Микросхема К157ДА1 – двухканальный двухполупериодный выпрямитель среднего значения сигналов предназначен для управления приборами индикации средних уровней записываемого сигнала в стереофонических магнитофонах. Каждый канал ИС содержит буферный усилитель и преобразователь двухполярного сигнала в однополярный.
Функциональная схема ИС К157ДА1 и типовая схема ее включения приведены на рисунке ниже, здесь: 1 – буферные усилители, 2 – преобразователи двухполярного сигнала, 3 – стабилизатор режима. Выходные напряжения на нагрузке каждого канала микросхемы (конденсаторах фильтра С1, С2 и стрелочных измерительных приборах P1, P2) имеют положительную полярность. Уровни выходных напряжений соответствуют с высокой точностью средневыпрямленным значениям входных сигналов в диапазоне свыше 50 дБ, что позволяет использовать эту ИС в самых различных устройствах не только бытовой аппаратуры магнитной записи, но и в измерительной технике, в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное.
Типовая схема включения микросхемы К157ДА1
Величины резисторов R7, R8 и подстроечников R3, R6 зависят от чувствительности стрелочного индикатора. Емкость конденсаторов определяет постоянную времени устройства. Важная (и приятная) особенность микросхемы – из ее выходов (12 и 10) ток только вытекает, и не втекает. То есть, конденсатор заряжается довольно быстро выходным током, но не разряжается через микросхему. Это позволяет реализовать довольно точный пиковый детектор.
В общем, это очень неплохая и полезная микросхема, не имеющая аналогов зарубежом. Вот ее основные параметры:
Из таблицы видно, что микросхема довольно хорошо усиливает сигнал, поэтому для большинства стрелочных индикаторов чувствительность по входу составит около 20. 50 мВ. Если же нужно измерять уровень выходного сигнала усилителя мощности (большой амплитуды), то на вход микросхемы сигнал нужно подавать через делитель напряжения.
Еще одно большое достоинство микросхемы, это то, что из нее довольно просто получается логарифмический выпрямитель – такой, что его постоянное выходное напряжение (при двухполупериодном выпрямлении) пропорционально логарифму входного. Это полезно, когда требуется показывать широкий диапазон амплитуд сигналов. Например, если использовать индикатор в 100-ватном усилителе мощности, то стрелка будет заметно отклоняться при мощности несколько ватт, то есть довольно громком звуке. Если же использовать индикатор, то он покажет уровеньдаже очень тихого звука.
Для этого микросхема включается немного не по типовой схеме, но ее работе не нарушается и никаких вредных последствий не происходит. Рассмотрим подробнее как это все работает.
Каждый канал микросхемы содержит предварительный усилитель и преобразователь двуполярного сигнала в однополярный. Вот схема половинки (одного канала) 157ДА1:
Предварительные усилители являются операционными усилителями, причем корректирующие конденсаторы и резисторы цепи общей ООС, определяющие коэффициент передачи, сделаны на кристалле. Входные каскады усилителей обоих каналов выполнены по дифференциальной схеме на транзисторах VT1 и VT9. Вторые каскады – усилители напряжения – собраны на транзисторах VT11 и VT13. Усилители мощности — транзисторы VT17, VT18 – двухтактные, без начального смещения. Коллекторы каждого из транзисторов усилителя мощности подключены к токовым зеркалам на парах транзисторов VT21, VT23 и VT27, VT32. Нагрузкой каскада служит делитель R1, R5 в цепи отрицательной обратной связи.
Воздействие на входе усилителя сигналов отрицательной или положительной полярности приводит к появлению импульса тока в цепи коллектора р-п-р или п-р-п транзистора усилителя мощности (выходного для ОУ), которые затем подводятся в виде импульсов тока одной полярности к токовому зеркалу VT27, VT32 и в результате ток коллектора VT32 пропорционален модулю входного напряжения. Вывод 13 заземляют, и на R16 выходной ток превращается в напряжене по закону Ома. Которое и усиливается выходным повторителем VT36. VT30 компенсирует падение напряжения на базовом переходе выходного повторителя.
А логарифмический выход получается, если мы игнорируем повторитель VT36, а используем непосредственно ток коллектора VT32. Если его (ток) пропустить через маломощный диод, то в силу его (диода) ВАХ, напряжение будет = ln(Iк VT32 ) = К * ln (Uвх), где К – некоторый коэффициент.
Схема включения микросхемы К157ДА1 в качестве логарифмирующего двухполупериодного выпрямителя
- Максимальное выходное напряжение
0,5. 0,6 вольт. Если нужно больше – включаем последовательно несколько диодов. При двух диодах будет
1,0. 1,2 вольта, при трех
1,5. 1,8 вольт, и т.д.
Питание схемы однополярное – 9 вольт, и выполнено на простом стабилизаторе напряжения, сделанном на микросхеме 78L09 – он показан на схеме.
Подключается устройство к выходу усилителя мощности, хотя чувствительность его вполне достаточная и для снятия звука с линейного входа.
Настройка устройства выполняется переменными резисторами номиналом 30К и конденсаторами С7 и С8. Переменными резисторами отстраивается положение стрелки при максимальной мощности, а конденсаторами – время обратного хода стрелки.
Данный стрелочный индикатор собран на печатной плате, которая закреплена на корпусе индикаторных головок.
Индикаторные головки были взяты из старого советского магнитофона. Так-же сюда подойдут практически любые красивые стрелочники с током полного отклонения 50-200мкА. При желании, как это сейчас модно, можете сделать синюю или зелёную светодиодную подсветку шкалы. Автор статьи: М.Пелех
Индикаторы звуковых сигналов.
Автор – Юрий Зотов.
Опубликовано 08.04.2008.
Часть I. Стрелочные индикаторы.
Стрелочные индикаторы, с колеблющейся в такт музыки стрелкой, вполне современно смотрятся на передних панелях усилителей до сих пор. И если наличие таких индикаторов ранее было действительно необходимо, то сейчас острой нужды в них нет.
Однако, судя по подобным вопросам в сети, любители таких вещей ещё остались. Вот как раз для них и написана эта статья.
1. Стрелочный прибор.
Конструкция.
Конструкция таких приборов разнообразна, однако принципы действия их одинаковы. В пластиковом корпусе размещен магнит цилиндрической формы. По образующей цилиндра установлена магнитная рамка с подпружиненным подвесом и закрепленной стрелкой. С противоположной стрелке стороны устанавливают балансир. В большинстве случаев такой балансир представляет собою капельку припоя, и служит для компенсации центробежных сил стрелки. Поскольку прибор, по своей сути, является механической системой, то и основные характеристики определяются "механикой" измерительной головки.
Хотелось бы отметить ещё одну особенность конструкции стрелочных индикаторов: для возврата стрелки в исходное положение применяется пружина (а это не линейный элемент, зависящий от её жёсткости), в результате шкала измерения прибора так же будет не линейна. В современных измерительных головках применяют многооборотные пружины, с достаточно хорошей гибкостью и нелинейность измерения очень мала, но всё же, мне кажется, стоит об этом помнить.
На рисунке выше представлена измерительная головка модели М6850 как наиболее распространённая и доступная, на данный момент, многим начинающим радиолюбителям. Лично я все свои схемы отрабатывал именно на ней.
Принцип действия.
Всё просто – подал на катушку ток, создалось магнитное поле. Взаимодействие магнитного поля катушки с магнитным полем постоянного магнита, приводит к отклонению катушки (и стрелки) пропорционально протекаемому в ней току. Направление протекаемого тока в катушке определяет направление отклонения стрелки. Отсюда вывод: стрелочный индикатор работает только с постоянным (пульсирующим ) током. Подача переменного тока на индикатор заставит стрелку "дрожать" и не более того.
Ну, вроде бы, всё понятно: измеряем величину переменного напряжения в звуковом тракте. В практике измерений известны: максимальная величина (амплитудное значение) сигнала, средневыпрямленное значение, среднеквадратичное значение сигналов. Мы не будем лезть в глубь теорий, определимся только с тем, что в нашем случае, мы измеряем средневыпрямленное значение. А шкалы наших приборов откалиброваны в децибелах (реже в процентах) от установленного "эталонного" уровня сигнала ("0" dB). То есть, мы будем измерять не саму величину сигнала, а его отношение, к некоторой эталонной величине К=Uэталон./Uизмерен. , выраженной в децибелах. Для перевода измеренных значений в децибелы используют следующую формулу: А= 20 Lg Uэталон./Uизмерен .
Околовсякое. В переносных магнитофонах стрелочный индикатор применялся ещё и для измерения напряжения питающих элементов то есть являлся, по сути своей, примитивным вольтметром.
Из того, что я написал выше, следует логический вывод: чтобы индикатор работал так, как мы того ждём, необходимо преобразовать переменный ток в пропорциональный ему ток постоянный и подать его на измерительную головку. Первое, что приходит в голову, представлено на рисунке:
Как ни странно, но такой индикатор будет работать. После небольшого "ретуширования", он приобретает следующий вид:
И вполне может трудиться, скажем, при измерении выходной мощности какого – либо усилителя мощности. Ну а что, вообще можно сказать о подобной схеме? Работает она следующим способом: избыток сигнала до необходимого значения гасится резистивным делителем R1, R2. Диод преобразует переменный сигнал в постоянный (пульсирующий), путём среза "отрицательной" полуволны звукового сигнала. Полученный таким способом сигнал "сглаживается" на конденсаторе С1 и далее поступает на измерительную головку. Именно от этого конденсатора зависит время реакции и восстановления измерителя. До определённых, конечно, величин. Хороша схема или плоха? Вот её плюсы и минусы.
Плюсы:
1 – простота схемы.
2 – минимум деталей.
3 – не требует источника питания.
Ну вот вроде и всё.
Минусы:
1 – Низкая точность измерения, в силу установленного однополупериодного выпрямителя (VD1).
2 – Малое входное сопротивление, определяемое, в основном, резистором R1. Именно это и позволяет использовать её только с источниками сигнала обладающими низким выходным сопротивлением (как уже указывалось выше – с усилителями мощности).
3 – Малый диапазон измерения. При не больших значениях мощности, колебания стрелки будут практически не заметны.
Очевидно, что для большей универсальности измерителя требуется улучшение схемы. Опять же, первое, что напрашивается, это применение "буфера" с большим входным и малым выходным сопротивлением. Самым простым способом видится использование транзистора, как усилителя постоянного тока.
Вот одна из возможных схем:
Как видно, по сравнению с предыдущей схемой добавлен транзистор VT1, что несколько повысило чувствительность схемы. Однако остальные недостатки остались.
Возможен и другой вариант применения транзистора – в качестве эмиттерного повторителя:
В этом случае мы получаем буфер с высоким входным и низким выходным сопротивлением. Однако, поскольку Кпередачи эмиттерного повторителя не может быть больше единицы, мы не сможем получить от этой схемы повышения чувствительности. Остальные недостатки измерителя так же сохраняются.
Вот мы и подошли к схеме, сочетающей в себе усилительные свойства и низкое выходное сопротивление.
Эту схему (в различных интерпретациях) часто используют в аппаратуре с однополярным питанием. Мною она так же была повторена не однократно и доказала высокую повторяемость и стабильность работы. В ней устранено большинство недостатков, приведённых выше схем. Транзисторный усилитель на VT1, VT2 имеет высокое входное и низкое выходное сопротивление. Питаться схема может от источника с напряжением от 3 до 25 вольт (зависит от применяемых транзисторов). Не критична к номиналам пассивных элементов. Есть конечно и минусы – однополупериодный выпрямитель VD1, VD2 (обратите внимание, что здесь он реализован по схеме умножителя напряжения). Как следствие – некоторая неточность измерений. Однако простота и универсальность устройства с лихвой компенсируют этот недостаток.
В связи с доступностью интегральных операционных усилителей рассмотренную выше схему можно реализовать и на ОУ.
Как видно в этой схеме активным элементом выступает операционный усилитель. Кроме уменьшения количества пассивных деталей, данная схема практически идентична предыдущей схеме и содержит в себе те же преимущества и недостатки.
Поскольку речь зашла об использовании операционных усилителей в измерителях сигнала, хотелось бы рассмотреть ещё несколько схем их реализации.
Указанные варианты сохраняют преимущества схем описанных выше, но и измеряют уже две полуволны звукового сигнала, за счёт применения диодного моста. Схема, представленная на рисунке справа, к тому же, обеспечивает ЛИНЕЙНОЕ перемещение стрелки измерительной головки, поскольку последняя включена в цепь обратной связи операционного усилителя. Чувствительность индикаторов можно регулировать подбором сопротивления R3. Входное сопротивление индикаторов составляет около 47 кОм. Напряжение питания зависит от типов применяемых ОУ, а в качестве усилителя можно применять практически любые ОУ, с выходными токами более 5mA. Но я бы рекомендовал использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе (К140УД8, КР 544УД2 и т.д.). В таком случае, будет возможность повысить входное сопротивление узла простым увеличением номиналов резистивных делителей на входе (R1, R2).
И ещё небольшой нюансик. В приведённых выше схемах индикаторов на ОУ, возможны другие варианты подачи половины питающего напряжения на входы усилителей. При этом их характеристики, практически, не изменятся. Но этот вопрос уже из области схемотехники ОУ. Кроме того, указанные схемы можно питать и двуполярным напряжением питания с минимальными переделками.
На последок хотелось бы рассмотреть измеритель уровня сигнала на высококачественной специализированной микросхеме К157ДА1.
Не смотря на свою "долгую жизнь", на мой взгляд, она всё ещё заслуживает пристального внимания. Эта микросхема содержит в себе двухполупериодный выпрямитель среднего значения сигнала, буферный каскад и преобразователь двуполярного сигнала в однополярный. Основные электрические параметры:
Источник: