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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Почему в Антарктиде нет угля 08.04.2000 В меловом периоде, когда на всей Земле было тепло, почти всю планету покрывали буйные тропические леса. На всех континентах с тех времен остались залежи каменного угля. Кроме Антарктиды, где найдено только несколько небольших и тонких пластов. В то же время известно, что Антарктида также была покрыта широколиственными лесами. Почему же здесь не образовался уголь? Как показало моделирование древнего климата Антарктиды на компьютере, проведенное Дэвидом Берлингом из Шеффилдского университета (Англия), водный баланс антарктических лесов был очень напряженным. Сколько воды деревья получали из дождей, столько и испаряли. Поэтому уровень грунтовых вод был низким, и в Антарктиде не могли возникнуть болота. А образование каменного угля начинается именно с торфяного болота: на протяжении десятков тысяч лет отмершие остатки растений превращаются сначала в торф, затем в бурый уголь и наконец, в каменный. Как показала компьютерная модель, небольшие болота могли возникнуть лишь в нескольких местах континента - именно там и находят сейчас скудные залежи каменного угля.

Другие интересные новости:

▪ Первый советский метеоспутник через 43 года после запуска сошел с орбиты

▪ Уязвимость USB-устройств

▪ Мозг, переживший сотрясение, стареет быстрее

▪ Робот-сапер

▪ Первый многостандартный интерфейс для драйверов дисков 90 нм

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Торнтон Уайлдер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кому предоставлялись защитники в суде и кто их не получал согласно принятому Конвентом 10 июня 1794 года (22 прериаля II года Республики) Декрету о реорганизации Революционного трибунала? Подробный ответ

▪ статья Гусиная лапка. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Второе дыхание холодильника. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Из большого шара - маленький. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025