Vorverstärker
Damit das Eingangssignal richtig gefiltert werden kann, wird das Ausgangssignal des Mikrofons mittels Vorverstärker verstärkt. Dieser Vorverstärker vergrößert die Amplitude des eingehenden Signals um einen Faktor, welcher noch im späteren Verlauf festgelegt wird.
Realisiert wurde dieser mit Hilfe eines Operationsverstärkers (OPV). Dabei wurde der OPV als invertierender Verstärker verschaltet, indem die Ausgangsspannung über einen Widerstand (R2) auf den negativen Eingang des OPV’s zurückgeführt wird. Außerdem liegt am negativen Eingang über einen weiteren Widerstand(R1) das Ausgangssignal des Mikrofons an. Der positive Eingang des OPV’s ist dabei auf Ground gelegt. Somit erhalten wir eine Verstärkung von Vu= -R2/R1. Da es sich um einen invertieren Verstärker handelt, erhalten wir eine negative Verstärkung. Jedoch spielt das Vorzeichen für unser Projekt keine Rolle, da dadurch ausschließlich die Phase des Wechselsignals verändert wird, welches keine relevanten Auswirkungen auf den weiteren Verlauf hat. Die folgende Abbildung zeigt die in LTSpice simulierte Schaltung.
Die Versorgungsspannungen des OPV’s wurden dabei auf 5V und Ground eingestellt.
Bei der Simulation wurde eine Verstärkung von Vu= -4 festgelegt. Anschließend wurde die Schaltung auf dem Steckbrett aufgebaut und getestet. Dabei stellte sich heraus, dass die Verstärkung nicht optimal gewählt wurde. Deshalb wurden die Widerstände neu dimensioniert, wobei für R1 ein Widerstand mit 1200 Ω festgelegt wurde. Für R2 wurde ein Potentiometer mit einem Umfang von 10 Ω bis 2 MΩgewählt. Dadurch ist es möglich, eine Verstärkung von 0,008 bis 1666,7 einzustellen. Diese wird dann nachdem Aufbau der Lichtorgel auf einen festen Wert festgelegt.
Platine
Mit Hilfe von Eagle wurde das Schaltbild realiesiert.
Der Vorverstärker hat als Eingangssignal die Spannung aus dem Mikrofon ‚MICOUT‘ und das Ausgangssignal ist die verstärkte Spannung ‚VERSTOUT‘.
Die 5 Schmitt-Trigger haben als Eingangssignal jeweils die Outputspannung des gleichgerichteten Tiefpasssignals ‚TPOUT‘. Für die Referenzspannung ist außerdem der Spannungsteiler mit auf der Platine verbaut. Die Ausgangsspannungen der 5 Schmitt-Trigger sind ‚TPDIODE1‘ bis ‚TPDIODE5‘.
Zu beachten war, dass die OPVs jeweils mit 2 Abblockkondensatoren versehen wurden.
Das Board ist in folgender Abbildung zu sehen.
Die roten Leiterbahnen liegen auf Top, die blauen Leiterbahnen auf Bottom. Die Widerstände und Abblockkondensatoren konnten auf Bottom- und Top-Seite angeschlossen werden. Der BUS-Stecker und die Anschlüsse des OPVs sind nur auf Bottom-Seite möglich.
Um die Platine zu testen, wurden an den BUS-Stecker die Versorgungsspannungen angelegt und benötigten Eingangsspannungen angelegt, und die Ausgangsspannungen gemessen. Es wurde festgestellt, dass auch hier die Schaltschwellen der einzelnen Schmitt-Trigger geringer sind als berechnet. Der Vorverstärker und die Schmitt-Trigger funktionierten, sodass die Platine als funktionsfähig gilt.
