使用LM386音频放大器和LM3915点/条显示驱动器，构建一个可视化的声控LED指示灯

1. 项目概述与介绍

你是否曾好奇声音究竟如何被“看见”?在这个项目中，我们将从零开始制作一个可视化的声控LED指示灯。该电路通过电容式麦克风拾取周围的声音，利用LM386音频功率放大器放大微弱的音频信号，并使用LM3915显示驱动IC将信号转换为动态、律动的LED条形图。由于LM3915具有对数输出刻度，LED的闪烁变化与人耳感知声音音量变化的方式完美匹配。设备由两节3.7V锂电池供电，结构紧凑便携，既可作为出色的模拟电子学教程，也可作为时尚的桌面小工具!

2. 主要特点与亮点

· 纯模拟信号处理：无需微控制器或编程，采用纯硬件电路设计。

· 高灵敏度前置放大：LM386将微弱的麦克风信号放大数十倍，确保触发稳定可靠。

· 对数视觉反馈：LM3915对数刻度实现平滑、自然的声音波动态表现。

· Zobel网络稳定性：有效抑制高频振荡，确保信号还原清晰纯净。

· 便携式模块化电源：由两个18650/14500锂电池(约7.4V)串联供电。

3. 物料清单(BOM)

以下是本次组装所需所有组件的纯文本清单：

集成电路(IC)：

•1个 LM386 音频功放集成电路(DIP-8)

•1个 LM3915 点阵/条形显示驱动集成电路(DIP-18)

麦克风及输出组件：

•1个 电容式静电麦克风(ECM，2针)

•6个 5mm 红色LED

•6个 5mm 黄色LED

•8个 5mm 绿色LED

电阻：

•1个 10 Ω 电阻(1/4W)

•1个 2.2 kΩ 电阻(1/4W)

•1个 4.7 kΩ 电阻(1/4W)

•1个 20 kΩ 电阻(1/4W)

电容：

•1个 47 nF(0.047 µF)陶瓷电容

•1个 0.1 µF(100 nF)陶瓷电容

•3个 4.7 µF 电解电容

•2个 10 µF 电解电容

电源及其他：

•2个 3.7V 锂电池(18650 或 14500)

•1个 双锂离子电池座及螺丝端子

•1个 模拟电路PCB板/面包板、焊接工具和跳线

4. 分步组装与搭建指南

4.1：LM386电源与去耦设置

首先将LM386音频放大器安装到电路板上。在LM386的电源引脚(引脚6)上连接一个10 µF电解电容，用作电源去耦电容。该电容可滤除低频电源纹波，防止放大器产生振荡。

4.2：麦克风输入与去耦网络

在电容式麦克风节点与LM386音频输入(引脚3)之间焊接一个4.7 µF电解电容。该电容作为交流输入耦合电容，允许音频信号进入放大器，同时阻隔麦克风的直流偏置电压。此外，连接一个4.7 kΩ偏置电阻以供电麦克风内部的FET晶体管，并在麦克风电源线上并联第二个4.7 µF电容，用于噪声去耦。

4.3：佐贝尔网络与音频输出级

在LM386的音频输出端(引脚5)上，将一个47 nF陶瓷电容与一个10 Ω电阻串联，并接地。此组合构成佐贝尔网络，可稳定高频负载阻抗，防止高频自激。接下来，从输出引脚焊上第二个10 µF电解电容，以安全地将放大后的音频信号传递到下一阶段。

4.4：电容式麦克风的焊接

将电容式麦克风安装在音频输入前端。安装时需确保正确极性：较长的引线(或未连接金属外壳的端子)应连接至正信号线，而连接到外层铝壳的端子则连接至地(GND)。

4.5：LM3915显示驱动器与电压参考设置

将LM3915 10级显示驱动IC焊接到电路板上。在REFIN(第4引脚)和RLO(第2引脚)之间焊接一个20 kΩ电阻。这可设定内部参考电压范围，从而确定第一颗LED点亮以及最上方LED亮起的精确输入阈值。

4.6：增益控制与显示解耦

在LM386的引脚1和引脚8之间焊接一个2.2 kΩ电阻，以锁定干净、无失真的增益水平。接着，在LM3915的电源引脚之间并联一个0.1 µF(100 nF)陶瓷电容。这可消除LED开关时产生的高频开关噪声，确保LED响应清晰稳定。

4.7：LED条形图安装(共20颗LED)

将20个5毫米LED灯按LM3915输出通道引脚的顺序依次排列：8个绿色LED用于低音量，6个黄色LED用于中等音量，6个红色LED用于峰值音量。当音频音量变化时，LED灯会像动态条形图谱一样逐渐亮起。

4.8：电源端子与电池组装配

通过电池座将两个3.7V锂电池串联(输出约7.4V)连接至电路螺丝端子。虽然该电路最初设计为5V供电，但LM386和LM3915可轻松处理7.4V电压，提供充足的余量，使可视化设备完全便于携带。

4.9：最终测试与音乐可视化

打开电路，播放您附近的喜爱音乐!观察绿色、黄色和红色LED灯如何随着音乐的节奏平稳跳动。

5. 电路工作原理概述

1. 音频前置放大级(LM386)：声波振动麦克风的振膜，产生微小的毫伏交流信号。LM386通过耦合电容阻断直流偏置，并利用佐贝尔网络消除噪声，将该信号放大数十倍。

2. 显示驱动级(LM3915)：放大后的音频交流电压进入LM3915。内部精密分压网络将电压与10个对数参考电平进行比较，驱动20颗LED阵列，使显示亮度自然匹配人类的听觉感知。

本文编译自hackster.io