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:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Случайная новость из Архива Антропоцентризм 24.01.2016 Термин "антропоцен" вошел в широкое употребление в 2000 г. благодаря голландскому химику, лауреату Нобелевской премии Паулю Крутцену (Paul Crutzen) и американскому биологу Юджину Стермеру (Eugene Stoermer). Этим термином обозначают геологическую эпоху с уровнем человеческой активности, играющей существенную роль в экосистеме Земли. В отличие от других сегментов стратиграфической шкалы с похожими названиями (например, ледникового периода плейстоцена), антропоцен не является официально признанным понятием. Однако влияние жизнедеятельности человека на Землю стало настолько очевидным, что в Международной комиссии по стратиграфии, являющейся частью Международного союза геологических наук, была создана в рамках подкомиссии по четвертичной стратиграфии рабочая группа по изучению антропоцена. Недавно эта группа опубликовала промежуточный доклад, в котором делается вывод о том, что эра антропоцена действительно наступила, поскольку воздействие человека на окружающую среду будет обнаружено нашими потомками в отложениях и горных породах через миллионы лет. Впрочем, для того, чтобы сделать антропоцен частью формальной классификации, нужно решить еще несколько вопросов - например, когда началась новая эпоха. Некоторые участники рабочей группы считают, что отсчет надо вести с 1950-х гг., когда началось т.н. "Великое ускорение" - резкий рост населения Земли и потребления ресурсов. Оно совпало с широким распространением "техноматериалов" - алюминия, бетона и пластика. Кроме того, в это десятилетие благодаря испытаниям термоядерного оружия по миру разлетелись радиоактивные элементы, и их наличие будет очевидно наблюдателю через сотни миллионов лет. Помимо этого для эмпирического подтверждения новой эпохи нужно пробурить пробные скважины, которые показали бы, например, что в осадочных породах озер и океанов содержатся признаки загрязнения окружающей среды в виде сажи от сгорания ископаемых видов топлива. Поскольку собранные образцы должны отражать глобальные, а не только локальные следы человеческой активности, на бурение скважин и сбор образцов могут уйти многие годы.

Другие интересные новости:

▪ Спирт вместо бензина

▪ L7987 - асинхронный 61V 3A DC/DC регулятор с ограничителем тока

▪ Робот для сбора фруктов

▪ Новый метод определения возраста сложных отложений

▪ Кремниевая фольга

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Дух противоречия. Крылатое выражение

▪ статья Почему в Евросоюзе морковь считается фруктом? Подробный ответ

▪ статья Ориентирование карты по компасу. Советы туристу

▪ статья Простой регулятор мощности для электронагревательных приборов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Применении манипуляций при карточных фокусах. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026