{"id":16,"date":"2021-02-20T21:39:02","date_gmt":"2021-02-20T20:39:02","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-lichtorgel-521\/?page_id=16"},"modified":"2021-02-20T22:25:57","modified_gmt":"2021-02-20T21:25:57","slug":"schmitt-trigger-bandpass-und-hochpass","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-di-lichtorgel-521\/schmitt-trigger-bandpass-und-hochpass\/","title":{"rendered":"Schmitt-Trigger BP und HP"},"content":{"rendered":"\n

Schmitt-Tigger<\/h2>\n\n\n\n

Um die LED, abh\u00e4ngig von der Frequenz, zum Leuchten zu bringen, wird an den LED eine gewisse Spannung ben\u00f6tigt. 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 durchl\u00e4sst, 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 \u2013 Tiefpass, Bandpass und Hochpass \u2013 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 h\u00f6her die Amplitude des Eingangssignals ist, desto mehr LEDs leuchten. Bei sehr leiser Musik leuchtet nur eine LED. Mit zunehmender Lautst\u00e4rke 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 Eing\u00e4ngen liegt an den OPVs eine unterschiedliche Referenzspannung an. Diese Referenzspannungen werden durch einen Spannungsteiler erzeugt. Die kleinste Referenzspannung betr\u00e4gt etwa 0,1V, die h\u00f6chste 3,5V. So soll sichergestellt werden, dass je nachdem wie gro\u00df die Spannung ist, die aus dem Gleichrichter kommt, unterschiedlich viele LED leuchten.
Die OPV sind als nichtinvertierender Schmitt-Trigger verschaltet. Dabei wurden die Widerst\u00e4nde so gew\u00e4hlt, dass die Hysteresebreite beim ersten OPV etwa 0,25V, bei den restlichen 4 OPV etwa 0,5V betr\u00e4gt. 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 k\u00f6nnen, 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.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

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 f\u00fcr die OPV. Aus \u00dcbersichtlichkeitsgr\u00fcnden 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 h\u00f6chste Referenzspannung.

In der folgenden Tabelle ist dargestellt, wo die jeweiligen Schaltspannungen liegen.<\/p>\n\n\n\n

<\/td>Schaltschwelle
Ulow->high<\/sub><\/td>		Schaltschwelle
Uhigh->low<\/sub><\/td>		Hysteresebreite
<\/td><\/tr>
ST 1<\/td>0,5<\/td>0,25<\/td>0,25<\/td><\/tr>
ST 2<\/td>1,5<\/td>1<\/td>0,5<\/td><\/tr>
ST 3<\/td>2,5<\/td>2<\/td>0,5<\/td><\/tr>
ST 4<\/td>3,5<\/td>3<\/td>0,5<\/td><\/tr>
ST 5<\/td>4,5<\/td>4<\/td>0,5<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

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 zur\u00fcckgef\u00fchrt 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 f\u00fcr den Schmitt-Trigger zu verwenden. So wurden die Schaltschwellen f\u00fcr alle 5 Schmitt-Trigger nacheinander am gleichen Aufbau durchgetestet.<\/p>\n\n\n\n

Platine<\/h2>\n\n\n\n

Auf der Platine befinden sich die f\u00fcnf Schmitt-Trigger f\u00fcr den Bandpass und die f\u00fcnf Schmitt-Trigger f\u00fcr den Hochpass.
Zus\u00e4tzlich werden auch drei Busstecker verwendet, denn diese Platine ben\u00f6tigt eine Verbindung zur oberen Platine mit dem Mikrophon und den LED’s, sowie auch zu der Busstecker-Platine. Dadurch k\u00f6nnen die Signale ‚MICOUT‘, ‚+5V‘, ‚-5V‘ und ‚GND‘ an die beiden anderen Platine weitergegeben werden und die Ausg\u00e4nge der Schmitt-Trigger zu den LED’s gegeben werden. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan Aufbau mit EAGLE.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die IC’s, welche f\u00fcr dieses Projekt verwendet werden (TL074P), enthalten jeweils vier OPV’s. Somit werden f\u00fcr diese Platine insgesamt drei IC’s ben\u00f6tigt. Jeder von diesen braucht zwei Abblockkondensatoren, damit ungewollte Spannungsspitzen der Versorgungsspannung abgefangen werden k\u00f6nnen. Au\u00dferdem sind zwei ungenutzte OPV’s vorhanden, welche als Spannungsfolger verschaltet wurden.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

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 k\u00f6nnen. Au\u00dferdem mussten mehrerer VIA’s verwendet werden, um alle Leiterbahnen zu realisieren.
Anschlie\u00dfend wurde die Platine hergestellt. Nun mussten diese noch gebohrt und die Bauteile an die Platine gel\u00f6tet werden. Die fertige Platine ist in der unteren Abbildung zu sehen. Zum Schluss wurde die Platine noch getestet, wobei die Schmitt-Trigger zun\u00e4chst nicht wie gewollt funktionierten. Nach l\u00e4ngerem Suchen konnte der Fehler f\u00fcr den Bandpass ermittelt und behoben werden, f\u00fcr den Hochpass jedoch leider nicht.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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