Индикаторы уровня сигнала

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Аудиотехника

 Комментарии к статье

Не секрет, что звучание системы во многом зависит от уровня сигнала на ее участках. Контролируя сигнал на переходных участках схемы, мы можем судить о работе различных функциональных блоков: коэффициенте усиления, вносимых искажениях и т.д. Так же бывают случаи, когда результирующий сигнал просто не возможно услышать. В тех случаях, когда не возможно контролировать сигнал на слух, применяются различного рода индикаторы уровня.

Для наблюдения могут использоваться как стрелочные приборы, так и специальные устройства, обеспечивающие работу "столбцовых" индикаторов. Итак, рассмотрим их работу более подробно.

1. Шкальные индикаторы

1.1 Простейший шкальный индикатор

Этот вид индикаторов наиболее прост из всех существующих. Шкальный индикатор состоит из стрелочного прибора и делителя. Упрощенная схема индикатора приведена на рис.1.

Рис.1

В качестве измерителей чаще всего используются микроамперметры с током полного отклонения 100 - 500мкА. Такие приборы рассчитаны на постоянный ток, поэтому для их работы звуковой сигнал необходимо выпрямить диодом. Резистор предназначен для преобразования напряжения в ток. Собственно говоря, прибор измеряет ток, проходящий через резистор. Рассчитывается элементарно, по закону Ома (был такой. Георгий Семеныч Ом) для участка цепи. При этом нужно учесть, что напряжение после диода будет в 2 раза меньше. Марка диода не важна, так что подойдет любой, работающий на частоте больше 20кГц.

Итак, расчет: R = 0.5U/I 

где:   R - сопротивление резистора (Ом)

U - Максимальное измеряемое напряжение (В)

I - ток полного отклонения индикатора (А)

Гораздо удобнее оценивать уровень сигнала, задав ему некоторую инерционность. Т.е. индикатор показывает среднее значение уровня. Этого легко добиться, подключив параллельно прибору электролитический конденсатор, однако следует учесть, что при этом напряжение на приборе увеличится в (корень из 2) раз. Такой индикатор может быть использован для измерения выходной мощности усилителя. Что же делать, если уровня измеряемого сигнала не хватает, что бы "расшевелить" прибор? В этом случае на помощь приходят такие парни, как транзистор и операционный усилитель (далее ОУ).

1.2 Шкальный индикатор на транзисторе

Если можно измерить ток через резистор, то можно измерить и коллекторный ток транзистора. Для этого нам понадобится сам транзистор и коллекторная нагрузка (тот же самый резистор). Схема шкального индикатора на транзисторе приведена на рис. 2.

Рис. 2

Здесь тоже все просто. Транзистор усиливает сигнал по току, а в остальном все работает так же. Коллекторный ток транзистора должен превышать ток полного отклонения прибора как минимум в 2 раза (так оно спокойнее и для транзистора, и для Вас), т.е. если ток полного отклонения 100 мкА, то коллекторный ток должен быть не менее 200мкА. Собственно говоря,  это актуально для миллиамперметров, т.к. через самый слабый транзистор "со свистом" пролетает 50 мА. Теперь смотрим справочник и находим в нем коэффициент передачи по току h_21э.

Вычисляем входной ток: I_b = I_k/h_21Э  

где: I_b - входной ток

I_k - ток полного отклонения = ток коллектора

h_21Э - коэффициент передачи тока

R1 вычисляется по закону Ома для участка цепи:  R=U_e/I_k   

где:R - сопротивление R1

U_e - напряжение питания

I_k - ток полного отклонения = ток коллектора

R2 предназначен для подавления напряжения на базе. Подбирая его нужно добиться максимальной чувствительности при минимальном отклонении стрелки в отсутствии сигнала. R3 регулирует чувствительность и его сопротивление, практически, не критично.

Бывают случаи, когда сигнал требуется усилить не только по току, но и по напряжению. В этом случае схема индикатора дополняется каскадом с ОЭ. Такой индикатор применен, например, в магнитофоне "Комета 212". Его схема приведена на рис. 3.

Рис. 3

1.3 Шкальный индикатор на ОУ

Такие индикаторы  обладают высокой чувствительностью и входным сопротивлением, следовательно, вносят минимум изменений в измеряемый сигнал. Один из способов использования ОУ - преобразователь "напряжение - ток" приведен на рис. 4.

Рис. 4

Такой индикатор обладает меньшим входным сопротивлением, зато весьма прост в расчетах и изготовлении.

Вычислим сопротивление R1: R=U_s /I_max   

где: R - сопротивление входного резистора

U_s - Максимальный уровень сигнала

I_max - ток полного отклонения

Диоды выбираются по тому же критерию, как и в других схемах.

Если уровень сигнала низок и (или) требуется высокое входное сопротивление, можно воспользоваться повторителем. Его схема приведена на рис. 5.

Рис. 5

Для уверенной работы диодов, выходное напряжение рекомендуется поднять до 2-3 В. Итак в расчетах отталкиваемся от выходного напряжения ОУ. Первым делом выясним нужный нам коэффициент усиления: К= U_вых/U_вх.

Теперь вычислим резисторы R1 и R2: K=1+(R2/R1) 

В выборе номиналов ограничений, казалось бы, нет, но R1 не рекомендуется ставить меньше 1кОм.

Теперь вычислим R3: R=U_o/I 

где: R - сопротивление R3

U_o - выходное напряжение ОУ

I - ток полного отклонения

2. Пиковые (светодиодные) индикаторы

2.1 Аналоговый индикатор

Пожалуй, наиболее популярный вид индикаторов в настоящее время. Начнем с простейших. На рис.6 приведена схема индикатора "сигнал/пик" на основе компаратора. Рассмотрим принцип действия. Порог срабатывания задан опорным напряжением, которое устанавливается на инвертирующем входе ОУ делителем R1R2. Когда сигнал на прямом входе превышает опорное напряжение, на выходе ОУ появляется +U_п, открывается VT1 и загорается VD2. Когда сигнал ниже опорного напряжения, на выходе ОУ действует -U_п. В этом случае открыт VT2 и светится VD2. Теперь рассчитаем это чудо. Начнем с компаратора. Для начала выберем напряжение срабатывания (опорное напряжение) и резистор R2 в пределах 3 - 68 кОм.

Вычислим ток в источнике опорного напряжения

I_att=U_оп/R_б

где: I_att - ток через R2 (током инвертирующего входа можно пренебречь)

U_оп - опорное напряжение

R_б - сопротивление R2

Рис. 6

Теперь вычислим

R1. R1=(U_e-U_оп)/ I_att 

где: U_e - напряжение источника питания

U_оп - опорное напряжение (напряжение срабатывания)

I_att - ток через R2

Ограничительный резистор R6 подбирается по формуле

R1=U_e/ I_LED  

где: R - сопротивление R6

U_e - напряжение питания

I_LED - прямой ток светодиода (рекомендуется выбрать в пределах 5 - 15 мА)

Компенсирующие резисторы R4, R5 выбираются по справочнику и соответствуют минимальному сопротивлению нагрузки для выбранного ОУ.

2.2 Индикаторы на логических элементах

Начнем с индикатора предельного уровня с одним светодиодом (рис. 7). В основе этого индикатора лежит триггер Шмитта. Как известно триггер Шмитта обладает некоторым гистерезисом т.е. порог срабатывания отличается от порога отпускания. Разность этих порогов (ширина петли гистерезиса) определяется отношением R2 к R1 т.к. триггер Шмитта представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Ограничительный резистор R4 вычисляется по тому же принципу, что и в предыдущей схеме. Ограничительный резистор в цепи базы рассчитывается исходя из нагрузочной способности ЛЭ. Для КМОП (рекомендуется именно КМОП-логика) выходной ток составляет примерно 1,5 мА.

Рис.7

Для начала вычислим входной ток транзисторного каскада:

I_b=I_LED/h_21Э 

где: I_b - входной ток транзисторного каскада

I_LED - прямой ток светодиода (рекомендуется выставить 5 - 15 мА)

h_21Э - коэффициент передачи тока

Теперь мы можем приблизительно рассчитать входное сопротивление:

Z=E/I_b  

где: Z - входное сопротивление

E - напряжение питания

I_b - входной ток транзисторного каскада

Если входной ток не превышает нагрузочную способность ЛЭ можно обойтись без R3, в противном случае его можно рассчитать по формуле:

R=(E/I_b)-Z 

где: R - R3

E - напряжение питания

I_b - входной ток

Z - входное сопротивление каскада

Для измерения сигнала "столбиком" можно собрать многоуровневый индикатор (рис. 8). Такой индикатор прост, но его чувствительность мала и годится только для измерения сигналов от 3-х вольт и выше. Пороги срабатывания ЛЭ устанавливаются подстроечными резисторами. В индикаторе использованы элементы ТТЛ, в случае применения КМОП, на выходе каждого ЛЭ следует установить усилительный каскад.

Рис.8

2.3. Пиковые индикаторы на специализированных микросхемах

Наиболее простой вариант изготовления оных. Некоторые схемы приведены на рис. 9

Рис.9 (нажмите для увеличения)

Так же можно использовать и другие усилители индикации. Схемы включения к ним можно спросить в магазине или у Яндекса. Так же можно заказать готовые наборы у Мастеркита, masterkit.ru/main/bycat.php?num=15

3. Пиковые (люминесцентные) индикаторы

В свое время применялись в отечественной технике, сейчас широко применяются в музыкальных центрах. Такие индикаторы весьма сложны в изготовлении (включают в себя специализированные микросхемы и микроконтроллеры) и в подключении (требуют нескольких источников питания). Я не рекомендую использовать их в любительской технике.

Автор: Павел Улитин, Overlord7[собачка]yandex.ru, ICQ#: 322-026-295; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Аудиотехника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Ген-будильник 10.07.2007 Физиологи из университета Суррея (Англия), изучая биологические часы человека, обнаружили ген, от которого зависит, когда человек предпочитает ложиться спать и вставать. Ген PER3 встречается в двух формах, одна немного длиннее другой, и обе синтезируют слегка различающиеся белки. Оказалось, что, если вы получили от обоих родителей два более коротких варианта, вы, скорее всего, "сова", а если два длинных - "жаворонок".

Другие интересные новости:

▪ Нейрокомпьютерный интерфейс имплантирован человеку

▪ Принтер для печати светодиодов и фотоэлементов

▪ Трекер вещей Huawei Tag

▪ Твердотельные диски 3-bit NAND от Samsung

▪ Сейсмология преступлений

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Видеотехника. Подборка статей

▪ статья Сэмюэль Тэйлор Кольридж. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какой вратарь мог стать великим хоккеистом, но предпочел футбол? Подробный ответ

▪ статья Наладчик прессов холодной штамповки. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Душистые подушечки. Простые рецепты и советы

▪ статья Танцующий стакан на веревке. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026