Schmitt-Tigger
Um die LED, abhängig von der Frequenz, zum Leuchten zu bringen, wird an den LED eine gewisse Spannung benötigt. Wird das Eingangssignal nicht durch einen Filter komplett gefiltert, so soll an der LED also eine gewisse konstante Spannung anliegen. Sobald der Filter das Signal nicht durchlässt, soll an der LED keine Spannung bzw. Ground anliegen, damit die LED nicht leuchtet.
Umgesetzt wird diese Schaltung durch einen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger.
Es wurde sich darauf geeinigt, dass je Filter – Tiefpass, Bandpass und Hochpass – 5 LED verwendet werden. Diese LED leuchten, wenn das Signal nicht durch den jeweiligen Pass komplett gefiltert wurde. Je nachdem, wie laut die Musik ist, also je höher die Amplitude des Eingangssignals ist, desto mehr LEDs leuchten. Bei sehr leiser Musik leuchtet nur eine LED. Mit zunehmender Lautstärke leuchten auch mehrere LED.
Die Signale, die an den 3 Gleichrichtern herauskommen, werden jeweils an den positiven Eingang von 5 OPVs gelegt. An den negativen Eingängen liegt an den OPVs eine unterschiedliche Referenzspannung an. Diese Referenzspannungen werden durch einen Spannungsteiler erzeugt. Die kleinste Referenzspannung beträgt etwa 0,1V, die höchste 3,5V. So soll sichergestellt werden, dass je nachdem wie groß die Spannung ist, die aus dem Gleichrichter kommt, unterschiedlich viele LED leuchten.
Die OPV sind als nichtinvertierender Schmitt-Trigger verschaltet. Dabei wurden die Widerstände so gewählt, dass die Hysteresebreite beim ersten OPV etwa 0,25V, bei den restlichen 4 OPV etwa 0,5V beträgt. Je nachdem, welche Spannung aus dem jeweiligen Gleichrichter nun ausgegeben wird, geben unterschiedlich viele OPV nun die Versorgungsspannung 5V aus oder Ground. Da die im Projekt verwendeten OPV nur im double supply betrieben werden können, geben sie in diesem Fall nicht Ground aus, sondern die Spannung -5V.
In folgender Abbildung ist der Aufbau der je 5 Schmitt-Trigger je Filter dargestellt.
Zu erkennen ist, dass es 5 parallele nicht-invertierende Schmitt-Trigger sind. Am positiven Eingang liegt die gleichgerichtete Spannung an, die aus dem jeweiligen Filter bzw. Gleichrichter kommt.
Der Spannungsteiler erzeugt die Referenzspannungen für die OPV. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Versorgungsspannungen der OPVs nur beim 5.Schmitt-Trigger dargestellt.
Am untersten Schmitt-Trigger liegt die geringste Referenzspannung an, dieser Schmitt-Trigger gibt also auch 5V aus, wenn die eingehende Gleichspannung sehr gering ist. Der oberste Schmitt-Trigger hat die höchste Referenzspannung.
In der folgenden Tabelle ist dargestellt, wo die jeweiligen Schaltspannungen liegen.
| Schaltschwelle Ulow->high | Schaltschwelle Uhigh->low | Hysteresebreite | |
| ST 1 | 0,5 | 0,25 | 0,25 |
| ST 2 | 1,5 | 1 | 0,5 |
| ST 3 | 2,5 | 2 | 0,5 |
| ST 4 | 3,5 | 3 | 0,5 |
| ST 5 | 4,5 | 4 | 0,5 |
Durch Messungen am Steckbrett konnte festgestellt werden, dass in der Praxis die leicht von den eben angegebenen Werten abweichen. Das kann aber auch auf viele Verluste durch den Aufbau auf dem Steckbrett und die nicht idealen Messungen zurückgeführt werden.
Zum Testen wurde der Spannungsteiler, ein Schmitt-Trigger mit einer LED und ihrem Vorwiderstand aufgebaut. Am Spannungsteiler wurde dann der Reihe nach immer eine andere Spannung abgegriffen, um diese als Referenzspannung für den Schmitt-Trigger zu verwenden. So wurden die Schaltschwellen für alle 5 Schmitt-Trigger nacheinander am gleichen Aufbau durchgetestet.
Platine
Auf der Platine befinden sich die fünf Schmitt-Trigger für den Bandpass und die fünf Schmitt-Trigger für den Hochpass.
Zusätzlich werden auch drei Busstecker verwendet, denn diese Platine benötigt eine Verbindung zur oberen Platine mit dem Mikrophon und den LED’s, sowie auch zu der Busstecker-Platine. Dadurch können die Signale ‚MICOUT‘, ‚+5V‘, ‚-5V‘ und ‚GND‘ an die beiden anderen Platine weitergegeben werden und die Ausgänge der Schmitt-Trigger zu den LED’s gegeben werden. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan Aufbau mit EAGLE.
Die IC’s, welche für dieses Projekt verwendet werden (TL074P), enthalten jeweils vier OPV’s. Somit werden für diese Platine insgesamt drei IC’s benötigt. Jeder von diesen braucht zwei Abblockkondensatoren, damit ungewollte Spannungsspitzen der Versorgungsspannung abgefangen werden können. Außerdem sind zwei ungenutzte OPV’s vorhanden, welche als Spannungsfolger verschaltet wurden.
In der oberen Abbildung ist das Board aus EAGLE zu erkennen. Die blauen Leiterband befinden sich auf Bottom und die roten auf Top. Hierbei war zu beachten, dass die Busstecker und die IC’s nur von der Bottom Seite verbunden werden können. Außerdem mussten mehrerer VIA’s verwendet werden, um alle Leiterbahnen zu realisieren.
Anschließend wurde die Platine hergestellt. Nun mussten diese noch gebohrt und die Bauteile an die Platine gelötet werden. Die fertige Platine ist in der unteren Abbildung zu sehen. Zum Schluss wurde die Platine noch getestet, wobei die Schmitt-Trigger zunächst nicht wie gewollt funktionierten. Nach längerem Suchen konnte der Fehler für den Bandpass ermittelt und behoben werden, für den Hochpass jedoch leider nicht.
