Индикатор уровня схема

Думаю большинству понятно, что звучание системы во многом определяется различным уровнем сигнала на ее отдельных участках. Контролируя эти места, мы можем оценить динамику работы различных функциональных узлов системы: получить косвенные данные о коэффициенте усиления, вносимых искажениях и т.п. Кроме того, результирующий сигнал просто не всегда можно прослушать, поэтому и, применяются различного рода индикаторы уровня. В их роли можно применить и обычные стрелочные приборы, так и специальные радиолюбительские разработки.
Простейший индикатор уровня из микроамперметра

Схема такого устройства максимально проста в нее входит стрелочная головка и сопротивление.

Микроамперметр должен быть с током полного отклонения на 500мкА. Такие приборы работают только с постоянным током, поэтому звуковой сигнал требуется выпрямить диодом. Сопротивление нужно для преобразования напряжения в ток. Точнее, головка микроамперметра измеряет ток, следующий через резистор. Номинал рассчитывается по закону Ома, но помним о том, что напряжение после выпрямительного диода будет в два раза ниже.

R = 0.5U/I где: R – сопротивление резистора (Ом), U -напряжение (В), I – ток полного отклонения индикатора (А)

Очень удобно оценивать уровень сигнала, придав ему некоторую инерционность. Этого можно достичь, подсоединив параллельно измерительной головки электролитической емкости конденсатор, но не стоит забывать, что при этом напряжение на головке возрастет в √2 раз. Такой измерительный прибор можно применить для оценки выходной мощности усилителя. Но, если вдруг уровня измеряемого сигнала не достаточно, то можно добавить усилительный каскад на транзисторе или операционном усилителе

Транзисторный индикатор уровня

Транзистор в данном случае является простым усилителем по току, остальная часть схемы аналогична предыдущей. Коллекторный ток должен быть выше тока полного отклонения микроамперметра как в 2 раза, например если ток полного отклонения головки амперметра 100 мкА, то коллекторный ток биполярного транзистора должен быть около 200мкА. Затем необходимо воспользоваться справочником по транзисторам и узнать в нем коэффициент передачи по току h21э.

Из формулы определяем входной ток:

Ib = Ik/h21Э

где:Ib – входной ток Ik –ток коллектора h21Э – коэффициент передачи тока

Сопротивление R1 находим из закона Ома для участка цепи:

R=Ue/Ik

где: Ue – напряжение питания, Ik ток коллектора

R2 необходим для подавления напряжения на базе. Подбирая его нужно достичь наибольшей чувствительности при наименьшем отклонении стрелки головки в отсутствии сигнала. Сопротивлением R3 настраивают чувствительность и его номинал, практически, не важен.

Если надо усилить не только ток, но и напряжение можно дополнить исходную схему вторым каскадом. Пример этой схемы позаимствован из старого отечественного магнитофона "Комета".

Индикатор уровня на операционном усилителе

Такие индикаторы имеют очень хорошие значения чувствительности и входного сопротивления, поэтому, обладают минимальной погрешностью.

Сопротивление R1 определяем по формуле:

R=Us / Imax

где: R – сопротивление входного резистора Us – Максимальный уровень сигнала Imax ток полного отклонения

Если уровень сигнала совсем мал или по условию технического задания требуется высокое входное сопротивление, можно применить схему повторителя на ОУ.

Для правильной работы диодов, выходное напряжение желательно иметь не ниже 2-3 вольт. Итак в расчетах этой схемы будем исходить от выходного напряжения операционного усилителя.

Определяем коэффициент усиления:

К= Uвых/Uвх

Теперь вычислим номиналы сопротивлений R1 и R2:

K=1+(R2/R1)

В выборе значений номиналов резисторов R1 не рекомендуется брать меньше 1кОм. Теперь находим R3:

R=Uo/I

где: R – сопротивление R3 Uo – выходное напряжение ОУ I – ток полного отклонения

Индикатор уровня со светодиодным индикатором на основе компаратора

Порог срабатывания задается опорным напряжением, которое формирует резисторный делитель R1R2. Когда сигнал на прямом входе ОУ выше уровня опорного напряжения, на выходе усилителя появляется +Uп, отпирается VT1 и загорается второй светодиод. Когда сигнал меньше опорного напряжения, на выходе ОУ присутствует –Uп. Поэтому VT2 открыт и горит VD2. Для расчета зададимся напряжением срабатывания, оно же опорное и сопротивлением R2 в диапазоне от 3 до 68 кОм.

Найдем ток в источнике опорного напряжения:

Iatt=Uоп/Rб

где: Iatt – ток через R2, Uоп – опорное напряжение, Rб – сопротивление R2


R1=(Ue-Uоп)/ Iatt

где: Ue – напряжение источника питания, Uоп – опорное напряжение, Iatt – ток через R2

Ограничительное сопротивление R6 рассчитывается по формуле:

R1=Ue/ ILED

где: Ue – напряжение питания, ILED – прямой ток светодиода.

Компенсирующие сопротивления R4, R5 выбираются по справочнику на ОУ и должны соответствовать минимальному сопротивлению нагрузки для выбранного операционного усилителя.

Индикатор уровня со светодиодным индикатором на логических элементах

На двух элементах собран триггер Шмитта, у которого имеется эффект гистерезиса, т.е. уровень срабатывания не совпадает с порогом отпускания. Ширина петли гистерезиса находится в отношении R2 к R1. Ограничительное сопротивление R4 находится по тому же принципу, что и в примере выше. Ограничительный резистор в базовой цепи определяется исходя из нагрузочной способности логического элемента. Для КМОП технологии выходной ток будет около 1,5 мА. Вычислим по формуле входной ток транзисторного каскада:

Ib=ILED/h21Э

где: Ib – входной ток транзисторного каскада, ILED – прямой ток светодиода, h21Э – коэффициент передачи тока биполярного транзистора

Теперь можно определить входное сопротивление:

Z=E/Ib

где: Z – входное сопротивление, E – напряжение питания, Ib – входной ток транзисторного каскада

R3=(E/Ib)-Z

где: E – напряжение питания, Ib – входной ток транзистора, Z – входное сопротивление каскада

На основе этой конструкции легко собрать и многоуровневый индикатор:

Индикатор уровня только на светодиодах и резисторах

Главное его достоинство это простота и отсутствие внешнего питания. Он подсоединяется, например, к магнитоле по схеме "mixed mono" или с разделительной емкостью, к усилителю - "mixed mono" или вообще напрямую.

При работе с усилителем от 40...50 Вт или выше сопротивление R7 должно лежать в диапазоне 270...470 Ом. Диоды VD1...VD7 - любые кремниевые с допустимым током не ниже 300 мА.