibt ja auch ein Video dazu !
Schaltplan Link:
http://stavebnice.postreh.com/picture/PT041_schem_v.gif

Video Link:
https://www.youtube.com/watch?v=jGElKNeIqTU&t=6s

Aber dieser hat ja nur 8 Bänder, wie schon geschrieben, will ich ja 10 haben !
Was gut wäre wenn noch 12khz und 16khz dazu kämen !
Wie kann ich das berechnen mit den Widerständen und Kondensatoren
Oder hat jemand die Lösung schon parat ?
Bin kein Elektronikprofi, sondern ein Hobby-Elektroniker

Die LM3915 muss man ja Kaskadieren, habe hier und da schon Schaltpläne gefunden, sollte ja möglich sein !
Falls mir jemand helfen kann,für die 2 Filter die ich noch benötige, wäre ich sehr dankbar !!!!!
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#2 erstellt: 14. Feb 2021, 13:44
Ich habe mir nochmal den Schaltplan angeschaut und da ist mir aufgefallen das beim LM3915 Pin 3 das eigentlich die Plusversorgung ist, garnicht mit Plus versorgt wird ?!?!?
Geht rüber zum Pin 9, der Mode Pin !
Bin etwas verwirrt
Hoffentlich kann mir jemand helfen
Ste_Pa
Stammgast
#3 erstellt: 14. Feb 2021, 18:42
Moin Tüftler,

also der verlinkte Schaltplan des Audio Spectrum Analyzers arbeitet in den Filterstufen mit Operationsverstärkern, welche als Bandpass mit Mehrfachgegenkopplung geschaltet sind.

Als Literatur dazu empfehle ich:
1. electroncis-tutorials.ws (Seite herunterscrollen bis: Aktiver Filter mit unendlicher Verstärkung und mehrfacher Rückkopplung)
2. elektroniktutor.de (Seite herunterscrollen bis: Bandpass mit Mehrfachgegenkopplung)

Anhand der Literaturquelle 2 habe ich mal kurz mein Excel bemüht ...
Bandpass mit Mehrfach GK Bsp Rechnung (SpektrumAnalyzer)

Die Frequenzen der Bandpässe passen soweit zu den Angaben im Schaltplan und den Werten der 3 Widerstände und 2 Kondensatoren des jeweiligen OPV-basierten Bandpasses.

Anhand der Formel könntest Du demzufolge auch die Bauteilwerte für 12 kHz und 16 kHz berrechnen.

Zum LM3915 ... Das Datenblatt sieht an Pin 3 des LM3915 V+ also Betriebsspannung vor. Pin 9 ist das Mode-Pin, für Pin 9 auf V+ arbeitet der LM3915 im Bargraph-Mode. Ich vermute im Schaltplan wurde vergessen die verbundenen Pin 3 und 9 an V+ zu "klemmen".

Viele Grüße
Steffen


[Beitrag von Ste_Pa am 14. Feb 2021, 18:53 bearbeitet]
Mwf
Inventar
#4 erstellt: 15. Feb 2021, 02:58
Hi,

Bandpassfilter mit Mehrfach-GK lassen sich z.B. hiermit simulieren und feintunen:
http://sim.okawa-denshi.jp/en/OPtazyuBakeisan.htm

Dabei zeigt sich, dass für die o.g. Schaltung die Filter sehr schmal ausgelegt wurden (Q = ~10 !), der Schnittpunkt zum Nachbarzweig liegt bei ca. -17 dB.
Das erscheint mir für optische Effekte mit minimalem Aufwand (1 OP/Filter) geeignet, deckt aber das Spektrum im Oktavabstand nicht lückenlos ab, wie auch im verlinkten Video zu hören /zu sehen.

Bleibt man bei dieser Auslegung ergeben sich für 16 kHz (12 kHz) folgende Werte (*):
C1, C2 = je 10 nF (dito)
R1 = 9.1 k Ohm (12 kOhm)
R2 = 56 Ohm (75 Ohm)
R3 = 18 kOhm (24 kOhm)

Um auch ganz unten ein Band zu haben (z.B. anstelle 12 kHz) ergeben sich für 32 Hz:
C1, C2 = je 680 nF = 0.68 µF
R1 = 75 kOhm
R2 = 360 Ohm
R3 = 150 kOhm

-----------------------
(*) = Achtung:
Die Position von R2 und R3 ist in der Okawa-Simulation gegenüber dem Plan von Ste Pa vertauscht !


[Beitrag von Mwf am 15. Feb 2021, 03:12 bearbeitet]
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#5 erstellt: 15. Feb 2021, 17:43
Erstmal einen riesen grossen Dank an euch Beiden !!!! ist ja schliesslich Fasching

Das mit den Widerständen ausrechnen sieht ja schon mal sehr kompliziert aus
Evtl. hätte ich es auch rausbekommen nach Stundenlangen hin und herrechnen

Es soll jetzt auch kein Profi Audio Spectrum Analyzer werden, hauptsache man sieht das auf und ab der verschiedenen Frequenzen !!!!

Dann werde ich mal einen Prototypen auf dem Steckbrett bauen und schauen wie es mit 40 LEDs wirkt !
Muss mir noch passende Widerstände und Kondensatoren bestellen !
Gebe auf jeden Fall Bescheid !!!!
Kann man evtl. auch hier Videos hochladen
Und nochmals vielen vielen Dank an euch Beiden !!!!!

(*) = Achtung:
Die Position von R2 und R3 ist in der Okawa-Simulation gegenüber dem Plan von Ste Pa vertauscht
Wie ist das gemeint ?
Also ist R2 in meinen Plan R3 ?
Bitte noch mal um Aufklärung !!!


[Beitrag von DerTueftler am 15. Feb 2021, 17:45 bearbeitet]
Mwf
Inventar
#6 erstellt: 16. Feb 2021, 18:14

DerTueftler (Beitrag #5) schrieb:

Die Position von R2 und R3 ist in der Okawa-Simulation gegenüber dem Plan von Ste Pa vertauscht

Wie ist das gemeint ?

Was ist denn da unklar?
Okawa = mein link i. Beitrag #4
Plan von Ste Pa = in Beitrag #3

... Also ist R2 in meinen Plan R3 ? ...

Was ist dein Plan ?

Ich nehme mal an, es ist der Plan den du in Beitrag #1 gepostet hast, und dort gibts weder R2 noch R3,
hingegen 8 Schaltungen, wo jeweils der Platz mit dem kleinsten Widerstandswert
-- d.h. der, der einseitig an Masse bzw. hier an halber Betriebsspannung hängt --
immer die höchste Nummer der drei Rs trägt.
Also entspricht "dein" Plan sinngemäß dem von Ste Pa geposteten, während der kleinste Widerstand (Ohm statt kOhm) in der Okawa-Simu an mittlerer Position (R2) steht.

Jetzt klarer ?

btw:
Auch C1/C2 werden unterschiedlich gezählt, dort ist es aber egal da identische Werte.


[Beitrag von Mwf am 16. Feb 2021, 18:16 bearbeitet]
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#7 erstellt: 20. Feb 2021, 19:23
Oh Sorry, habe mich vertan mit den Widerständen !!!!
Alles gut, habe ich verstanden !!!

In der Zwischenzeit sind sämtliche Kondensatoren und Widerstände gekommen und mit vollen Elan habe ich es auf dem Steckbrett mit einem 8khz filter aufgebaut !
40 LEDs mit dem LM3915 kaskadiert !
Funktioniert soweit ganz gut, aber die ersten 10 LEDs gehen schön im takt mit und ab der 11 LED schlägt das bis zum Anschlag aus, wenn das Signal stärker wird !!!!
Entweder ist die Kaskadierung fehlerhaft was ich schon vermute, merke das besonders wenn ich in DOT Modus umstelle, dann gehen die ersten 10 LEDs schön hin und her, aber die anderen 30 LEDs blinken nur die letzten auf
hier mal ein Link wo 40 LEDs zusammengesachalten sind !

LINK:
https://drive.google...45gpQMyWqIGq7qK/view

Habe natürlich die Widerstände angepasst !
Wenn es so aufgebaut ist dann leuchten jeweils die 10....die 20....die 30 .....und die 40 LED sehr schwach !
Wenn ich aber die Pins 6 und 7 bei allen LM3915 verbinde leuchten alle LEDs gleichmässig !
Aber mit den Phänomen wie schon oben beschrieben !
Ich hoffe ihr könnt mir helfen !
Gruss Thomas
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#8 erstellt: 22. Feb 2021, 17:49
Keiner eine Idee oder Hinweis
Ste_Pa
Stammgast
#9 erstellt: 23. Feb 2021, 00:36
Hallo Thomas,

mit dem LM3915 habe ich noch nichts kaskadiertes selbst gebastelt.

Du könntest aber erst mal die Schaltung des VU-Meters mit den vier LM3915 aufbauen (eine Stufe ohne Filter des Spektrumanalysers). Dann könnte man erst mal sehen, ob die Kaskadierung so funktioniert.

Der Hersteller empfiehlt für die Kaskadierung (wenn es genau werden soll) den getrennten Betrieb der LM3915 (also keine direkte Kaskade). Dies durch einen OPV vor jedem LM3915, der den Pegel entsprechend der jeweiligen Stufe anhebt. Im Falle des Spektrumanalyzers macht das den Gesamtschaltungsaufwand aber deutlich höher.

LM3915_Kaskadierung

Quelle: Datenblatt LM3915, Seite 11

Aber zu der verlinkten Schaltung gibt es ja auch ein Video, das zeigt, dass die Schaltung (einfache Kaskadierung) an sich (als VU-Meter) funktioniert.

Ich würde erst mal versuchen, die Kaskadierung (und Ansteuerung der 40 LED pro Kanal) lauffähig zu machen (VU Meter einkanalig, als Test). Dann schauen wir weiter und bauen das in den Spektrumanalyzer ein.

Viele Grüße
Steffen

PS: Was mir noch eingefallen ist ... Die 40 LED repräsentieren lt. dem Ersteller der VU-Meter-Schaltung einen Spannungsumfang von 90 dB, das ist ne Menge "Holz".


[Beitrag von Ste_Pa am 23. Feb 2021, 04:14 bearbeitet]
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#10 erstellt: 23. Feb 2021, 18:40
Hallo Steffen,
vielen lieben Dank für deine Antwort !
In der Tat, habe es schon mal so aufgebaut wie im Schaltplan, direkt vom CD-Player und es hat ganz ordentlich funktioniert !
Vielleicht liegt es auch an dem Filter selbst ?!
Es hat mir jemand geschrieben, das diese Filter nicht so gut sind !
Weil sie zu schmal wären und alles so schwammig über den LM3915 dargestellt werden ! Für 10 LED scheint es wohl auszureichen !
Besser geeignet wären Doppel Stufen Filter ! Wie würden die ausschauen ?
Jetzt wäre die Frage, was ist aufwändiger Doppelstufen Filter bauen oder wie schon von Dir beschrieben ein OP davorzuschalten ?!?!
Welchen OP könnte ich dafür nehmen ? Auch ein TL71 ?
Wie ja schon gesagt, bin ich nur ein einfacher Hobbyelektroniker, aber will schon Hintergrundwissen haben und lernen
Oh je, hätte ich im Vorfeld das schon auf dem Steckbrett aufgebaut, stattdessn habe ich schon mit vollen Eifer sämtliche LEDs auf Lochrasterplatinen vorgelötet
Wenn ich das gewusst hätte das es nicht so einfach ist wäre ich lieber bei 10LEDs geblieben pro Kanal !!! Klein aber fein
Also wenn Du mich weiter unterstützen magst, bin ich voll dabei !!! Aufgeben ist keine Option

Im vorraus vielen Dank
Gruss Thomas
Ste_Pa
Stammgast
#11 erstellt: 24. Feb 2021, 13:15
Hallo Thomas,

die Filter basieren auf einem Bandpaß (mehrfach gegengekoppelt, realisiert mit einem OPV). In der Ausgangsschaltung des Spektrum-Analyers folgt diesen Filtern eine Spannungsverdopplerschaltung nach Villard. Mit dieser wird einerseits die Wechselspannung (Ausgangsspannung nach dem Filter) gleichgerichtet und andererseits die Spannung ansich erhöht (um eine höhere "Range" für die Anzeige zu haben). Durch die Kapazitäten der Lade-Elkos ergibt sich auch eine gewisse Trägheit, diese ist nötig, damit die Balken (oder der Punkt) nicht zu schnell "zappeln".

Ich habe mal mein LT-Spice bemüht ...

Im Zeitbereich sehen die Signalverläufe wie folgt aus:
Eingangssignal: 1V_eff (1,4 Volt_Ampl), Frequenz: 8 kHz -> Grüne Kurve (V(vin))
Signal nach dem ersten (kanalübergreifenden) Vorverstärker -> Beige Kurve (V(vv))
Signal nach dem 8-kHz-Filter -> rote Kurve (V(vout_8kHz))
Signal nach dem Gleichrichter / Spannungsdoppler -> Cyane Kurve (V(vout_log_8kHz))
LTSpice: Spectrum Analyzer, 8kHz, Transient

Lässt man sich in LT-Spice das Bodediagramm erstellen, zeigt dies sich wie folgt:
Bodediagramm nach den Filterstufen (2 kHz und 8 kHz)
LTSpice: SpectrumAnalyzer, Bodediagramm (nach Filter)

Bodediagramm nach den Filterstufen und nach Gleichrichtung / Spannungsverdopplung
LTSpice: SpectrumAnalyzer, Bodediagramm (nach Gleichrichter)

Man sieht hier sehr gut die Filterwirkung. Die Schmalbandigkeit sehe ich weniger als Problem, eher die Pegelverhältnisse. Die auswertbaren Pegel haben in der Simulation eine Range von -7dB bis 14dB, also ca. 21 dB vom höchsten zum niedrigsten Wert.
Das passt dann zu Deiner Beobachtung, dass die Schaltung mit einem LM3915 und 10 LED (Range: 30 dB) einigermaßen funktioniert.


Ich bin mir aber aktuell unsicher, ob man den Anzeige- und Pegelbereich eines LM3915 "irgendwie" einschränken kann. Spezifiziert ist der LM3915 im Datenblatt für einen Pegelbereich von 30dB, pro Stufe: 3dB x 10 LEDs.

Kaskadiert man nun VIER LM3915 hätte man 4x 30dB und damit 120dB. Das ist eigentlich viel zu empfindlich und eigentlich auch nicht praktisch zu realisieren. Gehen wir mal von folgender Situation aus:
Erster LM3915: Spannungsbereich für Anzeige: 1 mV .... 316 mV (316 mV für Vollaussteuerung, alle 10 LED leuchten) [30 dB entsprechen einer Spannungsverstärkung von 31,6 fach -> 1mV x 31,6 = 316mV)
Zweiter LM3915: Spannungsbereich für Anzeige: 316 mV .... 9986 mV (9986 mV = 9,986 V für Vollaussteuerung, alle 10 LED leuchten) [30 dB entsprechen einer Spannungsverstärkung von 31,6 fach -> 316mV x 31,6 = 9986mV)
Dritter LM3915: Spannungsbereich für Anzeige: 9986 mV .... 315545 mV (315545 mV = 31,55 V für Vollaussteuerung, alle 10 LED leuchten) [30 dB entsprechen einer Spannungsverstärkung von 31,6 fach -> 9986mV x 31,6 = 315545mV)
Hier wären wir mit 31,55V schon über dem Ausgangsspannungsbereich, den die meisten OPV (und auch übliche Netzteile) "hergeben".

Kann aber auch sein, ich mache hier einen Denkfehler.

Schematisch könnte eine Kaskadierung von drei LM3915 wie folgt aussehen (Aber wie gesagt, nur theoretisch, in der Praxis kann man nur schwer 31,55 Volt als Maximalpegel generieren). Zweistufig (60 dB) könnte die Sache noch halbwegs handelbar sein.

3xLM3915 einzeln angesteuert Schema

(Wenn man dies tatsächlich so aufbaut, könnte man auf die Spannungsverdoppler auch verzichten, und die Spannungsverstärkung durch die dann sowieso vorhanden Zwischen-OPV entsprechend einstellen.)

Was mich nun aber wundert, dass die Kaskadierung von vier LM3915 zumindest in der Anwednung als VU-Meter am Ausgang eines CD-Spielers zu funktionieren scheint. Ist es hier so, dass bei keinem Eingangssignal bzw. Ue = 0V wirklich keine LED leuchtet und bei maximalem Pegel ALLE 40 LED? Wenn dem so ist, ist in meiner Analyse noch ein Denkfehler.
Interessant wäre zu wissen (in bezug auf das VU-Meter mit vier LM3915): Bei welcher Eingangsspannung ist absolute Dunkelheit, bei welcher Eingangsspannung leuchten 10 LED, bei welcher Eingangsspannung leuchten 20 LED, bei welche Eingangsspannung leuchten 30 LED und bei welcher Eingangsspannung ist die Vollaussteuerung erreicht (alle 40 LED leuchten).

Dies erst mal nur meine aktuellen Gedanken zur Problematik.
Man darf mich gern korrigieren oder bestätigen.

Viele Grüße
Steffen

PS: Wegen dem Doppelstufenfilter. ... Darunter würde ich folgende Möglichkeiten verstehen:
a) Bandpaß (mehrfach gegengekoppelt, realisiert mit einem OPV) und ein Spannungsverstärkender (frequenzneutraler) OPV dahinter [quasi wie zuvor angeregt] oder
b) Einen OPV für die Realisierung eines Tiefpasses und einen OPV für die Realisierung eines Hochpasses [Ein Bandpaß ist ja quasi die Kombination aus Hoch- und Tiefpaß]

PPS: Die Typen der eingesetzten OPV sehe ich hier als unkritisch, für den Spektrum-Analyer sollte sich eigentlich so ziemlich jeder OPV einsetzen lassen. Sollte es doch auch die Kaskadierung hinauslaufen, wären Rail-to-Rail-Typen nicht verkehrt, um einen möglichst hohen Ausgangssspannungshub zu erzeugen (Bei Rail-to-Rail OPV kann die Ausgangssignalspannung die Betriebsspannung Amplitudenmäßig erreichen). Wegen der Anzahl der benötigten OPV würde ich wahrscheinlich fach-Typen einesetzen (also OPV in DIP-14 Gehäuse mit 4 Einzeln-OPV in einer "Kiste").

PPPS: Die Sache mit dem Lochraster kenne ich. Ich bastele auch meistens von Beginn an "schön" auf Lochraster und habe dann doch im Laufe des Projektes bei vielen Basteleien noch mal neu aufgebaut. Das liegt aber bei mir eher daran, dass ich mich mit diesen Steckbrettern nie wirklich angefreundet habe, aber empfehlenswert sind sie fürs Prototyping wohl doch.


[Beitrag von Ste_Pa am 24. Feb 2021, 14:28 bearbeitet]
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#12 erstellt: 24. Feb 2021, 19:40
Hallo Steffen,
Das ist ja ein Wahnsinn was Du mir an Wissen und Infos zurückschickst !!!
RIESIGES DANKESCHÖN

Da ich nun mal kein richtiger Experte bin, kann ich nur vom Empfinden sagen das es gut funktioniert direkt vom CD -Player !!!!
siehe hierzu auch das Video vom verlinkten LM Kasdadierung !:

https://www.youtube.com/watch?v=oWB2faToGAA&t=493s

Aber alles was Du geschrieben hast hört sich Plausibel an !
Das könnte echt schwierig werden mit 40 LEDs !
Habe noch mal ein anderes Video gefunden, der hat die LEDs aber wahrscheinlich mit einem LM324 angetrieben

Link:
https://www.youtube.com/watch?v=9SK2AxfELfw

So wie hier hätte ich mir das auch vorgestellt
Nun habe ich ein Haufen LM3915, möchte sie jetzt nicht unbedingt entsorgen , wäre echt schade !
Was ich auch noch irgendwo gelesen habe, das es sogar möglich ist, bis zu 10 LM3915 zu kaskadieren !!!!!
Das wäre ja der totale Wahnsinn, wenn es schon mit 4 nicht richtig klappen kann !
Also, wenn es absolut nicht geht, könnte ich mir vorstellen das ich es auf einer 2 fachen Kaskadierung belasse, bzw. sage maso,l was absolut max. möglich ist !! Ist halt Blöd müsste sämtliche LEDs wieder rauslöten und umplazieren !!!

Troztdem vielen Dank für Deine Bemühungen, die ich echt Wertschätze !!!!
Gruss Thomas


[Beitrag von DerTueftler am 24. Feb 2021, 19:43 bearbeitet]
Ste_Pa
Stammgast
#13 erstellt: 24. Feb 2021, 22:16
Hallo Thomas,

ja auf dem Video ist gut zu sehen, dass die 4 Stück LM3915 zur Ansteuerung der 40 LED als VU-Meter recht gut funktionieren. Daher grübele ich auch immer noch, wo ich meinen Denkfehler habe.
CD-Player liefern i.d.R. eine Ausgangsspannung von max. ca. 2 Volt.

Was Du mal versuchen könntest ...

Nimm einen Filterausgang des Spektrumanalyzers und schalte einen Operationsverstärker als invetrierenden Verstärker (Spannungsverstärker) dahinter, etwa wie folgt:

LTSpice: SpectrumAnalyzer, 8kHz, Transient, mit Nachverstaerker

Für den im Schaltplan RR2 genannten 10 kOhm-Widerstand nimm einen 10 kOhm-Poti bzw. Trimmer. An den Ausgang des letzten OPV schaltest Du dann die Schaltung des VU-Meters mit den kaskadierten vier LM3915. Dann könntest Du mal schauen, ob sich am Leuchtverhalten etwas "bessert", während Du den Trimmer veränderst.

Viele Grüße
Steffen

PS: Wegen dem LM324 ... Dieses IC ist ein (mehr oder weniger) Standard-OPV, wobei 4 OPV in einem Gehäuse sind. Hier habe ich ein kleines VU-Meter gefunden. Man muss sich dabei allerdings die Widerstandsspannungsteiler selber zusammenbasteln (im LM3915 / LM3914 sind diese ja schon integriert), das hat den Vorteil, dass man bei der Staffelung frei ist, aber auch den Nachteil, dass man sich bestimmte Widerstandswerte wahrscheinlich zusammenbasteln muss, insbesondere, wenn man ein logarithmisches Verhalten (was an anzustreben ist) erreichen möchte.


[Beitrag von Ste_Pa am 25. Feb 2021, 05:37 bearbeitet]
DB
Inventar
#14 erstellt: 25. Feb 2021, 08:34
Hallo,

eigentlich müßte ein Präzisionsgleichrichter her.


MfG
DB
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#15 erstellt: 25. Feb 2021, 18:36
Hallo Steffen,
werde es mal am Wochenende ausprobieren !
Gebe dann auf jeden Fall Bescheid wie es wirkt !

Hallo DB,
Ein Präzisionsgleichrichter ?!
Wie schaut der aus bzw. wie wird der dazwischengeschaltet oder besser nachgefragt, wie arbeitet der ?

An alle Leute die mich hier Unterstützen ein riesen Grosses Dankeschön !!!!!!

Verbleibe mit einem freundlichen Gruss
Thomas
DB
Inventar
#16 erstellt: 26. Feb 2021, 07:40
https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zisionsgleichrichter

Für Deine Zwecke wird ein Einweggleichrichter genügen. Für höhere Ansprüche (Aussteuerungsanzeigen fürs Studio) nimmt man Zweiweggleichrichter. Dort hat man dann auch besondere Ansprüche hinsichtlich des Anzeigeumfanges (>50dB) und der Hoch- und Rücklaufzeiten.
DerTueftler
Schaut ab und zu mal vorbei
#17 erstellt: 26. Feb 2021, 18:41
Hallo Steffen,
habe heute Nachmittag einen OP wie Du geschrieben hast soweit dazwischen geklemmt !
Habe aber nur grad einen TL071 zur Verfügung !!! Sollte ja eigentlich auch funktionieren ??!!!??
Nach erfolgreichen aufbau haben nach dem Einschalten alle 40 LEDs aufgeleuchtet !!!

Mir ist aber generell aufgefallen das ich ja schon ein OP-Verstärker am Anfang der Schaltung habe siehe auch Schaltplan:

http://stavebnice.postreh.com/picture/PT041_schem_v.gif

Und zwar der TL072 den ich ja auch Probeweise mit aufgebaut habe ! Das wäre ja eigentlich doppelgemoppelt
Hier kann man ja auch mit den Poti den Eingangspegel regeln, was ja auch funktioniert soweit !
Falls Du mal eine E-Mail Adresse hast kann ich Dir ja mal ein Video schicken wie es ausschaut, da kann man sich besser ein Bild davon machen

Vielleicht doch besser mit einem Präzisionsgleichrichter ?
So wie DB geschrieben hat !
Aber wie müsste ich die Widerstände dimensionieren, die passen könnten ?

Hoffe auf baldige Antwort und verbleibe mit freundlichen Grüssen
Thomas
Ste_Pa
Stammgast
#18 erstellt: 27. Feb 2021, 02:40
Hallo Thomas,

ja der TL071 funktioniert auch, ich habe in meiner LT-Spice-Simulation den LT1469 nur deshalb eingesetzt, weil für dieser OPV in der Standard-Bibliothek von LT-Spice vorhanden ist und dieser OPV dem TL072 des Originalschaltplanes von den Parametern relativ nahe kommt. Wobei für die Schaltung des Spectrum-Analysers sich eigentlich fast jeder "Wald-und-Wiesen"-OPV einsetzen lassen sollte.
Der TL071 als Single-OPV (im 8 Pin Gehäuse) hat halt im Gegensatz zum TL072 als Dual-OPV (auch im 8 Pin Gehäuse) noch Möglichkeiten zur schaltungstechnischen Offset-Korrektur direkt am OPV. Das wird aber in der Schaltung nicht benötigt.

Was IMHO in dem Schaltplan des Analyzers etwas ungeschickt gelöst ist, dass der Erschaffer auf eine Single-Supply-Versorgung der OPV gesetzt hat. Das macht die Stromversorgung zwar einfacher, weil man nur ein Rail benötigt, erhöht aber den Schaltungsaufwand an den OPVs (an jedem ist der nichtinvertierende Eingang mit den beiden 4,7kOhm-Widerständen auf das halbe Betriebsspannungspotential gelegt). Das könnte entfallen, wenn man eine Dual-Supply-Versorgung hätte, also z.B. +12V, Masse und -12V.

Wegen den beiden Spannungsverstärkerstufen hast Du natürlich Recht. Etwas "Doppel-gemoppelt" ist das schon. Allerdings hat die Variante einige Vorteile. ... Der erste ist, dass man zwei Einstellmöglichkeiten hat. Man kann hier den Vergleich zu einer Kombi aus NF-Vorverstärker und NF-Endverstärker herannehmen. Der Laustärkeregler der Vorstufe bestimmt in wie weit man die Vorstufe aussteuert und der Lautstärkeregler der Endstufe legt den Aussteuerungsgrad der Endstufe fest. Man kann dadurch sowohl Vor- und Endstufe mit einem vernüftigen Aussteuerungspegel "fahren".
Der zweite Vorteil bezieht sich auf den höheren Fremdspannungsabstand, also dem Abstand von Nutzsignal zu Störungen (wie Rauschen oder Brummen). Die Filterstufe (Bandpaß) lässt ja im Grunde das Signal nur in einem frequenzmäßig sehr schmalbandigen Bereich "durch". Bei dem 8-kHz-Bandpass z.B. werden Signale im Frequenzbereich von ca. 7 bis 9 kHz "durchgelassen". In allen anderen Frequenzbereichen werden die Signale stark gedämpft. Und hier macht es IMHO Sinn, das schon gefilterte (und durch den Spannungsdoppler erhöhte) Signal (noch mal kontrolliert und einstellbar) zu verstärken. Das ist IMHO für einen großen Anzeigebereich der LED relevanter als die (globale) Vorverstärkung vor dem Filter. Nun könnte man au die Idee kommen, den ersten Vorverstärker weg zu lassen ... Das könnte man theoretisch (wenn die Quelle, also der Zuspieler) einen ausreichend hohen Pegel liefert, auch so tun. Allerdings entkoppelt der Vorverstärker die Filter von der Quelle, was immer anzustreben ist bzw. Vorteile bringt.
Wenn Du aktuell nur noch einen zusätzlichen OPV hast, kannst Du aber auch ausprobieren, wie sich die Schaltung ohne den globalen Vorverstärker aber mit dem "Nachverstärker" verhält.

Dein Video ist gut hier angekommen.

So "übel" finde ich das Verhalten des einen Kanals des Spektrum-Analyzers, den Du auf dem Steckbrett aufgebaut hast, gar nicht. Man sieht aber auch gut die Probleme. Gut ist schon mal, dass alle LEDs bei genügend hohem Pegel aufleuchten. Allerdings reagieren sind die oberen LEDs viel empfindlicher, was visuell dazu führt, dass es wirkt als wechseln nur die oberen drei 10'er Gruppen und nicht deren Einzel-LED. Bei genauem Betrachten sieht man aber das dem nicht so ist.

Warum die jeweils letzte LED jedes 10'er-Blocks gar nicht leuchtet verstehe ich aktuell auch nicht. Ist die Kaskadierung der vier LM3915 genau so realisiert wie auf dem oben verlinkten Schema (Klick)?

Wegen der "Geschwindigkeit" des Leuchtens bzw. "Reagierens" des LED-Balkens könntest Du auch an der Kapazität des letzten Kondensators des Spannungsdopplers (bei dem 8-kHz-Filter: C4 = 1µF) etwas "drehen". Höhere Kapazitäten machen das Verhalten träger, so dass die LEDs nicht so "schreckhaft" reagieren.

Das die erste LED immer leuchtet liegt vermutlich am Rauschpegel. Das meinte ich, wie im ersten Abschnitt beschrieben, mit dem Störspannungsabstand. Ich denke dieses Problem lässt sich mit dem Spannungsverstärker nach dem Filter (und Spannungsdoppler) lösen. Man kann dadurch den Eingangsspannungsverstärker auf eine geringere Vorverstärkung einstellen.

Der Einsatz eines Präzisionsgleichrichters, wie von DB angeregt, halte ich für eine sehr gute Idee. Eventuell kann man dadurch auch den Spannungsdoppler einsparen. Ich hatte vorhin schon ein wenig mit LT-Spice probiert, aber irgendwie habe ich Artefakte im Ausgangssignal, die ich mir nicht so wirklich erklären kann und ich bekomme auch die Ausgangsspannung nicht auf den Pegel des Spannungsdopplers (den ich beim EInsatz des Präzisionsgleichrichters weglassen wollte). Aber ich schaue hier noch.

Bis hier hin erst einmal ...

Viele Grüße
Steffen

PS: Was mir noch aufgefallen ist ... Im Datenblatt des LM3915 gibt es auf Seite 7 unter dem Punkt "Dot Mode Carry" den Hinweis auf einen zusätzlich einzusetzenden Widerstand, der verhindert, dass die letzte LED der vorangegangenen Kaskade ausgeschaltet wird, wenn die erste LED der folgenden Kaskade leuchtet. Allerdings wird dieses nur für den DOT-Mode beschrieben. Aber Du könntest ja mal die entsprechenden Widerstände einbauen und schauen, wie die LEDs dann reagieren.

Ein Schaltplan in einem Video zu einem 40-LED-VU-Meter (Klick) sieht auch entsprechende Widerstände vor. Das Video zeigt generell auch ein ähnliches Verhalten in Bezug auf die Reaktion (obere LEDs regieren empfindlicher als untere) wie bei Deinem Aufbau zu beobachten war.


P.P.S:
Hier noch die LT-SPICE-Simualtion mit dem Präzisionsgleichrichter:

LTSpice: SpectrumAnalyzer, Variante: Präzisionsgleichrichter (Einweg)

Der obere Teil stellt die bisher angeregte Variante dar, Spannungsdopplerschaltung mit nachgelagertem OPV-basiertem Spannungsverstärker. Der untere Teil der Schaltung nutzt einen OPV-basierten Präzisionsgleichrichter, den Spannungsdoppler via Ladungspumpe (2 Elkos und 2 Dioden) habe ich hier entfernt. Die Gegenkopplungswiderstände RR2 und RR4 bestimmen den Grad der Spannungsverstärkung und könnten als Trimmer ausgeführt werden, um hier einstellen zu können. Den Kapazitätswert des Ladeelkos C7 müsste man am realen Aufbau austesten, R16 (Entladewiderstand) kann ggf. entfallen.

Die genauste Varainte wäre vermutlich (ähnlich wie im Datenblatt des LM3915 auf Seite 11 gezeigt) eine getrennte Ansteuerung der vier LM3915 (vgl. Post #9) durch vier OPV-basierte Präzisionsgleichrichter, z.B. mit dem TL074 (4fach OPV) und entsprechender Einstellung der Spannungsverstärkung der Einzel-Präzisionsgleichrichter-Stufen.


[Beitrag von Ste_Pa am 27. Feb 2021, 04:47 bearbeitet]
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