制作频谱显示器

【任务目标】

（1）掌握音频交流信号频谱知识；

（2）了解运算放大器的选频应用；

（3）能根据实际应用要求，对产品单元电路进行性能、功能、参数调整，以满足产品性能要求；

（4）进一步熟悉运算放大器的灵活应用与元器件的综合测试。

一、LED频谱显示器的相关知识

1.LED频谱显示器电路

LED频谱显示器电路如图4－14所示。

2.预期目标

（1）熟悉LED频谱显示器电路，并根据电路的要求进行元器件的选取、检测处理；

（2）掌握信号流程分析、跟踪的方法，掌握电路图的正确阅读方法；

（3）掌握必要的电路基本原理知识，培养分析电路和灵活应用的能力；

（4）掌握电子电路元器件的正确焊接、线材连接、电路板制作、电路检测、功能调整处理的方法；

（5）能对完整电路的制作进行评测，制订作品测试报告并进行归纳总结。

此项任务是项目制作的第二部分，必须掌握该项目的基本单元电路的相关知识。

二、基本知识概述

根据电路对理论知识的要求与实际制作的需要，将与电路相关的基本知识划分为以下两个知识点来进行介绍。

（1）音频电信号频谱；

（2）传声器；

1.音频电信号频谱

声音是由各种频率成分组成的，人耳听觉感受的音频范围为20Hz～20kHz，这些频率成分的强度分布形成声音频谱，也就是声学知识中的音色，如同各种光波频率形成不同色感一样。那么对应着声电转换而来的电信号也同样具备音频信号的频谱，目前将整个音频电信号划分成4个频段：

（1）高频段：5～20kHz；

（2）中高频段：500Hz～5kHz；

（3）中低频段：150～500Hz；

（4）低频段：20～150Hz。

由此可见，音频电信号涵盖了20Hz～20kHz，甚至更高的频率范围，也就是说音频电信号有更宽广的频谱分布。

如图4－15所示列出了音频电信号频谱的分布情况，并附上人耳对音频信号频谱的听觉感受。

图4－15 音色 （频谱）分布

可知，音频电信号的频谱分布和音频信号是一致的。实际中，将音频信号转成电信号时，也就具备了与音频信号频谱分布相一致的电信号。

2.传声器

有关传声器的基本知识将在 “任务拓展”中进行详细介绍。

三、LED频谱显示器的组装与调试

1.LED频谱显示器电路

LED频谱显示器电路如图4－16所示。

2.元器件参数

元器件参数如表4－3所示。

表4－3 LED频谱显示单元电路元器件参数列表

3.实施步骤

1）准备工作

在熟悉电路原理的基础上，准备好焊接工具、电路板及元器件，依据如图4－16所示电器列出元器件清单，如表4－4所示。

表4－4 元器件清单

2）安装及焊接

在检查各元器件无损坏后，按照如图4－16所示电路将元器件安插在相应位置并焊牢。注意，如果是用万用板进行安装，需特别注意连线的准确性，当然也可采用自制PCB板来完成此任务，其效果更好。LED要安装在便于拆卸且一体成形的框架中，以备日后改装到机器外壳上。在焊接集成电路引脚时，要注意焊接时间的控制，一般焊接时间应控制在2s左右，同时应注意防止焊接时静电导致的集成电路损坏情况的发生，可采用洗手方式或佩戴静电环方式进行元器件焊接；尤其要禁止在烙铁出现漏电情况下的使用，否则会更加危险。

可调电阻除了应注意元器件引脚与印制板之间应有大约0.3mm的间隙外，还应重点考虑其合理的安装位置。因为在实际操作中，由于可调元器件是要根据实际电路的变化而进行相应的调节处理，故安装时，应考虑其在电路板上位置是否便于调节，同时又要以不影响电路美观为准则。

驻极体话筒是一个较脆弱的部件，内有场效应管，极容易受静电或外来高频脉冲的影响而导致损坏，在保存与使用驻极体话筒时应加以防范。下面给出对驻极体话筒引脚判断的测量方法。

在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。

将万用表置于欧姆挡 “×1kΩ”量程，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量的结果。阻值较小时的一次，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。

【注意】若二极管安装错误，则无法实现声电转换功能。

4.电路调试

确认电路焊接完整无误后，即可进入电路调试阶段。LED频谱指示电路的制作工艺现已经发展得很成熟，所以安装、焊接完毕后不需太多的调试工作，重点是检验电路的功能是否能正常实现，步骤如下。

（1）准备一台直流可调稳压电源、一台万用表、一台音频信号发生器；

（2）电路静态工作点调整。利用直流稳压电源向电路提供＋9V工作电压，并且将选频电路交流输入端口—音频输入口（Rp1中心抽头接地）短路接地，此时电路中VD1～VD5都应熄灭，即要求电路工作在静态工作点（无信号送来），IC3—TA7366（电流驱动专用器件）内部均处于截止关闭状态，同时U1A（LM324）由于无信号送来，也就无输出信号，处于静态工作点。

如果此时发现有某组LED发光或闪光情况出现，则重点查找该路电路是否存在焊接错误、虚焊现象、接地不良或者元器件损坏的情况。

（3）电路功能测试。利用直流稳压电源继续向电路提供＋9V工作电压，同时将音频信号发生器的输出端接入到LED频谱显示电路的输入插口（J1），如图4－17所示。

图4－17 输出与输入连接

开启音频信号发生器电源，将频率输出调整到100Hz，并且适当调节音频信号发生器信号的输出幅度，如果此时电路工作一切正常，电平显示电路中LED光柱（VD1～VD5）就会开始被点亮，并且随着音频信号发生器输出信号强度增大而一级接一级地依次点亮 （从电路左向右），或随着音频信号发生器输出信号强度减小而一级接一级地依次熄灭 （从电路右向左）。

【说明】电路能根据输入信号电平大小的变化，使LED光柱发生逐级亮、灭变化。

继续开启音频信号发生器电源，调整频率输出偏离100Hz（过大或过小值），并且调节音频信号发生器信号的输出幅度，如果此时电路工作一切正常，则电平显示电路中LED光柱（VD1～VD5）不该被点亮，或者LED的发光强度非常弱（信号谐波分量影响），而且当音频信号发生器的频率输出偏离100Hz的值越大，LED灯更难被点亮，因为LM324构成的选频电路无法从输入信号取出100Hz信号，即无输出信号驱动集成电路进行显示，LED灯必然不亮。

【说明】电路输入信号的频率在单元电路选频点（f0）附近时，使LED光柱点亮，并且信号中对应该频点的信号电平越强，LED点亮的级数也就越多。

请自行分析其工作原理。

5.项目完成

连接任务一与任务二的电路，完成如图4－1所示的无线音响LED动态显示器电路。

项目测评

1.实训报告

（1）绘制无线音响LED动态显示器完整电路。

（2）叙述无线音响LED动态显示器电路的工作过程。

（3）记录测试数据。

（4）根据实训结果填写实训报告。

2.项目评价