Пиковый цифровой индикатор выходной мощности усилителя ЗЧ

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Аудио >Разное >

Индикатор выходной мощности усилителя

Автор: Max Опубликовано 29.03.2017 Создано при помощи КотоРед.

Всем привет!

Вниманию достопочтенной аудитории предлагается схема очень простого индикатора выходной мощности оконечного усилителя НЧ. Индикатор позволяет примерно оценить пиковую величину выходной мощности, что бывает очень полезно, дабы избежать ненужных перегрузок и как следствие искажений сигнала и продлить жизнь акустическим системам. К тому же, это просто красиво смотрится на передней панели усилителя. А уж если у вас шестиканальный усилитель домашнего кинотеатра, то его передняя панель с шестью индикаторами вообще будет смотреться как пульт управления звездолетом. Кстати, помимо усилителей мощности, индикатор с незначительными переделками можно использовать в графических эквалайзерах или анализаторах спектра.

Основные характеристики:

Количество отображаемых градаций мощности 10 Минимальная величина отображаемого сигнала, дБ -27 Максимальная величина отображаемого сигнала, дБ 0 Напряжение питания, В 12 Потребляемый ток в режиме молчания 10 Входное сопротивление, кОм 100

Схема индикатора:

Устройство состоит из двух основных частей: пикового детектора на транзисторе VT1 и светодиодного драйвера на микросхеме LM3915. Микросхема LM3915 — это вообще весьма универсальная вещь, ее можно смело рекомендовать для любых устройств, где требуется индикация каких-либо величин. В ее состав входит не только светодиодный драйвер, но и буферный усилитель, компаратор и внутренний перестраиваемый источник опорного напряжения. В нашем случае величину опорного напряжения определяют резисторы R5 и R6. Компаратор микросхемы сравнивает входящее напряжение с опорным и в зависимости от разницы межу ними зажигает соответствующий светодиод. Джампер JP1 служит для переключения режима индикации — «плавающая точка» — индикация одним светодиодом или «светящийся столбик» — соответственно, младшие разряды не гаснут при зажигании старших. В разомкнутом состоянии джампера — режим «точка», в замкнутом — «столбик». Режим «точка», хотя и менее эффектен и нагляден, может пригодиться при питании прибора, в котором нужна индикация, от батарей.

Пиковый детектор на входе микросхемы определяет пиковые значения сигнала и устраняет мигание и мерцание светодиодов при переходных уровнях сигнала. Резистором R1 регулируется чувствительность прибора и компенсируется сопротивление акустических систем.

Резистор R7 ограничивает ток через светодиоды и таким образом облегчает тепловой режим работы микросхемы. Иначе, она греется, как паровозная топка.

И еще одно, несомненно полезное замечание. Специально для самых ленивых котов в лаборатории РадиоКОТструктор есть готовый набор для сборки данного устройства. В наборе есть абсолютно все, даже припой. Вам понадобится только паяльник и час времени.

Все вопросы в Форум.

Схема LED индикатора

Данная схема достаточно хорошо описана на просторах интернета. Здесь лишь вкратце расскажу (перескажу) о ее работе. Индикатор выходной мощности собран на микросхеме LM3915. Десять светодиодов подключены к мощным выходам компараторов микросхемы. Выходной ток компараторов стабилизирован, поэтому отпадает необходимость в гасящих резисторах. Напряжение питания микросхемы может находиться в пределах 6…20 В. Индикатор реагирует на мгновенные значения звукового напряжения. У микросхемы делитель рассчитан так, что включение каждого последующего светодиода происходит при увеличении напряжения входного сигнала в v2 раз (на 3 дБ), что удобно для контроля мощности УМЗЧ.

Сигнал снимается непосредственно с нагрузки — акустической системы УМЗЧ — через делитель R*/10k. Указанный на схеме ряд мощностей 0,2-0,4-0,8-1,6-3-6-12-25-50-100 Вт соответствует действительности, если сопротивление резистора R*=5,6 кОм для Rн=2 Ом, R*= 10 кОм для Rн=4 Ом, R*= 18 кОм для Rн=8 Ом и R*=30 кОм для Rн=16 Ом. LM3915 дает возможность легко менять режимы индикации. Достаточно лишь подать на вывод 9 ИМС LM3915 напряжение, и она перейдет с одного режима индикации в другой. Для этого служат контакты 1 и 2. Если их соединить, то ИМС перейдет в режим индикации «Светящийся столбик», если оставить свободными — «Бегущая точка». Если индикатор будет эксплуатироваться с УМЗЧ с иной максимальной выходной мощностью, то нужно подобрать лишь сопротивление резистора R*, чтобы светодиод, подключенный к выводу 10 ИМС, светился при максимальной мощности УМЗЧ.

Как видите, схема проста и не требует сложной настройки. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений для ее работы использовал одно плечо импульсного двухполярного блок питания УМЗЧ +15 вольт. На входе сигнала вместо подбора отдельных резисторов R* установил переменное сопротивление номиналом 20 кОм, что сделало индикатор универсальным для акустики разного сопротивления.

Для смены режимов индикации предусмотрел установку перемычки или кнопки с фиксацией. В финале замкнул перемычкой.

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.

1.1 Шкальные индикаторы 1.1.1 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.

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=U/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 раз. Такой индикатор может быть использован для измерения выходной мощности усилителя. Что же делать, если уровня измеряемого сигнала не хватает чтобы «расшевелить» прибор? В этом случае на помощь приходят такие парни, как транзистор и операционный усилитель (далее ОУ).

1.1.2 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

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), то есть, 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 h21э. Вычисляем входной ток:

Ib=Ik/h21Э где: Ib – входной ток

h21Э – коэффициент передачи тока

R1 вычисляется по закону Ома для участка цепи:

R=Ue/Ik где: R – сопротивление R1 Ue – напряжение питания Ik – 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

1.1.3 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.

Такой индикатор обладает меньшим входным сопротивлением, зато весьма прост в расчетах и изготовлении. Вычислим сопротивление R1: R=Us/Imax где: R – сопротивление входного резистора Us – Максимальный уровень сигнала Imax – 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.

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= Uвых/Uвх. 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=Uo/I где: R – сопротивление R3 Uo – выходное напряжение ОУ I – ток полного отклонения

1.2 Пиковые (светодиодные) индикаторы

1.2.1 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 +Uп, открывается VT1 и загорается VD2. Когда сигнал ниже опорного напряжения, на выходе ОУ действует –Uп. 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:

где: Iatt – ток через R2 (током инвертирующего входа можно пренебречь) Uоп – опорное напряжение Rб – сопротивление R2

рис.6

Теперь вычислим R1:

R1=(Ue-Uоп)/Iatt где: Ue – напряжение источника питания Uоп – опорное напряжение (напряжение срабатывания) Iatt – ток через R2 Ограничительный резистор R6 подбирается по формуле: R=Ue/Iled где: R – сопротивление R6 Ue – напряжение питания ILED – 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.

1.2.2 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. Для начала вычислим входной ток транзисторного каскада:

Ib=Iled/h21Э где:

Iled – прямой ток светодиода (рекомендуется выставить 5 – 15 мА) h21э – коэффициент передачи тока

Теперь мы можем приблизительно расчитать входное сопротивление: R=E/Ib где: Z – входное сопротивление E – напряжение питания Ib – 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/Ib)-Z где: R – R3 E – напряжение питания Ib – 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.

1.2.3. Пиковые индикаторы на специализированных микросхемах

Наиболее простой вариант изготовления оных. Некоторые схемы приведены на рис.9

рис.9

Также можно использовать и другие усилители индикации. Схемы включения к ним можно спросить в магазине или у Яндекса. Также можно заказать готовые наборы у Мастеркита https://www.masterkit.ru/main/bycat.php?num=15

1.3 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.

Фирма: Datagor Electronics Вес лота: 50 гр.

id: 1564 есть: 0

770.84 руб.

Помните дорогие Hi-Fi аппараты в период их расцвета? Видели пиковые индикаторы на профессиональной аппаратуре? Мне такой индикатор врезался в память из школьных лет. Позвольте представить, Project-002. Индикатор уровня сигнала с детектором пиков!

Итак, 12 светодиодов, 5 из них отображают пики перегрузки с задержкой гашения. Настраивается всё. И время послесвечения пиков и плавность переключения всех светодиодов и точность шкалы и яркость светодиодов и т.п. Переключаются два режима работы индикатора: привычный столбик и режим с задержкой пиков, ради которого всё и затевалось.