СВЕТОДИОДНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ УРОВНЯ СИГНАЛА

Радио 1987, № 10

В магнитофонах и усилителях ЗЧ в последние годы широко применяют измерители уровня сигнала с индикаторами в виде линейки из светодиодов. Вниманию читателей предлагаются три различных по сложности и возможностям варианта измерительной части этих устройств. Все они рассчитаны на измерение положительного напряжения, поэтому, если необходимо контролировать уровень переменного напряжения, их необходимо дополнить детектором, выделяющим полуволны этой полярности. Поскольку, форма музыкальных сигналов не симметрична, желательно использовать двухполупериодный детектор.

Схема светодиодного измерителя уровня сигнала

Рис. 1
DD1 - SN7404 (К155ЛН1), HL1-HL6 - VQA13 (АЛ307А).

Принципиальная схема одного из простейших измерителей приведена на рис. 1. Как видно, выполнен он на одной микросхеме, содержащей шесть инверторов. В отсутствие входного напряжения и до тех пор, пока оно меньше 0,14 В, напряжение на выходах инверторов имеет высокий уровень и ни один из светодиодов HL1 - HL6 не горит. По мере увеличения контролируемого напряжения высокий уровень вначале на выходе инвертора DD1.1, а затем и остальных, сменяется низким и индикаторные диоды начинают светиться. Недостаток устройства, обусловленный особенностью «переключательной» характеристики инверторов,- довольно большая погрешность измерения. Так, светодиод HL1 начинает светиться при входном напряжении около +0,14 В, а максимально ярко горит при +0,5 В. светодиод HL2 фактически индицирует интервал напряжений +0,5...0,85 В и т. д.

Схема усовершенствованного измерителя уровня сигнала

Рис. 2
DD1, DD2 - SN7408 (К155ЛИ1), HL1-HL6 - VQA13 (АЛ307А), VD1-VD7 - 2Д5606 (КД510А), VT1-VT8 - 2Т3604 (КТ315Б).

Этого недостатка лишён измеритель, схема которого изображена на рис. 2. Здесь один из входов всех элементов 2И соединён с коллектором транзистора, формирующего начальный логический уровень, поэтому интервал входных напряжений, соответствующих уровням 0 и 1 на выходе элемента, значительно уже. Второй вход каждого элемента соединён с выходом следующего, благодаря чему появление уровня 0 на выходе любого из них фиксирует такой же уровень на выходах всех предшествующих.

В исходном состоянии (пока входное напряжение не достигло нижней границы измеряемого интервала) транзисторы VT1-VT8 закрыты, напряжение на входах, а следовательно, и выходах элементов DD1.1 - DD1.4, DD2.1 - DD2.4 имеют уровень логической 1, светодиоды HL1 - HL8 не горят. При входном напряжении около 0,6 В транзистор VT1 открывается, и напряжение на его коллекторе и соединённом с ним входе элемента DD1.1 понижается до уровня 0. В результате на выходе элемента устанавливается такой же уровень, и светодиод HL1 зажигается. Дальнейшее повышение контролируемого напряжения приводит к последовательному открыванию транзисторов VT2 - VT8 и зажиганию светодиодов HL2 - HL8.

Для контроля напряжений, отличающихся в десятки и сотни раз, целесообразно использовать измеритель, выполненный по схеме на рис. 3. Он содержит тактовый генератор (DD2.1, DD2.2), двоичный счётчик DD1, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), выполненный на инверторах DD2.3 - DD2.6 и резисторах R7-R11, эмиттерный повторитель (VT1), компаратор (DA1), электронный ключ (VT2) и дешифратор DD3 с подключёнными к его выходам светодиодами HL1-HL16. Цикл измерения состоит из шестнадцати тактов. Каждый импульс тактового генератора изменяет состояние счётчика DD1. Его выходные сигналы поступают на ЦАП и дешифратор DD3, поочерёдно соединяющий катоды светодиодов с общим проводом. Формируемое ЦАП образцовое напряжение снимается с резистора R11 и через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 поступает на инвертирующий вход компаратора DA1, который сравнивает его с уровнем контролируемого напряжения на неинвертирующем входе.

Измеритель уровня сигнала с цифро-аналоговым преобразователем

Рис. 3
DD1 - SN7493 (К155ИЕ5), DD2 - SN7404 (К155ЛН1), DD3 - SN74154 (К155ИД3), DA1 - μA741 (К140УД7);
VD1 - 2Д5606 (КД510А), VT1, VT2 - 2Т3604 (КТ315Б), HL1-HL16 - VQA13 (АЛ307А)

При входных напряжениях, меньших образцового, выходное напряжение компаратора отрицательно, транзистор VT2 закрыт и к входам разрешения E1, Е2 микросхемы DD3 приложен уровень 1, запрещающий дешифрацию состояний счётчика DD1 (ни один светодиод не горит). Превышение входным сигналом уровня напряжения на инвертирующем входе изменяет полярность выходного напряжения компаратора, и транзистор VT2 открывается. В результате уровень 1 на выходах разрешения дешифратора DD3 сменяется уровнем 0, напряжение такого же уровня появляется на его соответствующем выходе, и подсоединённый к нему светодиод зажигается.

Диапазон индицируемых измерителем уровней - около 50 дБ, их измеренные значения приведены в таблице (в одном случае уровню 0 дБ соответствует зажигание светодиода HL13, в другом - HL14).

Обозначение по схеме Индицируемый уровень, дБ
HL1-46.5 (-47.2)
HL2-26.8 (-27.4)
HL3-17.9 (-18.5)
HL4-14.3 (-I4.9)
HL5-10.7 (-11.3)
HL6-8.7 (-9.6)
HL7-6.9 (-7.5)
HL8-5.5 (-6.1)
HL9-3.7 (-4.3)
HL10-2.9 (-3.5)
HL11-1.8 (-2.4)
HL12-1 (-1.6)
HL13-0 (-0.6)
HL14+0.6 (0)
HL15+ 1.5 (+0.9)
HL16+3.9 (+3.3)

Налаживания измеритель не требует. Единственное, что возможно, придётся сделать, это подобрать конденсатор С1, определяющий частоту повторения импульсов тактового генератора. При этом следует помнить, что чрезмерное понижение частоты ведёт к заметному миганию светодиодов, а чрезмерное повышение её - к уменьшению яркости свечения светодиода HL1.

Димов В. Светодиодни нивоиндикатори. - Радио, телевизия, електроника, 1987. № 2. с. 28, 29.

BACKHOME