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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Дешевый светящийся дозиметр 16.05.2012 С ростом опасности ядерного терроризма и контрабанды радиоактивных материалов особенно актуальными становятся вопросы создания дешевых и простых способов выявления радиационного излучения. Исследователи из Научно-исследовательского института Джорджии разработали уникальное вещество на основе наночастиц редкоземельных элементов, галогенидов и оксидов, которое светятся в присутствии радиоактивных материалов. В настоящее время широко используются два типа детекторов радиации: сцинтилляционные и твердотельные. Первые обычно сделаны на основе монокристалла йодида натрия или подобного материала, а второй - на основе полупроводниковых материалов, таких, как германий. Обе технологии могут надежно обнаружить гамма-лучи и субатомные частицы, испускаемые радиоактивными веществами. Например, когда гамма-лучи попадают на кристалл сцинтилляционного детектора, возникают световые вспышки, которые преобразуются в электрические импульсы. В твердотельных детекторах гамма-лучи преобразуются непосредственно в электрические импульсы. При всех своих достоинствах обе технологии имеют существенные недостатки. Так, сцинтилляционные детекторы требует больших, дорогих и сложных в изготовлении кристаллов, которые, к тому же, хрупки и очень боятся влаги. Твердотельные детекторы более чувствительны, но высокочистые монокристаллы германия изготовить еще сложнее, к тому же, такие детекторы могут обнаруживать радиацию лишь с небольшого расстояния. Кроме того, температура германия должна быть очень низкой -200 градусов по Цельсию, что затрудняет использование твердотельных детекторов. Новый композитный материал представляет собой нанопорошок, состоящий из 20-нм наночастиц гадолиния и бромида церия с добавлением кремния и оксида алюминия. Изготовить нанопорошок намного легче, чем большой высокочистый монокристалл. Гадолиний эффективно поглощает гамма-излучение и направляет его энергию на атомы церия, которые начинают излучать свет. Таким образом нанопорошок выступает в качестве эффективного сцинтиллятора и может заменить дорогие и сложные в эксплуатации современные детекторы радиации.

Другие интересные новости:

▪ Новогодние украшения делают нас счастливее

▪ С мобильным телефоном путешествовать быстрее

▪ Флеш-память из органических материалов

▪ TI REF1933 - источник опорного напряжения с двумя выходами

▪ Транспортная сеть из червоточин

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Глас народа - глас Бога. Крылатое выражение

▪ статья Чем отличается от обычной шариковая ручка для космонавтов? Подробный ответ

▪ статья Съедобные колеусы. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Автономные солнечные энергетические установки с концентраторами солнечного излучения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания, 12 вольт 6 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025