Gitarrstämmare med vibrationssensor

(1)

Juni 2017

Gitarrstämmare med vibrationssensor

Anna Avenberg

(2)

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box 536 751 21 Uppsala Telefon: 018 – 471 30 03 Telefax: 018 – 471 30 00 Hemsida: http://www.teknat.uu.se/student

Gitarrstämmare med vibrationssensor

Anna Avenberg och Kristoffer Bergström

Ljud behöver inte nödvändigtvis studeras via en mikrofon, det går också att utnyttja

dess unika rörelsemönster. Ljud vibrerar med en specifik frekvens beroende på vilken

ton det har. Syftet med följande rapport är att undersöka hur en vibrationssensor för

en gitarrstämmare fungerar och hur gitarrstämmaren med vibrationssensor skulle

kunna konstrueras. Det finns många olika applikationer till en vibrationssensor.

I den här rapporten ges en detaljerad beskrivning till hur en analog gitarrstämmare

fungerar, och hur man med en helt analog krets kan konstruera en gitarrstämmare

som stäms med hjälp av en vibrationssensor. Arbetet undersöker också olika typer av

vibrationssensorer, hur man själv kan konstruera en gitarrstämmare samt hur en

lämplig kretslösning kan se ut.

Först undersöks olika typer av sensorer som sedan kopplas till en lämplig krets. En

stor del av arbetet utfördes i laborationssal med funktionsgenerator och oscilloskop.

Signalen som sensorn detekterar går via en krets med filter, förstärkare, komparator

och frekvens- till spänningsomvandlare. Slutligen informeras användaren om den

aktuella gitarrsträngens frekvens är nära den eftersökta frekvensen via en koppling

med dioder.

Det visade sig att den bästa sensortypen är en piezoelektrisksensor. Kretslösningen

kan däremot bli relativt komplicerad och mindre noggrann om en analog lösning

önskas då den kräver många komponenter.

Examinator: Martin Sjödin

Ämnesgranskare: Jonas Lindh

Handledare: Jörgen Olsson

(3)

När en gitarrist sitter och förbereder sig inför ett uppträdande är det viktigt att hen ser till att ha

gitarren i perfekt önskad stämma. Hur bygger man en gitarrstämmare som inte påverkas av

bakgrundsljud men som fortfarande får gitarrstämningen bra? Hur fungerar en sådan gitarrstämmare?

Inom elektroniken är det viktigt att kunna tolka en händelse till en elektrisk signal. Ett exempel på

detta är vissa torktumlare, hur känner dom av att tvätten är torr? Det är faktiskt så att vissa torktumlare

leder en ström genom tvätten och ju torrare tvätten är, desto mindre ström leder den. I det här arbetet

är det vibrationer som undersökts men samma princip gäller, att från en händelse få information om

vad som sker via en elektrisk signal. Informationen som eftersöks i projektet är frekvensen på

gitarrsträngen, alltså hur snabbt en sträng svänger.

En gitarrstämmare som utnyttjar den rörelsen, vibrationen, som skapas från en gitarrsträng har varit

syftet med arbetet. En undersökning av olika tillvägagångssätt för att bäst ta tillvara på vibrationerna

genom sensorer resulterade i att en piezoelektrisksensor är betydligt bättre än andra sensorer. En

piezoelektrisksensor består av en kristall med speciell struktur som känner av gitarrsträngens rörelse.

För att kunna bygga en gitarrstämmare krävs också en transportväg för signalen. Via olika

elektroniska komponenter arbetades en krets fram så att det i slutet gick att hitta ett samband mellan

den gitarrsträng som användes till ett specifikt värde från den elektriska kretsen. Från kretsen gick det

sedan att se hur gitarren måste stämmas för att få rätt ton.

Arbetet har visat hur olika typer av vibrationssensorer fungerar samt ett alternativ för hur en

gitarrstämmarkrets kan se ut. Gitarrstämmaren i det här arbetet fungerade inte helt enligt teorin och

kan utvecklas i form av eventuella digitala kretsbitar.

(4)

Innehåll

1 Inledning

3 1.1 Bakgrund . . . .

3 1.2 Frågeställning . . . .

3 1.3 Mål . . . .

3 2 Teori

4 2.1 Gitarrstämmare . . . .

4 2.2 Sensorer . . . .

5 2.2.1 Piezoelektrisksensor . . . .

5 2.2.2 Kondensatorsensor . . . .

6 2.2.3 Gyrosensor . . . .

6 2.3 Kretslösning . . . .

7 2.4 Slutprodukt . . . .

8 3 Metod

10 3.1 Projektplanering . . . 10

3.2 Förberedelse och faktaletande . . . 11

3.3 Simuleringar . . . 11

3.4 Sensor . . . 11

3.5 Kretslösning . . . 14

3.6 Slutprodukt . . . 14

4 Resultat

14 4.1 Projektplanering . . . 14

4.2 Simuleringar . . . 15

4.3 Laborationer . . . 16

4.3.1 Sensor . . . 16

4.3.2 Kretslösning . . . 18

4.3.3 Slutprodukt . . . 20

5 Diskussion

20 5.1 Sensor . . . 20

5.2 Kretslösning . . . 21

5.3 Slutprodukt . . . 21

6 Slutsatser

22 Referenser

23 Bilagor

24

2

(5)

1.1 Bakgrund

I det här arbetet ska det undersökas hur en gitarrstämmare med vibrationssensor

fungerar samt hur man på bästa sätt bygger en. Att fånga upp och utläsa frekvensen

från en viss vibration är en mer komplicerad process än man kan tro.

Bland redan existerande gitarrstämmare är det vanligt med mikrofonupptagning

och numera även med vibrationssensor. Sensorer som känner av och omvandlar

vibrationer till en hanterbar signal används inom flera olika områden så som i

mätning av bullriga miljöer, pacemaker som ser till att hjärtat slår i rätt takt,

oönskade vibrerande motorer, maskiner och mycket annat.

1.2 Frågeställning

Det finns vissa fördelar med att stämma en gitarr med vibrationssensor istället

för ljudsensor. Då det är specifika frekvenser som eftersöks är det viktigt att det

inte uppstår störningar. Om en gitarr ska stämmas i en miljö med mycket ljud,

till exempel musiker som stämmer instrument innan en spelning, är det lätt att

störningar uppstår. Fördelen med att stämma med hjälp av vibrationssensor istället

för mikrofon är att vibrationssensorer är mindre känslig för störningar.

Det finns flera olika metoder att undersöka hur en vibrationsfrekvens kan tolkas

till en elektrisk signal. Projektets övergripande syfte är att studera hur en

gitarr-stämmare fungerar samt att producera en egen fungerande gitarrgitarr-stämmare.

1.3 Mål

Slutmålet för projektet är att ha en fungerande gitarrstämmare. Den stora delen i

projektet handlar om att konstruera en vibrationssensor som kan avläsa frekvensen

hos vibrationer. Arbetet delas in i ett antal delmål för att lättare se om något tar

mer tid än väntat.

Det första delmålet är att ha en fungerande sensor. Det andra delmålet är att utifrån

varierande frekvens som sensorn detekterar kunna hantera signalen och via en

kretslösning kunna se hur långt ifrån önskad frekvens insignalen befinner sig.

Ett tredje delmål är att analysera hur man konverterar en elektrisk storhet till en

(6)

fullständig prototyp av en gitarrstämmare med en vibrationssensor.

En extra funktion som kan konstrueras i mån av tid är en display som visar om

gitarrsträngen ska spännas eller lättas för noggrannare stämning.

2 Teori

2.1 Gitarrstämmare

En gitarrstämmare är en krets som detekterar vilken frekvens strängen oscillerar

med och sedan informerar användaren om storleken på denna frekvens. En viktig

del i detta är sensorn. Den elektriska kretsen har konstruerats enligt Clive Buttons

krets [1] och kretsschemat syns i figur 1. Syftet med en gitarrstämmare är att den

noggrant ska visa hur nära en gitarrsträng är sin önskade ton.

Figur 1: Kretsschema över hela gitarrstämmaren.

(7)

För att mäta en fysikalisk vibration krävs det någon form av elektrisk mätning som

reagerar på vibrationen. För att få en fungerande vibrationssensor måste en

fysi-kalisk storhet ändra sig vid vibrationer som sedan går att utläsa. Den fysifysi-kaliska

storhetsändringen ska sedan utläsas och paras ihop med frekvensen hos

vibratio-nen. Sensorn kan formas med hjälp av gyroskop, kondensatorer, piezoelektriska

material eller någon annan komponent som reagerar på vibrationen och ändrar en

egenskap som till exempel ledningsförmåga, spänning eller resistans.

För att hitta en optimal sensor som kan detektera så pass små vibrationer som en

gitarr skapar finns flera alternativ att överväga. Sensorn måste kunna detektera

små vibrationer noggrant samtidigt som den skickar en pålitlig signal som går att

tolka till en frekvens.

2.2.1 Piezoelektrisksensor

En piezosensor består av ett piezoelektriskt material, ett material som saknar

sym-metricentrum men då det utsätts för mekanisk stress sänder ut en spänningspuls[4].

Figur 2: Piezokristall som utsätts för mekanisk stress

Figur 2 illustrerar hur piezokristallen fungerar. En vibrationspuls skickas från det

vibrerande materialet, vilket i det här arbetet är gitarren, till sensorn. Sensorn

reagerar på vibrationen genom att positiva och negativa laddningar omfördelas

i kristallen. Sedan faller laddningarna tillbaka i sitt grundläge och skickar ut en

spänningssignal.

För att konstruera en piezoelektrisksensor kan man skapa ett piezoelektriskt salt

som bildar kristaller. Saltet heter kalimnatriumtartrat och enligt Mike Nathans

me-tod [8] kan kristallerna skapas av kaliumvätetartrat, natriumkarbonat och destillerat

vatten.

(8)

Ett annat sätt att få utslag i form av en elektrisk signal från en vibration är med hjälp

av en kondensator. Syftet med en kondensatorsensor är att när avståndet mellan

kondensatorplattorna varierar så varierar även kapacitansen enligt ekvation 1,

vilket resulterar i en spänningsändring över kondensatorplattorna [2].

C = ✏

r

· ✏

0

· A

_d

(1)

I ekvation 1 är C kapacitansen, A är arean på kondensatorplattorna, ✏

r

är

permitti-viteten i vakuum, ✏

0

är relativa permittiviteten för materialet mellan plattorna och

d är avståndet mellan plattorna. För att detektera vibrationer med en kondensator

krävs att kondensator plattorna sitter nära nog för att kondensatorn ska fungera

men inte så nära att de riskerar att kortslutas.

2.2.3 Gyrosensor

Gyroskop används för att hålla en och samma riktning på olika objekt, och dess

egenskaper kan användas för att med hög precision bestämma vilken riktning

ett objekt har [5]. Gyrosensorer kan användas för att hålla ordning på hur ett

objekt har roterat. En gyrosensor mäter rotationshastigheten via corioliskraften

på ett vibrerande material. Materialet i sensorn kan variera mellan keramiskt

och kristaller och ha lite olika struktur. Sensorn har sensorarmar som reagerar

på vibrationer, de uppfattas som en förändring i rotationshastighet gentemot en

drivande arm som sedan kan tolkas som en elektrisk signal. En gyrosensor kräver

kontinuerlig kalibrering och används mycket inom till exempel mobiltelefoni för

orientering av mobilens fysiska läge.

(9)

Figur 3: Kretsschema över förstärkarkrets, Schmittrigger samt spänningsuppdelare

för gitarrstämmaren

Denna gitarrstämmarkrets ska avläsa en specifik frekvens mot en specifik spänning

för att stämningen ska fungera.

Signalen som plockas upp av en sensor kommer att vara liten. Signalen går vidare

genom ett högpass- och lågpassfilter som filtrerar bort signaler under 72 hertz (Hz)

och över 413 Hz, för att undvika störningar. Filtreringen bestäms av

komponent-värdena på motstånden R1, R2 samt kondensatorerna C1 och C2, se ekvation 2

[2].

f

c

=

!

_2⇡

c

!

c

=

1 T

T = R · C

(2)

I ekvation 2 är f

c

brytfrekvensen. Med R1 = 47k⌦ och C1 = 47nF ger detta

f

c

=

72 Hz för högpassfiltret. För lågpassfiltret med R2 = 820k⌦ och C2 = 470pF

ger detta f

c

=

413 Hz.

Förstärkningen sker med hjälp av två operationsförstärkare, se den blåa kretsen

i figur 3, vars förstärkning bestäms enligt ekvation 3 där Rx är motståndet som

är kopplat till negativa ingången hos förstärkaren och Ry är motståndet som är

återkopplat till utgången [2].

(10)

Rx

Den första förstärkningen med R1 och R2 blir ungefär 18 gånger större. Den andra

förstärkningen med R3 och R4 blir ungefär 175 gånger större. Efter förstärkarna

i figur 3 sitter en Schmittrigger, vars funktion är att skapa en fyrkantsvåg av den

inkommande signalen. Schmittriggerns förstärkning bestäms av ekvation 3, då

med motstånden R6 och R7 som resulterar i en förstärkning på ungefär 820 ggr.

Det gör att den inkommande signalen pendlar mellan den maximala och minimala

matningsspänningen och således blir till en fyrkantsvåg med samma frekvens.

Det sitter ännu en förstärkare i figur 3, den gröna rutan till höger, vars uppgift är att

dela upp spänningen i kretsen. Det är mellan matningsspänningen på 9 volt och den

skapade spänningsdelaren på 4.5 volt som förstärkarna kopplas. Det möjliggör att

de negativa perioderna hos vågorna kan passera förstärkarna utan att information

förloras.

2.4 Slutprodukt

Figur 4: Kretsschema för frekvens- till spänningsomvandlare samt

spänningsupp-delare av gitarrstämmaren.

Fyrkantsvågen från Schmittriggern går vidare till komponenten LM2917, som

tol-kar frekvensen till en specifik DC-spänning. I figur 4 syns frekvens- till

spännings-omvandlaren i den vänstra blå rutan. Den utkommande DC-spänningen bestäms

av ekvation 4.

V

out

=

f

in

· V

cc

· R

11

· C

5

(4)

(11)

Sträng Frekvens[Hz] Spänning[V]

E

82.41

1.36 A

110.00

1.82 D

146.83

2.42 G

196.00

3.23 B

246.94

4.10 E

329.63

5.44 Figur 5: Utgående spänning plottat mot inkommande frekvens för frekvens- till

spänningsomvandlaren.

Från ekvation 4 syns ett linjärt samband mellan ingående frekvens och utgående

frekvens tydligt, för att V

cc

, R

11

samt C

5

är konstanta. De teoretiska värdena på

DC-spänningen för de sex gitarrtonerna från frekvens- till spänningsomvandlarens

syns i tabell 1, och är även plottade i figur 5.

Den DC-spänning som erhålls från frekvens- till spänningsomvandlaren går

vi-dare i kretsen till komparatorn, LM311, den röda rutan i figur 4. Komparatorn

jämför DC-spänningen med en referensspänning. Referensspänningen skapas

ge-nom spänningsdelaren i figur 4 av motstånd R14-R26. Referensspänningarna är

skapade så att det ska vara så nära spänningsvärdena från tabell 1 det går.

(12)

spänningsomvandlaren. Spänningsdelningen fungerar enligt ekvation 5 [2].

V = V

cc

· Õ

RX i=R14

R

i

Õ

R26 i=R14

R

i

(5)

Där R

x

är motstånden innan punkten man mäter, för B-strängen skulle det till

ex-empel betyda att täljaren består av summan R14-R16. En potentiometer sitter innan

motståndet R14, detta för att med hög precision kunna ställa in spänningsdelaren

till korrekta värden enligt tabell 1.

Komparatorn ger ut en spänning på 0 volt om den inkommande DC-spänningen är

lägre än referensspänningen, vilket gör att lysdiod D1 i figur 4 lyser. Det betyder

att aktuell ton är under önskad frekvens.

När den inkommande DC-spänningen är högre än referensspänningen skickar

kom-paratorn vidare den DC-spänningen till nästa bit i kretsen. Det gör att transistorn

börjar leda ström och lysdiod D2 lyser, vilket betyder att tonen har högre frekvens

än önskat.

Om spänningarna är lika stora lyser både lysdiod ett och två, och gitarrtonen är då

den specifika frekvensen från tabell 1. Tonen har då rätt frekvens och är stämd.

3 Metod

3.1 Projektplanering

Tabell 2: Veckoplanering för projektet

Vecka

Mål

15 Påbörjad vibrationssensor

16 Klar med vibrationssensor

17 Påbörjad kretslösning för signalbehandling

18 Fortsättning kretslösning

19 Avslutad kretslösning samt påbörja helhetslösning

20 Konvertering mellan storheter samt grov rapportskrivning

21 Hopkoppling av sensor och signalbehandling

22 Redovisa, opponera och slutföra rapporten

(13)

om arbetet efter tidens gång. Den första delen av planen var att undersöka

vib-rationssensorer och se om det går att konstruera en själv. Nästa del handlade om

signalbehandling och att komma fram till en kretslösning. Den sista delen i planen

var att slutföra gitarrstämmaren med en lösning för en display eller liknande som

visar hur nära en välstämd ton den aktuella gitarrsträngen är.

3.2 Förberedelse och faktaletande

För att hitta den mest optimala sensorn för projektet avsattes de första dagarna till

att finna fakta om de olika alternativen. Det gjordes genom att läsa vetenskapliga

rapporter och söka fakta i relevanta böcker. Efter det beställdes komponenter till

kretsen.

3.3 Simuleringar

I projektet användes programmet LTspice för att simulera elektriska kretsar. Även

Matlab har används för att plotta och studera resultat.

3.4 Sensor

Gyrosensorn valdes bort eftersom den var för komplicerad och onödigt informativ

då den ger riktningen för det vibrerande materialet.

Ett försök gjordes att bygga en egen kondensatorsensor. Att göra en noggrann

kondensator som reagerar på små förändringar i avståndet mellan metallplattorna

var betydligt svårare än förutspått. Det valdes att beställa in färdiga

piezoelekt-riska sensorer för att vara säker på att ha minst en fungerande sensor i projektet.

Anledningen till det var att precisionen för att bygga egna sensorer blir relativt låg

och det är osäkert om de ens kommer att fungera. Utan en sensor skulle det vara

svårt att komma vidare med arbetet. Den sensor som fungerat bäst är den inköpta

piezosensorn från företaget Electrokit [3].

(14)

På sensorplattan från figur 6 löddes två kablar, en på sidan av sensorn och en på

mitten av sensorn. Sedan ansluts ena kabeln till jord och den andra till insignal i

kretsen.

I figur 7 visas förloppet för att skapa egna piezoelektriska kristaller. Det första

steget är att smälta kaliumvätetartrat i 80 C destillerat vatten i ett vattenbad. Sedan

tillsätts natriumkarbonat en tesked åt gången tills den uppvärmda vätskan går från

vit färg till klar. Sedan filtreras den klara vätskan och svalnar i en glasburk. Efter

ca två dagar hade kristaller formats.

Figur 7: Förloppet från ingredienser till färdiga piezoelektriska kristaller.

(15)

I figur 8 visas laborationsutrustningens uppställning under stora delar av arbetet.

Oscilloskop och funktionsgenerator har använts för att studera signalerna i kretsen

respektive generera sinussignaler med samma frekvens som de sex gitarrtonerna.

Via oscilloskop har utsignalerna analyserats samt via kabelanslutning har det

möjliggjorts att samla in data från kretsen till datorn.

När sensor användes på gitarren har funktionen FFT på oscilloskopet använts. FFT

står för fast fourier transform och användes för att detektera om sökt frekvens för

den sträng som testats funnits med i tonen. På det viset har sensorn testats om den

skickar en pålitlig signal från gitarr till krets. FFT bygger på att stycka upp signaler

i serier av sinus- och cosinusfunktioner för att sedan analysera vilka frekvenser

signalen består av [7].

(16)

Efter att en sensor fångat upp signalen från gitarren måste signalen behandlas av

en krets enligt figur 3. Kretsen byggdes upp på en kopplingsplatta kopplad till en

spänningskälla på 9 volt. I kretsschemat för hela kretsen, figur 1, är alla kopplingar

till 9-volts batteri kopplat till samma batteri.

Vid insignalens ingång vid C1 kopplas en funktionsgenerator in samt en prob

till oscilloskop, se figur 3 i den blåmarkerade rutan. Efter den tredje förstärkaren

i kretsen kopplas en till prob till oscilloskop in för att kontrollera att det är en

fyrkantsvåg som genereras där. Sedan testades förstärkarkrets och

Schmittrigger-krets med en sinusvåg som insignal med olika frekvenser för att säkerställa att

kretsen förstärker signalen och skapar en pålitlig fyrkantsvåg.

3.6 Slutprodukt

DC-spänningen från frekvens- till spänningsomvandlaren kopplades upp till en stor

spänningsdelare som syns i den röda rutan i figur 4 på sidan 8. Spänningsdelaren

har sex noder där en specifik spänning jämförs med strängen som ska stämmas.

Kretsen till den nod som motsvarar aktuell sträng sluts därför via en kabel, de andra

noderna lämnas öppna. Via en koppling till komparatorn kopplades lysdioder upp

som ska lysa då strängen är stämd över eller under önskad ton. Det krävdes

många resistorer med låg tolerans, en potentiometer, komparator, lysdioder samt

en transistor för att kunna utläsa hur nära den aktuella tonen var en korrekt stämd

ton.

En alternativ metod för slutprodukten är att använda en amperemätare som ersätter

hela spänningsdelaren i det högra hörnet i figur 4. Amperemätaren kopplas då direkt

till DC-utgången på frekvens- till spänningsomvandlaren och via markeringar på

amperemätaren för varje sträng visar mätaren hur nära strängen är önskad ton.

DC-spänningen kopplas till en specifik ström som motsvarar en specifik frekvens.

4 Resultat

4.1 Projektplanering

Enligt tabell 2 har arbetet vecka för vecka följt planeringen relativt väl. Det första

som hände var att sensorer studerades och det bestämdes fort att stryka idén om

(17)

Kretslösningen tog längst tid och gick över på de veckorna som endast skulle

spenderats på slutprodukten. Slutprodukten blev klar vecka 20 och extra funktioner

som beskrivits i målen gjordes under vecka 21.

4.2 Simuleringar

Figur 9: Simuleringsresultat från olika noder i kretsen.

I figur 9 visas simuleringsresultat för olika delar i kretsen då insignalen är en

sinusvåg med en amplitud på 10 mV och frekvens på 150 Hz. Den översta

si-muleringen visar signalen innan förstärkning. Andra mittersta sisi-muleringen visar

signalen efter första förstärkningssteget. Den nedersta simuleringen visar signalen

efter Schmittrigger-steget då det är en ren fyrkantsvåg. Denna fyrkantsvåg går

se-dan vidare till komponenten som tolkar den inkommande frekvensen till utgående

DC-spänning.

(18)

4.3.1 Sensor

I figur 10 visas hur testet av piezokristallen gjordes. Kristallen fästes mellan

två plattor av aluminiumfolie som var kopplade till ett oscilloskop. Sedan utsattes

kristallen för mekanisk stress genom ett försiktiga slag med en penna, och resultatet

avlästes på oscilloskopskärmen.

Figur 10: Test av egengjord kristall med oscilloskop.

(19)

I figur 11 visas spänningen från sensorn då de sex olika strängarna testades med

den inköpta piezosensorn, plottad mot tiden. De olika strängarnas beteende liknar

varandra, höga E-strängen tycks ha en något lägre amplitud. Både G- och

B-strängen har en något tätare signal än de andra.

Figur 12: Jämförelse av signal från sensor mellan akustisk gitarr och elgitarr vid

olika placeringar, samt vid olika hårt fastsatt sensor för den akustiska gitarren.

I figur 12 visas signalen från den inköpta piezosensorn från en akustisk gitarr

jämfört med signalen från en elgitarr. Man kan tydligt se att signalen från båda

(20)

cirka 10 mV. När sensorn flyttats längre bort från gitarrhuvudet blir signalen väldigt

liten för elgitarren. För den akustiska gitarren är signalen från sensorn fortfarande

relativt stor långt ner på gitarren.

I den fjärde grafen i figur 12, i det nedre högra hörnet, är sensorn fastsatt olika

hårt på det akustiska gitarrhuvudet. Det syns att när sensorn sitter fast hårdare blir

signalen starkare.

4.3.2 Kretslösning

En genererad sinussignal från en funktionsgenerator når den första op-förstärkaren

i kretsen från figur 1. Därefter passerade signalen ett hög- samt lågpassfilter,

förstärkning, Schmittrigger och slutligen frekvens- till spänningsomvandlare.

Figur 13: Uppmätt spänning plottade mot inskickad frekvens, efter frekvens- till

spänningsomvandlarkomponenten.

I figur 13 är den uppmätta DC-spänningen efter frekvens- till

spänningsomvand-laren plottad mot den specifika frekvens som funktionsgeneratorn genererat från

en sinusvåg. Sambandet följer en linjär trend.

(21)

I figur 14 har, i jämförelse med figur 13, sensorn använts på den akustiska gitarren

och skickats genom hela kretslösningen. I figur 14 kan DC-spänningen för varje

sträng utläsas och kan jämföras med strängarnas teoretiska DC-spänning i tabell

1. Tabell 3: Experimentellt uppmätt DC-spänning för de olika tonerna.

Ton DC-spänning från figur 14

E

1.46 V

A

1.70 V

D

2.22 V

G

3.02 V

B

3.70 V

E

2.50 V

Ur tabell 3 syns de utlästa värdena från figur 14. Värdena går i stigande ordning från

låga E-strängen upp till B-strängen. Höga E-strängen tycks avvika från mönstret

av linjäritet. De här värdena ska jämföras med tabell 1 på sidan 9 där det syns att

alla strängars DC-spänning avviker från korrekt värde. Det är däremot endast höga

E-strängen som inte alls ligger i närheten av sitt teoretiska värde på 5,44 volt.

(22)

Tabell 4: Frekvens till spänning för de olika tonerna

Ton Frekvens när båda lamporna lyser

E

77 Hz

A

103 Hz

D

136 Hz

G

181 Hz

B

235 Hz

E

330 Hz

I tabell 4 visas den frekvens som funktionsgeneratorn gav då båda lysdioderna i

kretsen från figur 1 lyste. När båda lysdioderna lyser ska strängen vara korrekt

stämd. Jämför man värdena för varje sträng i tabell 4 med de teoretiska värdena i

tabell 1 ser man att de ligger i närheten för de flesta strängarna. De stämmer dock

inte helt överens vilket betyder att om en verklig sträng stämts efter det hade de

varit ganska ostämda. Kretsen ställdes in efter höga E-tonen på 330 Hz, det är

därför båda lysdioderna lyser precis vid 330 Hz för höga E-strängen.

Det gjordes även ett test med en amperemätare istället för diodlösningen för att

tolka den utgående DC-spänningen från frekvens till spänningsomvandlaren.

Am-peremätarens visare varierade mycket då strängen vibrerade. Den följde samma

trend som diodlösningen, det vill säga att för låg frekvens visas låg ström och för

högre frekvens visas högre ström.

5 Diskussion

5.1 Sensor

Anledningen till att den färdigproducerade piezosensorn fungerar bra till detta

projekt är att den kan göras liten och med låga tekniska krav på storlek och form

men ändå fungera med hög precision. Det gör att den lätt kan anpassas för att få

plats på gitarren. Det framgår av figur 12 att den bästa placeringen av sensorn är

på gitarrhuvudet, det gäller både för den akustiska och elektriska gitarren.

(23)

Kretsen som konstruerats i detta projekt är en stor krets med många komponenter.

Det innebär att det är ganska lätt att koppla fel. Under projektets gång blev det

mycket felsökning i kretsen. Från resultatet i figur 13 visas det linjära sambandet

mellan den inskickade signalens frekvens och DC-spänningen från frekvens- till

spänningsomvandlaren när en genererad sinussignal från funktionsgeneratorn för

varje sträng skickats in i kretsen. Sambandet har ritats upp efter att gitarren stämts

med en redan existerande gitarrstämmare. Jämfört med de teoretiska värdena

kretsen bör ha utifrån tabell 1 tycks kretsen fungera bra. Målet med kretslösningen

var att få ut en specifik DC-spänning mot en specifik frekvens, vilket det linjära

sambandet påvisar.

I tabell 3 kan man se DC-spänningarna för varje sträng när signalen istället kommer

från gitarren via vibrationssensorn. Spänningsvärdena i tabell 3 jämfört med de

teoretiska från tabell 1 är inte lika, speciellt höga E-strängen har en låg

DC-spänning. Däremot tycks kretsen ge ut exakt rätt DC-spänning när en genererad

sinussignal från funktionsgeneratorn skickats genom kretsen, se figur 13. Det ser

därför ut som att det är signalen från gitarren via vibrationssensorn som inte är

tillräckligt tydlig för få ut rätt DC-spänning. Vibrationen kan ha hamnat i ojämn

svängning när strängen slagits på och visar upp en alldeles för låg DC-spänning,

samt att det också kan finnas övertoner från gitarrsträngen som stör signalen. Det

blev olika utslag från strängen då slaget på strängen var olika varje gång, det har

påverkat resultatet.

5.3 Slutprodukt

Då kretsen använde sensorn på gitarr som insignal var det svårt att utläsa när

frekvensen var den eftersökta, alltså då båda dioderna lyser. Komparatorn gör så

att lysdioderna enbart lyser när frekvensen från gitarren ger ut samma spänning

som spänningsdelaren. Eftersom att signalen som gitarren skickar är relativt kort

krävdes många slag på strängen för att kunna stämma gitarren.

Amperemätarlösningen fungerade inte optimalt och var svår att utläsa, det finns

mycket förbättringsmöjligheter. Problemet med den amperemätare som användes

var att den hade en nål som visade strömutslaget från kretsen. Nålen rörde sig

fort vid gitarrslagen vilket gjorde det svårt att utläsa den faktiska strömmen från

frekvens- till spänningsomvandlaren. Strängen behövde vara i rörelse kontinuerligt

under en längre tid för att se ett utslag som motsvarade rätt ström för den strängen.

(24)

6 Slutsatser

Den inköpta piezoelektriska sensorn fungerar bäst för att detektera vibrationer.

De tekniska kraven som ställdes för att konstruera en kondensatorsensor och

gy-rosensor var för höga. Utrustningen som använts i arbetet består av elektriska

komponenter, det som skulle krävas för en kondensatorsensorn är mer noggrann

verkstadsutrustning. Den egenkonstruerade piezosensorn fungerade delvis men

gav tyvärr ut för svag signal för kretsen, men med hjälp av ett oscilloskop kunde

det bekräftas att den fungerade.

Målet med projektet var att från en frekvens kunna tolka signalen till en

spän-ning och sedan behandla denna spänspän-ning. Detta lyckades genom att använda en

frekvens- till spänningsomvandlare. Eftersom projektet är helt analogt är det svårt

att informera användaren om hur nära den inkommande gitarrtonen är önskad ton

på ett enkelt sätt.

Projektplaneringen följdes relativt bra, och tidsplaneringen hölls bra. Det beror

troligen på att planen inte var allt för detaljerad utan kunde anpassas allt eftersom

tiden gick.

Projektets frågeställning var hur en gitarrstämmare med vibrationssensor fungerar

samt hur den kan konstrueras. Slutsatsen är att gitarrstämmaren fungerar på ett

relativt enkelt sätt och kan med enkla medel skapas helt analogt. Den slutprodukt

som framställdes höll dock inte riktigt rätt spann för varje gitarrsträng och det finns

flera tänkbara förbättringar.

En förbättring till kretsen skulle kunna vara slutlösningen, den blev ganska

kompli-cerad med många komponenter. En lösning som inte testades var att med hjälp av

en amperemätare eller voltmätare informera användaren om vilken frekvens

signa-len har. Det skulle göra att antalet komponenter minskar samtidigt som displayen

blir mer informativ.

Lösningen som gjordes i detta projekt är en helt analog lösning. Det ställer höga

krav på komponenternas precision, då noggrannheten på stämningen helt beror på

motstånden i spänningsdelaren i figur 4.

Om projektet genomförs med en digital lösning skulle det lett till att antalet

komponenter minskar men att viss programmering krävs. Förmodligen är en digital

lösning enklare att genomföra då det ställer lägre krav på antalet komponenter.

(25)

[1] Clive Button, Guitar tuner,

[Uppdaterad 1981-06-01; hämtad 2017-05-18],

Tillgänglig

via:

http://www.muzines.co.uk/articles/

guitar-tuner/2656.

[2] Neil Storey, Electronics: a systems approach,

Pearson Education, United Kingdom,

5th edition, 2013.

[3] Electrokit, Piezoelement,

[Uppdaterad 2008-04-25; hämtad 2017-06-07],

Tillgänglig

via:

https://www.electrokit.com/

piezoelement-o12mm-7bb129.50008.

[4] Nationalencyklopedin, Piezoelektricitet,

[Uppdaterad 2017-06-05; hämtad 2017-06-05],

Tillgänglig

via:

http://www.ne.se/uppslagsverk/

encyklopedi/lång/piezoelektricitet.

[5] SensorWiki, Gyroscope,

[Uppdaterad 2016-04-19; hämtad 2017-06-05],

Tillgänglig via: http://sensorwiki.org/doku.php/sensors/

gyroscope.

[6] Wikipedia, Guitar tunings,

[Uppdaterad 2017-05-18; hämtad 2017-06-07],

Tillgänglig

via:

https://en.wikipedia.org/wiki/Guitar_

tunings.

[7] Nationalencyklopedin, Fourieranalys

[Uppdaterad 2017-06-05; hämtad 2017-06-05],

Tillgänglig

via:

http://www.ne.se/uppslagsverk/

encyklopedi/lång/fourieranalys/numerisk-beräkning.

[8] Mike Nathan, How to make Rochelle salt piezoelectric crystal

[Uppdaterad 2011-03-15; hämtad 2017-05-19],

Tillgänglig

via:

http://hackaday.com/2011/03/15/

cooking-up-piezo-crystals-at-home/.

(26)

Bilagor

(27)

LM741

-+

V-V+

+V

supply

R1

V

input

Output

R2

-V

_supply

LM741

SNOSC25D – MAY 1998 – REVISED OCTOBER 2015

LM741 Operational Amplifier

1 Features

3 Description

The LM741 series are general-purpose operational

1

• Overload Protection on the Input and Output

amplifiers which feature improved performance over

• No Latch-Up When the Common-Mode Range is

_{industry standards like the LM709. They are direct,}

Exceeded

_{plug-in replacements for the 709C, LM201, MC1439,}

and 748 in most applications.

2 Applications

The amplifiers offer many features which make their

• Comparators

_{application nearly foolproof: overload protection on}

the input and output, no latch-up when the

common-•

Multivibrators

mode range is exceeded, as well as freedom from

• DC Amplifiers

oscillations.

• Summing Amplifiers

The LM741C is identical to the LM741 and LM741A

• Integrator or Differentiators

except that the LM741C has their performance

• Active Filters

_{ensured over a 0°C to +70°C temperature range,}

instead of −55°C to +125°C.

Device Information

(1)

PART NUMBER PACKAGE BODY SIZE (NOM)

TO-99 (8) 9.08 mm × 9.08 mm

LM741 CDIP (8) 10.16 mm × 6.502 mm

PDIP (8) 9.81 mm × 6.35 mm (1) For all available packages, see the orderable addendum at

the end of the data sheet.

Typical Application

(28)

4 Revision History

NOTE: Page numbers for previous revisions may differ from page numbers in the current version.

Changes from Revision C (October 2004) to Revision D Page

• Added Applications section, Pin Configuration and Functions section, ESD Ratings table, Feature Description section, Device Functional Modes, Application and Implementation section, Power Supply Recommendations section, Layout section, Device and Documentation Support section, and Mechanical, Packaging, and Orderable

Information section ...1

• Removed NAD 10-Pin CLGA pinout ... 3

• Removed obselete M (S0-8) package from the data sheet ... 4

• Added recommended operating supply voltage spec ... 4

• Added recommended operating temperature spec ... 4

Changes from Revision C (March 2013) to Revision D Page

• Added Applications section, Pin Configuration and Functions section, ESD Ratings table, Feature Description section, Device Functional Modes, Application and Implementation section, Power Supply Recommendations section, Layout section, Device and Documentation Support section, and Mechanical, Packaging, and Orderable

Information section ...1

• Removed NAD 10-Pin CLGA pinout ... 3

• Removed obselete M (S0-8) package from the data sheet ... 4

• Added recommended operating supply voltage spec ... 4

(29)

5 Pin Configuration and Functions

LMC Package NAB Package

8-Pin TO-99 8-Pin CDIP or PDIP

Top View Top View

LM741H is available per JM38510/10101

Pin Functions

PIN

I/O DESCRIPTION

NAME NO.

INVERTING ₂ _I _{Inverting signal input}

INPUT

NC 8 N/A No Connect, should be left floating

NONINVERTING ₃ _I _{Noninverting signal input}

INPUT OFFSET NULL

1, 5 I Offset null pin used to eliminate the offset voltage and balance the input voltages. OFFSET NULL

OUTPUT 6 O Amplified signal output

V+ 7 I Positive supply voltage

(30)

6 Specifications

6.1 Absolute Maximum Ratings

over operating free-air temperature range (unless otherwise noted)(1) (2) (3)

MIN MAX UNIT

LM741, LM741A ±22

Supply voltage V

LM741C ±18

Power dissipation(4) ₅₀₀ _mW

Differential input voltage ±30 V

Input voltage(5) _±15 _V

Output short circuit duration Continuous

LM741, LM741A –50 125 Operating temperature °C LM741C 0 70 LM741, LM741A 150 Junction temperature °C LM741C 100

PDIP package (10 seconds) 260 _°C

Soldering information

CDIP or TO-99 package (10 seconds) 300 _°C

Storage temperature, Tstg –65 150 °C

(1) Stresses beyond those listed under Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, which do not imply functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated under Recommended

Operating Conditions. Exposure to absolute-maximum-rated conditions for extended periods may affect device reliability.

(2) For military specifications see RETS741X for LM741 and RETS741AX for LM741A.

(3) If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the TI Sales Office/Distributors for availability and specifications. (4) For operation at elevated temperatures, these devices must be derated based on thermal resistance, and Tjmax. (listed under “Absolute

Maximum Ratings”). Tj= TA+ (θjAPD).

(5) For supply voltages less than ±15 V, the absolute maximum input voltage is equal to the supply voltage.

6.2 ESD Ratings

VALUE UNIT

V(ESD) Electrostatic discharge Human body model (HBM), per ANSI/ESDA/JEDEC JS-001(1) ±400 V (1) Level listed above is the passing level per ANSI, ESDA, and JEDEC JS-001. JEDEC document JEP155 states that 500-V HBM allows

safe manufacturing with a standard ESD control process.

6.3 Recommended Operating Conditions

over operating free-air temperature range (unless otherwise noted)

MIN NOM MAX UNIT

LM741, LM741A ±10 ±15 ±22 Supply voltage (VDD-GND) V LM741C ±10 ±15 ±18 LM741, LM741A –55 125 Temperature °C LM741C 0 70

6.4 Thermal Information

LM741

THERMAL METRIC(1) _{LMC (TO-99)} _{NAB (CDIP)} _{P (PDIP)} _UNIT

8 PINS 8 PINS 8 PINS

RθJA Junction-to-ambient thermal resistance 170 100 100 °C/W

RθJC(top) Junction-to-case (top) thermal resistance 25 — — °C/W

(1) For more information about traditional and new thermal metrics, see the Semiconductor and IC Package Thermal Metrics application report,SPRA953.

(31)

6.5 Electrical Characteristics, LM741

(1)

PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT

TA= 25°C 1 5 mV

Input offset voltage RS≤ 10 kΩ

TAMIN≤ TA≤ TAMAX 6 mV

Input offset voltage _T

A= 25°C, VS= ±20 V ±15 mV

adjustment range

TA= 25°C 20 200

Input offset current nA

TAMIN≤ TA≤ TAMAX 85 500

TA= 25°C 80 500 nA

Input bias current

TAMIN≤ TA≤ TAMAX 1.5 μA

Input resistance TA= 25°C, VS= ±20 V 0.3 2 MΩ

Input voltage range TAMIN≤ TA≤ TAMAX ±12 ±13 V

TA= 25°C 50 200

VS= ±15 V, VO= ±10 V, RL≥ 2

Large signal voltage gain _kΩ V/mV

TAMIN≤ TA≤ TAMAX 25

RL≥ 10 kΩ ±12 ±14

Output voltage swing V_S= ±15 V V

RL≥ 2 kΩ ±10 ±13

Output short circuit current TA= 25°C 25 mA

Common-mode rejection ratio RS≤ 10 Ω, VCM= ±12 V, TAMIN≤ TA≤ TAMAX 80 95 dB

Supply voltage rejection ratio VS= ±20 V to VS= ±5 V, RS≤ 10 Ω, TAMIN≤ TA≤ TAMAX 86 96 dB

Rise time 0.3 μs

Transient _T

A= 25°C, unity gain

response _Overshoot _5%

Slew rate TA= 25°C, unity gain 0.5 V/μs

Supply current TA= 25°C 1.7 2.8 mA

TA= 25°C 50 85

Power consumption VS= ±15 V TA= TAMIN 60 100 mW

TA= TAMAX 45 75

(1) Unless otherwise specified, these specifications apply for VS= ±15 V, −55°C ≤ TA≤ +125°C (LM741/LM741A). For the LM741C/LM741E, these specifications are limited to 0°C ≤ TA≤ +70°C.

6.6 Electrical Characteristics, LM741A

(1)

PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT

TA= 25°C 0.8 3 mV

Input offset voltage RS≤ 50 Ω _T

AMIN≤ TA≤ TAMAX 4 mV

Average input offset voltage _{15 μV/°C}

drift

A= 25°C, VS= ±20 V ±10 mV

adjustment range

TA= 25°C 3 30

Average input offset _{0.5 nA/°C}

current drift

TA= 25°C 30 80 nA

Input bias current

T_A= 25°C, V_S= ±20 V 1 6 Input resistance MΩ TAMIN≤ TA≤ TAMAX, VS= ±20 V 0.5 TA= 25°C 50 VS= ±20 V, VO= ±15 V, RL≥ 2 kΩ

Large signal voltage gain TAMIN≤ TA≤ TAMAX 32 V/mV

VS= ±5 V, VO= ±2 V, RL≥ 2 kΩ, TAMIN≤ TA≤ TAMAX 10

(32)

Electrical Characteristics, LM741A

(1)

_(continued)

PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT

RL≥ 10 kΩ ±16

Output voltage swing VS= ±20 V V

RL≥ 2 kΩ ±15

T_A= 25°C 10 25 35

Output short circuit current mA

TAMIN≤ TA≤ TAMAX 10 40

Common-mode rejection ratio RS≤ 50 Ω, VCM= ±12 V, TAMIN≤ TA≤ TAMAX 80 95 dB

Rise time 0.25 0.8 μs Transient _T A= 25°C, unity gain response _Overshoot _6% _20% Bandwidth(2) _T A= 25°C 0.437 1.5 MHz

Slew rate TA= 25°C, unity gain 0.3 0.7 V/μs

TA= 25°C 80 150

Power consumption VS= ±20 V TA= TAMIN 165 mW

T_A= T_AMAX 135

(2) Calculated value from: BW (MHz) = 0.35/Rise Time (μs).

6.7 Electrical Characteristics, LM741C

(1)

PARAMETER TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT

TA= 25°C 2 6 mV

Input offset voltage RS≤ 10 kΩ

TAMIN≤ TA≤ TAMAX 7.5 mV

A= 25°C, VS= ±20 V ±15 mV

adjustment range

TA= 25°C 20 200

TA= 25°C 80 500 nA

Input bias current

Input resistance T_A= 25°C, V_S= ±20 V 0.3 2 MΩ

Input voltage range TA= 25°C ±12 ±13 V

TA= 25°C 20 200

VS= ±15 V, VO= ±10 V, RL

Large signal voltage gain _{≥ 2 kΩ} V/mV

RL≥ 10 kΩ ±12 ±14

Output voltage swing V_S= ±15 V V

R_L≥ 2 kΩ ±10 ±13

Output short circuit current TA= 25°C 25 mA

Common-mode rejection ratio RS≤ 10 kΩ, VCM= ±12 V, TAMIN≤ TA≤ TAMAX 70 90 dB

Rise time 0.3 μs

Transient response T_A= 25°C, Unity Gain

Overshoot 5%

Slew rate TA= 25°C, Unity Gain 0.5 V/μs

Supply current TA= 25°C 1.7 2.8 mA

Power consumption VS= ±15 V, TA= 25°C 50 85 mW

(33)

7 Detailed Description

7.1 Overview

The LM74 devices are general-purpose operational amplifiers which feature improved performance over industry

standards like the LM709. It is intended for a wide range of analog applications. The high gain and wide range of

operating voltage provide superior performance in integrator, summing amplifier, and general feedback

applications. The LM741 can operate with a single or dual power supply voltage. The LM741 devices are direct,

plug-in replacements for the 709C, LM201, MC1439, and 748 in most applications.

7.2 Functional Block Diagram

7.3 Feature Description

7.3.1 Overload Protection

The LM741 features overload protection circuitry on the input and output. This prevents possible circuit damage

to the device.

7.3.2 Latch-up Prevention

The LM741 is designed so that there is no latch-up occurrence when the common-mode range is exceeded. This

allows the device to function properly without having to power cycle the device.

7.3.3 Pin-to-Pin Capability

The LM741 is pin-to-pin direct replacements for the LM709C, LM201, MC1439, and LM748 in most applications.

Direct replacement capabilities allows flexibility in design for replacing obsolete parts.

(34)

7.4 Device Functional Modes

7.4.1 Open-Loop Amplifier

The LM741 can be operated in an open-loop configuration. The magnitude of the open-loop gain is typically large

thus for a small difference between the noninverting and inverting input terminals, the amplifier output will be

driven near the supply voltage. Without negative feedback, the LM741 can act as a comparator. If the inverting

input is held at 0 V, and the input voltage applied to the noninverting input is positive, the output will be positive.

If the input voltage applied to the noninverting input is negative, the output will be negative.

7.4.2 Closed-Loop Amplifier

In a closed-loop configuration, negative feedback is used by applying a portion of the output voltage to the

inverting input. Unlike the open-loop configuration, closed loop feedback reduces the gain of the circuit. The

overall gain and response of the circuit is determined by the feedback network rather than the operational

amplifier characteristics. The response of the operational amplifier circuit is characterized by the transfer function.

(35)

LM741

-+

V-V+

+V

supply

R1 = 4.7k

V

input

Output

R2 = 4.7k

-Vsupply

8 Application and Implementation

NOTE

Information in the following applications sections is not part of the TI component

specification, and TI does not warrant its accuracy or completeness. TI’s customers are

responsible for determining suitability of components for their purposes. Customers should

validate and test their design implementation to confirm system functionality.

8.1 Application Information

The LM741 is a general-purpose amplifier than can be used in a variety of applications and configurations. One

common configuration is in a noninverting amplifier configuration. In this configuration, the output signal is in

phase with the input (not inverted as in the inverting amplifier configuration), the input impedance of the amplifier

is high, and the output impedance is low. The characteristics of the input and output impedance is beneficial for

applications that require isolation between the input and output. No significant loading will occur from the

previous stage before the amplifier. The gain of the system is set accordingly so the output signal is a factor

larger than the input signal.

8.2 Typical Application

Figure 1. LM741 Noninverting Amplifier Circuit

8.2.1 Design Requirements

As shown in

Figure 1

, the signal is applied to the noninverting input of the LM741. The gain of the system is

determined by the feedback resistor and input resistor connected to the inverting input. The gain can be

calculated by

Equation 1

:

Gain = 1 + (R2/R1) (1)

The gain is set to 2 for this application. R1 and R2 are 4.7-k resistors with 5% tolerance.

8.2.2 Detailed Design Procedure

The LM741 can be operated in either single supply or dual supply. This application is configured for dual supply

with the supply rails at ±15 V. The input signal is connected to a function generator. A 1-Vpp, 10-kHz sine wave

was used as the signal input. 5% tolerance resistors were used, but if the application requires an accurate gain

response, use 1% tolerance resistors.

(36)

Typical Application (continued)

8.2.3 Application Curve

The waveforms in

Figure 2

show the input and output signals of the LM741 non-inverting amplifier circuit. The

blue waveform (top) shows the input signal, while the red waveform (bottom) shows the output signal. The input

signal is 1.06 Vpp and the output signal is 1.94 Vpp. With the 4.7-kΩ resistors, the theoretical gain of the system

is 2. Due to the 5% tolerance, the gain of the system including the tolerance is 1.992. The gain of the system

when measured from the mean amplitude values on the oscilloscope was 1.83.

Figure 2. Waveforms for LM741 Noninverting Amplifier Circuit

9 Power Supply Recommendations

For proper operation, the power supplies must be properly decoupled. For decoupling the supply lines, a 0.1-µF

capacitor is recommended and should be placed as close as possible to the LM741 power supply pins.

(37)

10 Layout

10.1 Layout Guidelines

As with most amplifiers, take care with lead dress, component placement, and supply decoupling in order to

ensure stability. For example, resistors from the output to an input should be placed with the body close to the

input to minimize pick-up and maximize the frequency of the feedback pole by minimizing the capacitance from

the input to ground. As shown in

Figure 3

, the feedback resistors and the decoupling capacitors are located close

to the device to ensure maximum stability and noise performance of the system.

10.2 Layout Example

(38)

11 Device and Documentation Support

11.1 Community Resources

The following links connect to TI community resources. Linked contents are provided "AS IS" by the respective

contributors. They do not constitute TI specifications and do not necessarily reflect TI's views; see TI's

Terms of

Use

.

TI E2E™ Online Community

TI's Engineer-to-Engineer (E2E) Community. Created to foster collaboration

among engineers. At e2e.ti.com, you can ask questions, share knowledge, explore ideas and help

solve problems with fellow engineers.

Design Support

TI's Design Support Quickly find helpful E2E forums along with design support tools and

contact information for technical support.

11.2 Trademarks

E2E is a trademark of Texas Instruments.

All other trademarks are the property of their respective owners.

11.3 Electrostatic Discharge Caution

These devices have limited built-in ESD protection. The leads should be shorted together or the device placed in conductive foam during storage or handling to prevent electrostatic damage to the MOS gates.

11.4 Glossary

SLYZ022

— TI Glossary.

This glossary lists and explains terms, acronyms, and definitions.

12 Mechanical, Packaging, and Orderable Information

The following pages include mechanical, packaging, and orderable information. This information is the most

current data available for the designated devices. This data is subject to change without notice and revision of

this document. For browser-based versions of this data sheet, refer to the left-hand navigation.

(39)

www.ti.com 17-Mar-2017

PACKAGING INFORMATION

Orderable Device Status

(1)

Package Type Package Drawing Pins Package Qty Eco Plan (2) Lead/Ball Finish (6) MSL Peak Temp (3)

Op Temp (°C) Device Marking

(4/5)

Samples

LM741C-MWC ACTIVE WAFERSALE YS 0 1 Green (RoHS

& no Sb/Br)

Call TI Level-1-NA-UNLIM -40 to 85

LM741CH ACTIVE TO-99 LMC 8 500 TBD Call TI Call TI 0 to 70 ( LM741CH ~

LM741CH)

LM741CH/NOPB ACTIVE TO-99 LMC 8 500 Green (RoHS

& no Sb/Br)

Call TI Level-1-NA-UNLIM 0 to 70 ( LM741CH ~

LM741CH)

LM741CN/NOPB ACTIVE PDIP P 8 40 Green (RoHS

& no Sb/Br)

CU SN Level-1-NA-UNLIM 0 to 70 LM

741CN

LM741H ACTIVE TO-99 LMC 8 500 TBD Call TI Call TI -55 to 125 ( LM741H ~ LM741H)

LM741H/NOPB ACTIVE TO-99 LMC 8 500 Green (RoHS

& no Sb/Br)

Call TI Level-1-NA-UNLIM -55 to 125 ( LM741H ~ LM741H)

LM741J ACTIVE CDIP NAB 8 40 TBD Call TI Call TI -55 to 125 LM741J

U5B7741312 ACTIVE TO-99 LMC 8 500 TBD Call TI Call TI -55 to 125 ( LM741H ~ LM741H)

U5B7741393 ACTIVE TO-99 LMC 8 500 TBD Call TI Call TI 0 to 70 ( LM741CH ~

LM741CH) (1)

The marketing status values are defined as follows:

ACTIVE: Product device recommended for new designs.

LIFEBUY: TI has announced that the device will be discontinued, and a lifetime-buy period is in effect.

NRND: Not recommended for new designs. Device is in production to support existing customers, but TI does not recommend using this part in a new design. PREVIEW: Device has been announced but is not in production. Samples may or may not be available.

OBSOLETE: TI has discontinued the production of the device.

(2)

Eco Plan - The planned eco-friendly classification: Pb-Free (RoHS), Pb-Free (RoHS Exempt), or Green (RoHS & no Sb/Br) - please check http://www.ti.com/productcontent for the latest availability information and additional product content details.

TBD: The Pb-Free/Green conversion plan has not been defined.

Pb-Free (RoHS): TI's terms "Lead-Free" or "Pb-Free" mean semiconductor products that are compatible with the current RoHS requirements for all 6 substances, including the requirement that

lead not exceed 0.1% by weight in homogeneous materials. Where designed to be soldered at high temperatures, TI Pb-Free products are suitable for use in specified lead-free processes.

Pb-Free (RoHS Exempt): This component has a RoHS exemption for either 1) lead-based flip-chip solder bumps used between the die and package, or 2) lead-based die adhesive used between

the die and leadframe. The component is otherwise considered Pb-Free (RoHS compatible) as defined above.

Green (RoHS & no Sb/Br): TI defines "Green" to mean Pb-Free (RoHS compatible), and free of Bromine (Br) and Antimony (Sb) based flame retardants (Br or Sb do not exceed 0.1% by weight

in homogeneous material)

(3)

(40)

www.ti.com 17-Mar-2017

(4)

There may be additional marking, which relates to the logo, the lot trace code information, or the environmental category on the device.

(5)

Multiple Device Markings will be inside parentheses. Only one Device Marking contained in parentheses and separated by a "~" will appear on a device. If a line is indented then it is a continuation of the previous line and the two combined represent the entire Device Marking for that device.

(6)

Lead/Ball Finish - Orderable Devices may have multiple material finish options. Finish options are separated by a vertical ruled line. Lead/Ball Finish values may wrap to two lines if the finish value exceeds the maximum column width.

Important Information and Disclaimer:The information provided on this page represents TI's knowledge and belief as of the date that it is provided. TI bases its knowledge and belief on information

provided by third parties, and makes no representation or warranty as to the accuracy of such information. Efforts are underway to better integrate information from third parties. TI has taken and continues to take reasonable steps to provide representative and accurate information but may not have conducted destructive testing or chemical analysis on incoming materials and chemicals. TI and TI suppliers consider certain information to be proprietary, and thus CAS numbers and other limited information may not be available for release.

(41)

(42)

NAB0008A

(43)

(44)

Texas Instruments Incorporated (TI) reserves the right to make corrections, enhancements, improvements and other changes to its semiconductor products and services per JESD46, latest issue, and to discontinue any product or service per JESD48, latest issue. Buyers should obtain the latest relevant information before placing orders and should verify that such information is current and complete. TI’s published terms of sale for semiconductor products (http://www.ti.com/sc/docs/stdterms.htm) apply to the sale of packaged integrated circuit products that TI has qualified and released to market. Additional terms may apply to the use or sale of other types of TI products and services.

Reproduction of significant portions of TI information in TI data sheets is permissible only if reproduction is without alteration and is accompanied by all associated warranties, conditions, limitations, and notices. TI is not responsible or liable for such reproduced documentation. Information of third parties may be subject to additional restrictions. Resale of TI products or services with statements different from or beyond the parameters stated by TI for that product or service voids all express and any implied warranties for the associated TI product or service and is an unfair and deceptive business practice. TI is not responsible or liable for any such statements. Buyers and others who are developing systems that incorporate TI products (collectively, “Designers”) understand and agree that Designers remain responsible for using their independent analysis, evaluation and judgment in designing their applications and that Designers have full and exclusive responsibility to assure the safety of Designers' applications and compliance of their applications (and of all TI products used in or for Designers’ applications) with all applicable regulations, laws and other applicable requirements. Designer represents that, with respect to their applications, Designer has all the necessary expertise to create and implement safeguards that (1) anticipate dangerous consequences of failures, (2) monitor failures and their consequences, and (3) lessen the likelihood of failures that might cause harm and take appropriate actions. Designer agrees that prior to using or distributing any applications that include TI products, Designer will thoroughly test such applications and the functionality of such TI products as used in such applications.

TI’s provision of technical, application or other design advice, quality characterization, reliability data or other services or information, including, but not limited to, reference designs and materials relating to evaluation modules, (collectively, “TI Resources”) are intended to assist designers who are developing applications that incorporate TI products; by downloading, accessing or using TI Resources in any way, Designer (individually or, if Designer is acting on behalf of a company, Designer’s company) agrees to use any particular TI Resource solely for this purpose and subject to the terms of this Notice.

TI’s provision of TI Resources does not expand or otherwise alter TI’s applicable published warranties or warranty disclaimers for TI products, and no additional obligations or liabilities arise from TI providing such TI Resources. TI reserves the right to make corrections, enhancements, improvements and other changes to its TI Resources. TI has not conducted any testing other than that specifically described in the published documentation for a particular TI Resource.

Designer is authorized to use, copy and modify any individual TI Resource only in connection with the development of applications that include the TI product(s) identified in such TI Resource. NO OTHER LICENSE, EXPRESS OR IMPLIED, BY ESTOPPEL OR OTHERWISE TO ANY OTHER TI INTELLECTUAL PROPERTY RIGHT, AND NO LICENSE TO ANY TECHNOLOGY OR INTELLECTUAL PROPERTY RIGHT OF TI OR ANY THIRD PARTY IS GRANTED HEREIN, including but not limited to any patent right, copyright, mask work right, or other intellectual property right relating to any combination, machine, or process in which TI products or services are used. Information regarding or referencing third-party products or services does not constitute a license to use such products or services, or a warranty or endorsement thereof. Use of TI Resources may require a license from a third party under the patents or other intellectual property of the third party, or a license from TI under the patents or other intellectual property of TI.

TI RESOURCES ARE PROVIDED “AS IS” AND WITH ALL FAULTS. TI DISCLAIMS ALL OTHER WARRANTIES OR

REPRESENTATIONS, EXPRESS OR IMPLIED, REGARDING RESOURCES OR USE THEREOF, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO ACCURACY OR COMPLETENESS, TITLE, ANY EPIDEMIC FAILURE WARRANTY AND ANY IMPLIED WARRANTIES OF

MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, AND NON-INFRINGEMENT OF ANY THIRD PARTY INTELLECTUAL PROPERTY RIGHTS. TI SHALL NOT BE LIABLE FOR AND SHALL NOT DEFEND OR INDEMNIFY DESIGNER AGAINST ANY CLAIM, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO ANY INFRINGEMENT CLAIM THAT RELATES TO OR IS BASED ON ANY COMBINATION OF PRODUCTS EVEN IF DESCRIBED IN TI RESOURCES OR OTHERWISE. IN NO EVENT SHALL TI BE LIABLE FOR ANY ACTUAL, DIRECT, SPECIAL, COLLATERAL, INDIRECT, PUNITIVE, INCIDENTAL, CONSEQUENTIAL OR EXEMPLARY DAMAGES IN CONNECTION WITH OR ARISING OUT OF TI RESOURCES OR USE THEREOF, AND REGARDLESS OF WHETHER TI HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.

Unless TI has explicitly designated an individual product as meeting the requirements of a particular industry standard (e.g., ISO/TS 16949 and ISO 26262), TI is not responsible for any failure to meet such industry standard requirements.

Where TI specifically promotes products as facilitating functional safety or as compliant with industry functional safety standards, such products are intended to help enable customers to design and create their own applications that meet applicable functional safety standards and requirements. Using products in an application does not by itself establish any safety features in the application. Designers must ensure compliance with safety-related requirements and standards applicable to their applications. Designer may not use any TI products in life-critical medical equipment unless authorized officers of the parties have executed a special contract specifically governing such use. Life-critical medical equipment is medical equipment where failure of such equipment would cause serious bodily injury or death (e.g., life support, pacemakers, defibrillators, heart pumps, neurostimulators, and implantables). Such equipment includes, without limitation, all medical devices identified by the U.S. Food and Drug Administration as Class III devices and equivalent classifications outside the U.S. TI may expressly designate certain products as completing a particular qualification (e.g., Q100, Military Grade, or Enhanced Product). Designers agree that it has the necessary expertise to select the product with the appropriate qualification designation for their applications and that proper product selection is at Designers’ own risk. Designers are solely responsible for compliance with all legal and regulatory requirements in connection with such selection.

Designer will fully indemnify TI and its representatives against any damages, costs, losses, and/or liabilities arising out of Designer’s non-compliance with the terms and provisions of this Notice.