Audio Spectrum Analyzer erweitern mit 40 LEDs

Hallo liebe Elektroniker und Experten !
Will für mich ein interessantes Projekt in Angriff nehmen und zwar ein 10 Band Audio Spectrum Analyzer mit jeweils 40 LEDs angesteuert mit einem LM3915 !
Habe einen riesigen Beutel mit 5x5mm LEDs geschenkt bekommen !
Gleichzeitig zig LM3915
Erst habe ich gedacht was mache ich damit ?
Und bei Youtube bin ich auf einen Audio Spectrum Analyzer gestossen !
Das ist die Idee !
Hier mal ein Link wie ich es mir vorstelle, gibt ja auch ein Video dazu !
Schaltplan Link:
http://stavebnice.postreh.com/picture/PT041_schem_v.gif

Video Link:
https://www.youtube.com/watch?v=jGElKNeIqTU&t=6s

Aber dieser hat ja nur 8 Bänder, wie schon geschrieben, will ich ja 10 haben !
Was gut wäre wenn noch 12khz und 16khz dazu kämen !
Wie kann ich das berechnen mit den Widerständen und Kondensatoren
Oder hat jemand die Lösung schon parat ?
Bin kein Elektronikprofi, sondern ein Hobby-Elektroniker

Die LM3915 muss man ja Kaskadieren, habe hier und da schon Schaltpläne gefunden, sollte ja möglich sein !
Falls mir jemand helfen kann,für die 2 Filter die ich noch benötige, wäre ich sehr dankbar !!!!!

Hallo Thomas,

ja der TL071 funktioniert auch, ich habe in meiner LT-Spice-Simulation den LT1469 nur deshalb eingesetzt, weil für dieser OPV in der Standard-Bibliothek von LT-Spice vorhanden ist und dieser OPV dem TL072 des Originalschaltplanes von den Parametern relativ nahe kommt. Wobei für die Schaltung des Spectrum-Analysers sich eigentlich fast jeder "Wald-und-Wiesen"-OPV einsetzen lassen sollte.
Der TL071 als Single-OPV (im 8 Pin Gehäuse) hat halt im Gegensatz zum TL072 als Dual-OPV (auch im 8 Pin Gehäuse) noch Möglichkeiten zur schaltungstechnischen Offset-Korrektur direkt am OPV. Das wird aber in der Schaltung nicht benötigt.

Was IMHO in dem Schaltplan des Analyzers etwas ungeschickt gelöst ist, dass der Erschaffer auf eine Single-Supply-Versorgung der OPV gesetzt hat. Das macht die Stromversorgung zwar einfacher, weil man nur ein Rail benötigt, erhöht aber den Schaltungsaufwand an den OPVs (an jedem ist der nichtinvertierende Eingang mit den beiden 4,7kOhm-Widerständen auf das halbe Betriebsspannungspotential gelegt). Das könnte entfallen, wenn man eine Dual-Supply-Versorgung hätte, also z.B. +12V, Masse und -12V.

Wegen den beiden Spannungsverstärkerstufen hast Du natürlich Recht. Etwas "Doppel-gemoppelt" ist das schon. Allerdings hat die Variante einige Vorteile. ... Der erste ist, dass man zwei Einstellmöglichkeiten hat. Man kann hier den Vergleich zu einer Kombi aus NF-Vorverstärker und NF-Endverstärker herannehmen. Der Laustärkeregler der Vorstufe bestimmt in wie weit man die Vorstufe aussteuert und der Lautstärkeregler der Endstufe legt den Aussteuerungsgrad der Endstufe fest. Man kann dadurch sowohl Vor- und Endstufe mit einem vernüftigen Aussteuerungspegel "fahren".
Der zweite Vorteil bezieht sich auf den höheren Fremdspannungsabstand, also dem Abstand von Nutzsignal zu Störungen (wie Rauschen oder Brummen). Die Filterstufe (Bandpaß) lässt ja im Grunde das Signal nur in einem frequenzmäßig sehr schmalbandigen Bereich "durch". Bei dem 8-kHz-Bandpass z.B. werden Signale im Frequenzbereich von ca. 7 bis 9 kHz "durchgelassen". In allen anderen Frequenzbereichen werden die Signale stark gedämpft. Und hier macht es IMHO Sinn, das schon gefilterte (und durch den Spannungsdoppler erhöhte) Signal (noch mal kontrolliert und einstellbar) zu verstärken. Das ist IMHO für einen großen Anzeigebereich der LED relevanter als die (globale) Vorverstärkung vor dem Filter. Nun könnte man au die Idee kommen, den ersten Vorverstärker weg zu lassen ... Das könnte man theoretisch (wenn die Quelle, also der Zuspieler) einen ausreichend hohen Pegel liefert, auch so tun. Allerdings entkoppelt der Vorverstärker die Filter von der Quelle, was immer anzustreben ist bzw. Vorteile bringt.
Wenn Du aktuell nur noch einen zusätzlichen OPV hast, kannst Du aber auch ausprobieren, wie sich die Schaltung ohne den globalen Vorverstärker aber mit dem "Nachverstärker" verhält.

Dein Video ist gut hier angekommen.

So "übel" finde ich das Verhalten des einen Kanals des Spektrum-Analyzers, den Du auf dem Steckbrett aufgebaut hast, gar nicht. Man sieht aber auch gut die Probleme. Gut ist schon mal, dass alle LEDs bei genügend hohem Pegel aufleuchten. Allerdings reagieren sind die oberen LEDs viel empfindlicher, was visuell dazu führt, dass es wirkt als wechseln nur die oberen drei 10'er Gruppen und nicht deren Einzel-LED. Bei genauem Betrachten sieht man aber das dem nicht so ist.

Warum die jeweils letzte LED jedes 10'er-Blocks gar nicht leuchtet verstehe ich aktuell auch nicht. Ist die Kaskadierung der vier LM3915 genau so realisiert wie auf dem oben verlinkten Schema (Klick)?

Wegen der "Geschwindigkeit" des Leuchtens bzw. "Reagierens" des LED-Balkens könntest Du auch an der Kapazität des letzten Kondensators des Spannungsdopplers (bei dem 8-kHz-Filter: C4 = 1µF) etwas "drehen". Höhere Kapazitäten machen das Verhalten träger, so dass die LEDs nicht so "schreckhaft" reagieren.

Das die erste LED immer leuchtet liegt vermutlich am Rauschpegel. Das meinte ich, wie im ersten Abschnitt beschrieben, mit dem Störspannungsabstand. Ich denke dieses Problem lässt sich mit dem Spannungsverstärker nach dem Filter (und Spannungsdoppler) lösen. Man kann dadurch den Eingangsspannungsverstärker auf eine geringere Vorverstärkung einstellen.

Der Einsatz eines Präzisionsgleichrichters, wie von DB angeregt, halte ich für eine sehr gute Idee. Eventuell kann man dadurch auch den Spannungsdoppler einsparen. Ich hatte vorhin schon ein wenig mit LT-Spice probiert, aber irgendwie habe ich Artefakte im Ausgangssignal, die ich mir nicht so wirklich erklären kann und ich bekomme auch die Ausgangsspannung nicht auf den Pegel des Spannungsdopplers (den ich beim EInsatz des Präzisionsgleichrichters weglassen wollte). Aber ich schaue hier noch.

Bis hier hin erst einmal ...

Viele Grüße
Steffen

PS: Was mir noch aufgefallen ist ... Im Datenblatt des LM3915 gibt es auf Seite 7 unter dem Punkt "Dot Mode Carry" den Hinweis auf einen zusätzlich einzusetzenden Widerstand, der verhindert, dass die letzte LED der vorangegangenen Kaskade ausgeschaltet wird, wenn die erste LED der folgenden Kaskade leuchtet. Allerdings wird dieses nur für den DOT-Mode beschrieben. Aber Du könntest ja mal die entsprechenden Widerstände einbauen und schauen, wie die LEDs dann reagieren.

Ein Schaltplan in einem Video zu einem 40-LED-VU-Meter (Klick) sieht auch entsprechende Widerstände vor. Das Video zeigt generell auch ein ähnliches Verhalten in Bezug auf die Reaktion (obere LEDs regieren empfindlicher als untere) wie bei Deinem Aufbau zu beobachten war.


P.P.S:
Hier noch die LT-SPICE-Simualtion mit dem Präzisionsgleichrichter:



Der obere Teil stellt die bisher angeregte Variante dar, Spannungsdopplerschaltung mit nachgelagertem OPV-basiertem Spannungsverstärker. Der untere Teil der Schaltung nutzt einen OPV-basierten Präzisionsgleichrichter, den Spannungsdoppler via Ladungspumpe (2 Elkos und 2 Dioden) habe ich hier entfernt. Die Gegenkopplungswiderstände RR2 und RR4 bestimmen den Grad der Spannungsverstärkung und könnten als Trimmer ausgeführt werden, um hier einstellen zu können. Den Kapazitätswert des Ladeelkos C7 müsste man am realen Aufbau austesten, R16 (Entladewiderstand) kann ggf. entfallen.

Die genauste Varainte wäre vermutlich (ähnlich wie im Datenblatt des LM3915 auf Seite 11 gezeigt) eine getrennte Ansteuerung der vier LM3915 (vgl. Post #9) durch vier OPV-basierte Präzisionsgleichrichter, z.B. mit dem TL074 (4fach OPV) und entsprechender Einstellung der Spannungsverstärkung der Einzel-Präzisionsgleichrichter-Stufen.