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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bandpass vor Bandanzeige schalten (Anfänger)


Autor: Jan (Gast)
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Hey Leute,

ich wollte mir einen Fünfband-Spektrum-Analysator (mit je fünf LEDs) 
bauen, der am Line Out eines PCs hängen soll. Das Gerät muss nicht 
besonders genau arbeiten, da es nur als Effektbeleuchtung dienen soll.
Die Schaltung für die Bandanzeige funktioniert schonmal. Jetzt fehlt 
noch ein Bandpass vor jeder der fünf Bandanzeigen.

Nun zu meinen Fragen:
1) Als Freuquenzen für die Bandpässe habe ich mir 50Hz, 250Hz, 500Hz, 
2KHZ und 10KHz ausgesucht, ist das so in Ordnung?
2) Wie schalte ich einen Bandpass vor die Bandanzeige? Ich wollte 
RC-Bandpässe erster Ordnung benutzen, und ich weiß auch wie die 
aussehen, aber ich weiß nicht genau, wie ich die davorschalten soll.
3) Ich habe Befürchtungen, dass nach der Bandpassfilterung zu wenig 
Spannung an den LEDs anliegen wird (an der angehängten Schaltung liegen 
maximal 0,6V~ am Line Out an). Könnt ihr eine Einschätzung dazu abgeben?

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Jan schrieb:
> Fünfband-Spektrum-Analysator

Das ding ist kein Spekki, einfach nur eine Aussteuerungsanzeige.

Autor: Jan (Gast)
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Meinst du es ist kein Spekki im jetzigen Zustand oder wenn alles so 
aufgebaut ist wie ich beschrieben habe? Bei Ersterem stimme ich dir zu, 
bisher ist es nur eine Ausstreuerungsanzeige (gleichgedeutend mit 
VU-Meter und Bandanzeige?).

Gruß

Autor: HildeK (Gast)
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Jan schrieb:
> 1) Als Freuquenzen für die Bandpässe habe ich mir 50Hz, 250Hz, 500Hz,
> 2KHZ und 10KHz ausgesucht, ist das so in Ordnung?

Ich würde mich nach den Oktaven richten (immer Faktor 4 in der 
Frequenz):
50Hz (Tiefpass), 200Hz, 800Hz, 3200 Hz, 12800Hz (Hochpass)

>2) Wie schalte ich einen Bandpass vor die Bandanzeige? Ich wollte
>RC-Bandpässe erster Ordnung benutzen, und ich weiß auch wie die
>aussehen, aber ich weiß nicht genau, wie ich die davorschalten soll.

Erster Treffer bei Google mit der Suche "RC Bandpass"
http://www.ife.tugraz.at/LV/Skripten/est1_s18.pdf
Weitere habe ich nicht angeschaut.
Ich fürchte, für die Aufteilung in fünf Bänder ist der reichlich breit 
und müsste deutlich höherer Ordnung sein.


> 3) Ich habe Befürchtungen, dass nach der Bandpassfilterung zu wenig
> Spannung an den LEDs anliegen wird (an der angehängten Schaltung liegen
> maximal 0,6V~ am Line Out an). Könnt ihr eine Einschätzung dazu abgeben?

Der passive BP ist ein frequenzabhängiger Spannungsteiler - eine 
Dämpfung von 6dB ist damit sichergestellt. Ich würde eine aktive 
Variante mit OPAs wählen.

An vielen Stellen sind die typischen Klangregelschaltungen von 
Audioanlagen zu finden. Auch die berühmte 'Lichtorgel' ist ein Beispiel. 
Da kann man sich Anregungen holen.
Eine rein passive Lösung wird kaum zufriedenstellend sein. Deine 
Eingangs- und Ausgangswiderstände sind meist undefiniert und haben aber 
Einfluss auf den Frequenzgang.
Warum hast du die Abstufung der Basiswiderstände drin? Der erste 
Transistor ohne Basiswiderstand ist damit dem Tode geweiht.

Autor: Jan (Gast)
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Hallo,

HildeK schrieb:
> Warum hast du die Abstufung der Basiswiderstände drin? Der erste
> Transistor ohne Basiswiderstand ist damit dem Tode geweiht.

Die Schaltung habe ich, so wie sie ist auf nem Breadboard aufgebaut, und 
sie funktioniert. Je lauter die Musik ist, die ich höre, desto mehr 
Spannung liegt am Line Out an, desto weiter öffnen sich die 
Transistoren. Die Abstufung der Widerstände ist dazu da, dass die letzte 
Lampe erst leuchtet, wenn eine maximale Lautstärke erreicht ist.

>Deine Eingangs- und Ausgangswiderstände sind meist undefiniert und haben >aber 
Einfluss auf den Frequenzgang.

Welche Widerstände meinst du? Habe doch an alle den Wert 
drangeschrieben.

Zudem habe ich noch ein Bildchen gemalt, weiß jemand, ob soweit alles 
richtig verkabelt ist und wie ich den Line Out anschließe (einfach die 
Kabel einzeichnen)? Der Line Out liefert übrigens Wechselstrom und 
-spannung, brauche ich noch Gleichrichter?
Danke!

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Jan schrieb:
> Je lauter die Musik ist, die ich höre, desto mehr
> Spannung liegt am Line Out an, desto weiter öffnen sich die
> Transistoren. Die Abstufung der Widerstände ist dazu da, dass die letzte
> Lampe erst leuchtet, wenn eine maximale Lautstärke erreicht ist.

Das ist aber Murks so wie es jetzt ist. Wie schon andere vorher sagten 
bekommt der 1. Transistor alles ab. Auch ist das ganze nicht stabil 
gegen Bauteilschwankungen oder Temperatur .Fuer sowas gibt es fertige 
ICs (LM3914)

http://www.national.com/mpf/LM/LM3914.html#Overview

Oder man verwendet dazu Komparatoren (LM339) denen man eine feste 
Triggerschwelle verpasst.

Fuer die Frequenzabhaengigkeit der Schaltung kannst du aktive Filter 
verwenden. Passive Filter nur aus R und C reichen wegen der 
erforderlichen Guete nicht aus.

http://www.google.de/imgres?imgurl=http://sound.we...

Die einzelnen Filter wuerde eine Bandbreite von einer Oktave 
(Frequenzverdopplung) reichen.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Statt eines RC-Grabes würde ich einen µC einsetzen, der das Audiosignal 
digitalisiert und durch ne FFT schiebt. So wie der hier: 
http://elm-chan.org/works/akilcd/report_e.html

Autor: HildeK (Gast)
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Jan schrieb:
>>Deine Eingangs- und Ausgangswiderstände sind meist undefiniert und haben >aber
> Einfluss auf den Frequenzgang.
>
> Welche Widerstände meinst du? Habe doch an alle den Wert
> drangeschrieben.

Unabhängig von der o.g. Tatsache (Murks, schlimmstenfalls beschädigst du 
noch den Ausgang der Quelle): überlege dir mal den Eingangswiderstand 
der Gesamtschaltung. Du wirst zu keinem brauchbaren Wert kommen, denn 
der verändert sich mit der Amplitude. Vor allem der erste Transistor 
wird, solange er lebt, eine niedrige und sehr stark schwankende Last 
darstellen, sobald der Pegel die 0,7V der BE-STrecke überschreitet. 
Genau dann verändert sich aber bereits das Verhalten einer passiven 
Schaltung.

Zu deinem Bild:
Der OPA ist asymmetrisch versorgt, wird so als keine Wechselsignale 
verstärken, bestenfalls die positiven Halbwellen weitergeben. Du 
solltest zumindest den +E des OPA auf UB/2 legen.
Wenn du an dessen Ausgang einen Kondensator und einen Widerstand in 
Reihe schaltest, dann hast du in etwa wieder die Verhältnisse wie direkt 
an deinem Lineausgang. C≈1µF, R≈500Ω. Wenn du also mit deiner 
Transistorauswertung zufrieden bist, dann mache diese BE zwischen OPA 
und Transistoren und spendiere dem ersten Transistor an der Basis auch 
noch ein paar hundert Ohm.

Du könntest sowas wie im Anhang mal probieren.

Autor: HildeK (Gast)
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KLeine Korrektur:
Ersetze C4 durch Drahtbrücke und schalte dafür einen C (1μ) vor R2 - der 
ist aber meistens schon im Ausgang der Quelle enthalten.

Autor: Jan (Gast)
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Vielen Dank für die Mithilfe,
da die Bandanzeige von mir ziemlicher Schrott ist, werde ich doch lieber 
den LM3916 benutzen.

Luk4s K. schrieb:
> Statt eines RC-Grabes würde ich einen µC einsetzen

Das würde meine Fähigkeiten bei Weitem überschreiten. Vor Allem, weil 
ich überhaupt nicht programmieren kann.


Ist die Schaltung so umsetzbar? Bin mir nämlich absolut nicht sicher 
beim Anschluss des Line Out. Vom diesem muss ein Kabel zu GND, Pin 2 und 
4 des LM3916 gehen, das andere Kabel muss an Pin 5. Das ist es auch, 
bloß dass der OPAmp davorgeschaltet ist verwirrt mich.

Gruß

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Du hast + Eingang und - Versorgungspin vertauscht.
Ansonsten sieht es schon besser aus.

Autor: Jan (Gast)
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Meinst du so?

Autor: HildeK (Gast)
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Jan schrieb:
> Meinst du so?

Auch wenn ich nicht gemeint war: nein!

Der +Eingang des OPA muss an den Spannungsteiler, der -VCC muss an GND.
Außerdem ist der hintere Teil des Klinkensteckers Masse. Auf Tip und 
Ring, den beiden vorderen Teile (bei dir nach links gerichtet), liegen 
die beiden Stereokanäle.
Ich hab mal dein Bild modifiziert, den LM3916 aber nicht betrachtet.

Autor: Jan (Gast)
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So langsam nimmt die Schaltung Form an..
Reichen 12V? Ist der LM324 ok als OPAmp? Reicht das Signal des Line Out 
(Vmax = 0,6V~)? Muss ich nicht vielleicht doch einen Gleichrichter 
einbauen?

Wenn alles so passt muss ich ja nur noch die einzelnen Werte für die 
Bandpässe ausrechnen, oder muss ich sonst noch was beachten?

Das ganze soll übrigens in einen Daft Punk Table 
(http://www.expli.de/anleitung/diy-daft-punk-tisch-...) 
gesteckt werden. Also anstatt der Muster ein Spek-Analyzer.

Gruß

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Jan schrieb:
> Muss ich nicht vielleicht doch einen Gleichrichter
> einbauen?

Kann man machen. Dann kannst du noch die Anstiegs und Abfallzeiten 
einstellen. Also schnell anstieg die Anzeige und langsamer Abfall.
So wie jetzt hättes du nur ein Peakanzeige.
Der Gleichrichter müste dann zwischen Filter und LM3916 geschaltet 
werden.
Also für jeden Kanal einen.

Autor: Jan (Gast)
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Hier ist der fertige Schaltplan.

Zwei Fragen habe ich allerdings noch:
1)Reichen die 12V? Sind ja immerhin bis zu 25 LEDs, die betrieben werden 
sollen.
2)Ist der 1µF Kondensator und der 470Ohm Widerstand am OPAmp-Ausgang 
sinnvoll? In den Schaltungen, die ich mir so angeguckt habe waren die 
nicht vorhanden.

Gruß

Autor: Jan (Gast)
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...und vielen Dank an euch, alleine hätte ich das glaub ich nicht 
geschafft :) (davon ausgegangen, dass es dann auch tatsächlich so 
funktioniert).

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Jan schrieb:
> 1)Reichen die 12V? Sind ja immerhin bis zu 25 LEDs, die betrieben werden
> sollen.

Was hat die hoehe der Versorgungspannung mit der Anzahl der LEDs zu tun 
?

Autor: HildeK (Gast)
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Jan schrieb:
> Zwei Fragen habe ich allerdings noch:
> 1)Reichen die 12V? Sind ja immerhin bis zu 25 LEDs, die betrieben werden
> sollen.

Die Spannung spielt keine Rolle, denn die LEDs werden alle parallel an 
Stromquellen betrieben.

> 2)Ist der 1µF Kondensator und der 470Ohm Widerstand am OPAmp-Ausgang
> sinnvoll? In den Schaltungen, die ich mir so angeguckt habe waren die
> nicht vorhanden.
Die Ansteuerschaltungen im Datenblatt sind ja auch Gleichrichter, die 
eine positive Eingangsspannung garantieren.
Den 470Ω-Widerstand hatte ich empfohlen, weil du direkt auf die Basen 
der ersten Transistoren gegangen bist. Beim LM3916 wird aber in einer 
Note auch eine Limitierung auf max. 3mA genannt, deshalb wäre bei 
negativen Eingangsspannungen dann schon ein Vorwiderstand notwendig, 
denn durch den C (siehe unten) kommen Eingangsspannung<0 (außerhalb des 
Versorgungsspannungsbereichs) schon vor.
Der Kondensator ist auch notwendig, denn deine Bandpässe haben ja einen 
Gleichanteil von UB/2. Da würden schon die meisten LEDs auch ohne Signal 
leuchten. Das C entfernt den Gleichanteil.

Autor: Jan (Gast)
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Hallo nochmal,

mittlerweile habe ich alles zusammengelötet. Wenn ich die Line Out-Masse 
direkt an Pin 5 anschließe, funktioniert es so wie gewollt (LEDs 
leuchten abhängig von der Lautstärke auf). Bei Anschluss an den 'Anfang' 
des Bandpasses passiert allerdings nichts. Ich denke ein Kurzschluss 
oder eine kalte Lötstelle kann ausgeschlossen werden, da dieses 
Verhalten an allen fünf Stufen auftritt (die Stufen sind bisher nicht 
miteinander verbunden).

Wahrscheinlich ist das Signal nach der Filterung einfach zu schwach. Als 
OPAmps habe ich LM358 verwendet.
Wie kann ich rausfinden ob es wirklich daran liegt? Ein Multimeter habe 
ich hier.

Vielleicht helfen die Bilder auch etwas weiter. Eine Spannungsversorgung 
ist da grade nicht angeschlossen, und auch nicht die Line Out-Spitze, 
das ist auf einem seperaten Breadboard.

Gruß

Autor: HildeK (Gast)
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Prüfe mal vor und nach den Bandpässen mit einem Kopfhörer. Zumindest der 
interessierende Frequenzbereich müsste etwa gleich laut sein.

Die Bandpässe kann man auch verstärkend dimensionieren. Woher hast du 
deine Dimensionierung?

Alternativ kann man natürlich für alle Eingäng mit einem OPA einen 
Vorverstärker hinzufügen. Siehe 
Operationsverstärker-Grundschaltungen. Achtung, bei Single-Supply 
muss auch hier wieder der +Eingang auf halbe Betriebsspannung gelegt 
werden.

Autor: Jan (Gast)
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Hm, also es hört sich so an, als ob die Filterung nicht funktionieren 
würde (habe nebenbei einen Hörtest auf youtube gehört, war ca. alles 
gleich laut, kann mich aber auch irren). Es macht keinen Unterschied, ob 
eine Spannungsquelle angeschlossen ist oder nicht. Vcc und GND können 
sogar kurzgeschlossen werden (ohne SPQ), kein Unterschied.
Der Ton wird viel leiser, wenn ich den Bandpass zwischenschalte.

Wenn du mit Dimensionierung die Größe der Widerstände und Kondensatoren 
meinst; ich habe das Programm mfb-filter von 
http://sound.westhost.com/download.htm benutzt (Q=1, Gain=1).

Weiß wirklich nicht woran das liegen kann, der OPAmp funktioniert ja 
anscheinend überhaupt nicht so wie ich mir das gedacht hab.

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