ИНДИКАТОР УРОВНЯ НА СВЕТОДИОДАХ

September 1, 2014 by admin Комментировать »

Я. СВОБОДА (ЧССР)

Контролировать уровень низкочастотного сигнала желательно на. любой стадии его обработки, однако особенно большое значение оперативный контроль уровня входного сигнала приобретает в аппаратуре магнитной записи. Дело в том, что при записи сигналов на магнитную ленту максимальный уровень записи выбирают компромиссным путем: с одной стороны, он не должен быть слишком мал, иначе сильно ухудшится отношение сигнал/шум канала записи-воспроизведения, а с другой стороны, если уровень чрезмерно велик, значительно возрастают гармонические искажения из-за перемодуляции ленты.

Любой индикатор уровня характеризуется двумя временными параметрами — временем интеграции и временем обратного, хода. От первого зависит, насколько правильно он будет отображать реальный уровень сигнала в данный момент времени. Естественно, чем меньше время интеграции индикатора, тем лучше он будет реагировать на мгновенные изменения уровня сигнала. Технической комиссией Международной организации по радиовещанию и телевидению (ОПРТ) для индикаторов уровня звукового сигнала в профессиональной аппаратуре рекомендовано время интеграции 5 мс при верности 80 %. Это означает5, что при подаче на вход индикатора импульса длительностью 5 мс измерительный прибор должен показать 90 % номинального отклонения, т. е. постоянного уровня.

Время обратного хода, наоборот, выбирают достаточно большим — 1,5—2 с, иначе невозможно будет следить за изменениями среднего уровня и, кроме того, мелькание стрелки: измерительного прибора быстро утомляет оператора.

Простейшим индикатором уровня может служить микроамперметр, на который подано выпрямленное звуковое напряжение. Такие индикаторы, как правило, не требуют дополнительного усилителя, относительно недороги и поэтому нашли широкое применение в промышленной электроакустической аппаратуре. Однако эти индикаторы обладают одним, но серьезным недостатком — инерционностью. Именно она делает их непригодными для контроля уровня низкочастотного сигнала в профессиональной и высококачественной любительской аппаратуре. Объясняется это тем, что реальная звуковая программа имеет ярко выраженный импульсный характер и стрелочный индикатор из-за инерционности подвижной системы не будет реагировать на кратковременные пики сигнала. При записи же на магнитную ленту даже такие кратко-, временные перегрузки приводят к значительному возрастанию гармонических искажений в канале записи—воспроизведения. Поэтому в последние годы многие зарубежные фирмы в дополнение к стрелочным индикаторам уровня записи стали встраивать в магнитофоны и индикаторы пиковых уровней так называемые .пиковые индикаторы.

В качестве отображающих элементов в этих индикаторах используют светодиоды, которые практически безынерционны.

В дальнейшем от стрелочных приборов отказались вообще, заменив шкалу индикатора дисплеем — набором светодиодов, загорание каждого из которых характеризует превышение определенного заранее установленного уровня. Индикаторы со светодиодами могут иметь любые временные параметры, определяемые только блоком управления, и работать в произвольном положении И при любом освещении.

Ниже описан несложный любительский индикатор уровня на светодиодах. По целому ряду соображений его удобно разделить на две части — измерительный усилитель и дешифратор уровня с дисплеем. Такая конструкция имеет определенные преимущества с точки зрения универсальности применения индикатора. Его отображающая часть может быть использована самостоятельно для измерения, например,

выходной мощности, а совместно с логарифмическим усилителем — для измерения уровней с большим динамическим диапазоном. При конструировании индикатора в любительских условиях удобнее разместить измерительный усилитель и дешифратор отдельно на двух печатных платах и следует налаживать их каждый по отдельности.

Рис. I. Схема измерительного усилителя индикатора.

Измерительный усилитель является важной частью любого индикатора уровня, так как его свойства обычно определяют характеристику шкалы стрелочного прибора или другого устройства индикации. Кроме того, выбирая коэффициент его усиления, можно откалибровать индикатор в соответствии с замыслом конструкто-

ра. Основными требованиями к измерительному усилителю являются низкий уровень собственных нелинейных искажений и низкое выходное сопротивление, от которого зависит постоянная времени зарядки интегрирующего конденсатора.

Схема измерительного усилителя изображена на рис. 1. Его усиление можно регулировать в пределах 26 дБ резистором R4 в цепи обратной связи. Наименьшее усиление составляет 20 дБ. Усилитель собран на кремниевых транзисторах с непосредственными связями между ними.

Ступень на транзисторе Т\ собрана по схеме с общим эмиттером. Транзистор. Т2 создает основное усиление и возбуждает двухтактную ступень, собранную на транзисторах Тъ и Т4. Оконечные транзисторы работают в режиме класса А. Ток покоя этих транзисторов устанавливают подборкой резистора R-j. Этот ток должен быть таким, чтобы при подключении нагрузки — пикового выпрямителя — не происходило смещения рабочей точки усилителя’. Оконечные транзисторы необходимо установить на теплоотвод. Симметрию усилителя — напряжение 13 В на эмиттерах транзисторов Т$, Т4 — устанавливают подборкой резистора ./?!.

Транзисторы Тъ и Т4 следует подобрать близкими по коэффициенту усиления с точностью не хуже 10 %. Подстроечный резистор R4 должен быть прецизионным, так как от стабильности его сопротивления зависит точность показаний индикатора. Входное сопротивление измерительного усилителя — не менее 50 кОм, неискаженное выходное напряжение — не менее 7 В, а потребляемый ток не превышает 30 мА.

Схема дешифратора индикатора изображена на рис. 2. Основным требованием к дешифратору является линейный перевод значения пере- .менного входного напряжения в постоянное. Входной сигнал с амплитудой 7 В поступает на двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения, на выходе которого включен интегрирующий конденсатор С2. Его зарядная цепь должна иметь постоянную времени во много раз меньшую, чем постоянная времени интеграции предписанного нормой. В данном случае постоянная времени зарядки зависит от внутреннего сопротивления измерительного усилителя и емкости этого конденсатора.

Постоянная времени разрядки зависит от емкости конденсатора, эквивалентного сопротивления разрядного резистора R2, входного сопротивления последующего усилителя и обратного сопротивления диодов выпрямителя. Эта постоянная времени должна быть такой, чтобы в течение 100 мс напряжение на конденсаторе С2 не изменялось более, чем на 10 %. Оптимальное значение постоянной времени разрядки 1 с. Конденсатор С* отделяет пиковый детектор от выхода измерительного усилителя.

За выпрямителем следует двухступенный усилитель постоянного тока на комплементарной паре транзисторов Τι и Т2. Светодиоды Д6 — Д\4 включены последовательно и питаются от источника тока на транзисторе Т$, который стабилизирует прямой ток через них. Этот ток определяет яркость свечения диодов. Смещение на базе транзистора Тъ задано, резисторами R6, R7, а ток через диоды определяется сопротивлением резистора Т?17 в цепи эмиттера. Параллельно каждому светодиоду подключен участок коллектор-эмиттер управляющего транзисто-. pa (Т4 — Т12). Если этот транзистор закрыт, то весь ток протекает через светодиод и заставляет его светиться. Если же на базы этих

транзисторов подать положительное напряжение, транзисторы будут один за другим открываться, шунтируя собой светодиоды, которые при этом гаснут.

При отсутствии сигнала на входе дешифратора на выходе усилителя постоянного тока (на эмиттере транзистора будет максимальное напряжение, при этом все шунтирующие транзисторы открыты. При поступлении на вход низкочастотного сигнала с достаточным уровнем постоянное напряжение на выходе усилителя постоянного тока уменьшается прямо пропорционально амплитуде этого сигнала. При этом транзисторы в цепочке Т4 — Т12 последовательно закрываются. Чем сильнее понижается напряжение на эмиттере транзистора Т2, тем большее число транзисторов цепочки закрывается, «уравновешивая» изменение’ этого напряжения. Диоды, оказавшиеся подключенными параллельно’ закрытым транзисторам, при этом начинают светиться.

Светодиод Д6 индицирует минимальный измеряемый уровень, аДи — максимальный. Таким образом, при подаче на вход дешифратора низкочастотного сигнала светится ряд светодиодов, и длина этого ряда соответствует мгновенному достигнутому в данный момент уровню.

Весь интервал индикации разделен на отдельные уровни (включая нулевой уровень) и в соответствии с конкретными требованиями может быть выбран либо таким: —15 дБ; —9,5 дБ; —6 дБ; —3,5 дБ; — 1,5 дБ; 0; +1,5 дБ; +12,5 дБ; +3,5 дБ, либо таким: —17 дБ; -11 дБ; -7,5 дБ; —5 дБ; —3 дБ; —1,5 дБ; 0; +1 дБ; +2 дБ.

Схема сетевого источника питания с простейшим стабилизатором и защитой от перегрузок изображена на рис. 3.

Сетевой трансформатор (на схеме не показан) должен .иметь на вторичной обмотке напряжение 21 В и обеспечивать ток нагрузки около 100 мА. Транзистор Т2 размещают на теплоотводе.

Индикатор уровня со светодиодами предназначен прежде всего для контроля уровня записи в магнитофоне и может быть выполнен как в виде отдельного устройства, так и для встраивания в уже существующий магнитофон. Поэтому, как и было сказано ранее, была выбрана конструкция, состоящая из двух отдельных одинаковых по размеру (7,5 х 7,5 см) печатных плат.

Плата измерительного усилителя может быть размещена в любом месте в ящике магнитофона и даже в стереофоническом варианте занимает объем не более 0,17 дм3. Усилитель дешифратора размещен на одной плате со светодиодным табло, причем в зависимости от места установки платы светодиоды могут быть установлены осями либо перпендикулярно, либо параллельно плате. Платы соединяют двумя проводниками питания и одним сигнальным, который в большинстве случаев можно не экранировать, так как наводимая помеха по уровню всегда значительно ниже чувствительности индикатора.

Чертеж печатной платы измерительного усилителя представлен на рис. 4, а дешифратора со светодиодным табло — на рис. 5. Источник питания смонтирован тоже на печатной плате (кроме сетевого трансформатора). Чертеж этой платы показан на рис. 6. Конденсатор Сх фильтра составлен из четырех конденсаторов емкостью по 500 мкФ.

Рис. 3. Схема источника питания.

Для налаживания и калибровки индикатора уровня потребуются следующие приборы: НЧ генератор, НЧ милливольтметр переменного напряжения, электронный вольтметр для измерения постоянного напряжения с входным сопротивлением не. менее 1. МОм, осциллоскоп и лабораторный блок питания, обеспечивающий напряжение 26 В при токе 100 мА.

После контроля исправности деталей и монтажа подключают к источнику питания измерительный усилитель через миллиамперметр на 100 мА. Если потребляемый ток не превышает 30 мА, то можно приступать к налаживанию измерительного усилителя. Прежде всего надо установить симметрию выходной ступени. Для этого к выходу усилителя подключают осциллоскоп, а на вход от генератора подают сигнал частотой 1 кГц.

Piic. 5. Чертеж печатной платы дешифратора:

Постепенно увеличивая напряжение, наблюдают за осциллограммой выходного напряжения: ограничение обеих полуволн должно быть симметричным. В противном случае симметричного ограничения добиваются подборкой резистора R^.

В заключение устанавливают необходимое усиление и. проверяют частотную характеристику, которая должна быть линейна с точностью ±1,5 дБ от 40 Гц до 16 кГц. Частотную характеристику снимают при выходном напряжении 5 В. Усиление при максимальном сопротивлении резистора R4 должно быть не менее десяти, тогда при уменьшении сопротивления до 0,1 максимального можно получить усиление, равное 100. При этом положении.движка резистора и снимают частотную характеристику усилителя.

Дешифратор налаживания практически не требует." Следует только проверить его работоспособность при отсутствии входного сигнала. После подключения питания ни один светодиод не должен светиться, а потребляемый Дешифратором ток не должен превышать 30 )мА. На коллекторе транзистора Т4 должно быть такое же постоянное напряжение, как и на эмиттере Т2. На конденсаторе С2 напряжение должно быть равно 3 ± 0,5 В, а на эмиттере транзистора Тъ— 4 В.

Если режим по постоянному току не отличается от указанного, то можно приступить к калибровке индикатора в целом. Для этого платы индикатора электрически соединяют вместе и на его вход подают от звукового генератора напряжение частотой 1 кГц. Плавно увеличивают входное напряжение до момента загорания первого светодиода и измеряют при этом напряжение входного сигнала. Продолжая плавно увеличивать амплитуду входного сигнала, добиваются последовательного зажигания остальных светодиодов. Напряжение на входе при этом должно^бытъ на 19 дБ (или в 8,9 раза) больше, чем при первом измерении.

Теперь нужно установить необходимую чувствительность индикатора. Для этого на его вход подают напряжение, которое в нашем случае ·соответствует нулевому относительному уровню. Изменяя усиление, устанавливают такую чувствительность, чтобы включился светодиод, соответствующий этому уровню. Это должен быть шестой или седьмой диод от начала табло. Не меняя коэффициента передачи измерительного усилителя, снимают характеристику индикации, все время контролируя и записывая значения напряжения на входе индикатора в моменты включения каждого светодиода. Измеренные величины пересчитывают в децибелы относительно нулевого уровня и сраивают полученные результаты с требуемыми в зависимости от выбранного ряда уровней.

Некоторые неточности в разделении интервала индикации объясняются разбросом параметров светодиодов и шунтирующих транзисторов. Шкалу индикатора оцифровывают в децибелах. Если это покажется кому-то неудобным, можно откалибровать индикатор и в процентах.

Проконтролировать временные характеристики индикатора уровня (выпрямителя) без специальной аппаратуры нельзя. Однако с достаточной для радиолюбительских целей точностью это можно сделать с помощью самодельной измерительной ленты, на которой записывают импульсные сигналы частотой 5000 Гц и длительностью 10 мс.

Источник: Конструкций советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей.—Кн. 2.—М.: Энергоиздат, 1981,— 1.92 с., ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1032).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты