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:

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Полет на Марс: испытание для тела и выживания человечества 10.11.2025

Исследование космоса и перспективы полета на Марс привлекают внимание ученых и инженеров по всему миру. Но за технологическими достижениями скрывается серьезная угроза для здоровья астронавтов. Как отмечает Interesting Engineering, даже самые современные ракеты и системы жизнеобеспечения не способны полностью защитить человека от физических и генетических изменений, возникающих во время длительных космических миссий. Эти риски включают потерю костной массы, ослабление мышц и даже потенциальные повреждения ДНК. Путешествие на Марс длится от шести до девяти месяцев. В условиях невесомости организм, привыкший к земной гравитации, претерпевает значительные изменения. Мышцы атрофируются, кости теряют до 1% плотности в месяц, сердце уменьшается в размерах, а позвоночник удлиняется, вызывая боль и дискомфорт. После возвращения на Землю астронавты сталкиваются с головокружением и проблемами при вставании из-за адаптации к гравитации. Особую опасность представляет перераспределение жидкос ...>>

Зеркальные спутники и их угрозы для астрономии и экологии 09.11.2025

Калифорнийский космический стартап Reflect Orbital, который планирует к 2030 году вывести на орбиту 4 000 зеркальных спутников, отражающих солнечный свет на Землю даже ночью. Главная цель - увеличить эффективность солнечных электростанций, обеспечивая непрерывное освещение в ночное время. Первый демонстрационный аппарат EARENDIL-1 с зеркалом площадью 334 м2 предполагается запустить в апреле 2026 года, а соответствующая заявка уже подана в Федеральную комиссию связи США (FCC). Проект получил 1,25 млн долларов поддержки от ВВС США в рамках программы для малого бизнеса. Идея заключается в том, чтобы спутники создавали дополнительное освещение для энергетических систем, однако многие ученые выражают сомнения как в технической реализуемости, так и в потенциальном вреде для окружающей среды. Астрономы, включая Майкла Брауна и Мэтью Кенворти, подсчитали, что отраженный свет будет примерно в 15 000 раз слабее дневного солнца, хотя и ярче полной Луны. Для того чтобы создать хотя бы 20% дн ...>>

Случайная новость из Архива Водолечение спины 27.02.2010 Беговая дорожка в заполненном водой бассейне способна вылечить некоторые травмы спины. Когда позвоночник сломан, врачи, как правило, сообщают пациенту, что он больше никогда не будет ходить. Физиотерапевты не всегда согласны. Например, Сандра Стивене, выполняя диссертационное исследование в университете Среднего Теннеси, решила поставить таких пациентов на собственные ноги. К этой идее ее подтолкнула работа этого университета с детьми, перенесшими церебральный паралич. Суть ее предложения состоит в том, что пациент безо всякой помощи идет по беговой дорожке, поставленной в бассейне, заполненном водой. Вода, будучи гораздо плотнее воздуха, поддерживает пациента и существенно замедляет его движения. Поэтому у него есть время для того, чтобы сконцентрироваться и самостоятельно восстановить утраченное равновесие. Результаты Сандры Стивене оказались очень хорошими: она поставила на ноги несколько человек с переломами позвоночника, полученными во время аварий. После курса лечения продолжительностью в несколько месяцев некоторые из них смогли шагать по дорожке в течение десятков минут со скоростью обычного пешехода. И это несмотря на то, что доктора пророчили им полную неподвижность.

Другие интересные новости:

▪ Секреты шелковичного червя

▪ Отравленная планета

▪ Водная цинк-ионная батарея с продолжительным сроком службы

▪ Компьютерное зрение для электросамоката

▪ Новым лампам BMW не потребуется замена

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство аудио. Подборка статей

▪ статья Всемогущий доллар. Крылатое выражение

▪ статья Какой самолет совершил первый беспосадочный перелет вокруг земного шара? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Rolsen. Справочник

▪ статья Асфальтовый лак. Простые рецепты и советы

▪ статья Серебряное зеркало из нитрата серебра и глюкозы. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025