Site Loader

Содержание

Индикаторы звука стрелочные. Стрелочные приборы

В УМЗЧ смотрятся красиво и стильно, вот только где их найти… Выход есть — сделаем такой измеритель, в котором роль стрелки будут выполнять светоизлучающие диоды управляемые микросхемой. LM3916 — это специальная микросхема для LED индикаторов уровня.

Схема стрелочно-светодиодного индикатора

Светодиоды подключены через разъёмы J3 — J12 (показан на схеме только один ряд светодиодов). Схема индикатора потребует двухполярный источник питания для правильной работы. Положительный потенциал питания LED линейек должен быть ниже +25 В и в сочетании с напряжением отрицательного плеа не должен превышать 36 В. Минимальный уровень вольтажа зависит от рабочего напряжения светодиодов. Например, если светодиод на 1.9 В, а у нас 7 светодиодов на один контакт, то минимальное положительное напряжение будет 7 х 1.9 В + 1.5 В (падение напряжения на LM3916) = 14,8 вольт. Зеленые светодиоды, как правило, имеют чуть выше напряжение — 2. 2-2.4 В, так что +18 В будет достаточно в большинстве случаев.

Светодиодный ток определяется резистором R1_REF, и с сопротивлением 2,2 кОм будет 5 мА.

Формула для расчёта: Iled = 10 х (1.2 V / R1_REF)


В качестве двойного операционного усилителя на входе можете ставить — TL072, TL082, LM358. Выходной режим может быть установлен 3-х контактной перемычкой JP1. Максимальное входное напряжение для LM3916 имеет значение 1,2 В, и с помощью R8-R7 можно регулировать уровень входного сигнала.

Видео работы индикатора

Цвет светодиодов на ваш выбор. Тут использованы зеленые светодиоды для отрицательных уровней, желтый — 0dB и красный для положительного уровня звукового сигнала. Для этого нужны прямоугольные светодиоды. Архив с рисунками печатных плат можно .

Стрелочные индикаторы выходного сигнала в настоящее время пользуются большой популярностью, особенно для использования их в модернизации раритетной аппаратуры.

Многие радиолюбители прекрасно помнят советский усилитель мощности Radiotehnika У-101 Рижского одноименного завода. В начале 80-х завод приступил к выпуску новой модели, международного стандарта (габаритные) музыкального комплекса «Radiotehnika K-101 stereo». В целом это комбайн был очень даже неплохим комплексом. Но вот усилитель, вернее встроенный в нем индикатор выходной мощности толи был несовершенным или присутствовали ошибки в конструкции.

Тем не менее, когда аппарат был новый то никаких нареканий не вызывал, но со временем он начинал доставлять некоторые неудобства своим не четким и тусклым свечением шкалы или вообще в схеме управления выходил из строя какой-либо элемент. С недавнего времени я тоже стал обладателем такого усилителя. Конечно у меня не было желания восстанавливать штатный индикатор, а изначально я уже предполагал установить в аппарат стрелочные. Тем более у меня в запасе было несколько штук таких, да и на рынках радиотоваров их найти по моему не сложно. Но как бы там ни было я приступил к реставрации и частичной модернизации с целью установить

стрелочные индикаторы выходного сигнала Radiotehnika У-101 на К157ДА1. p>

Вначале взял трех миллиметровый пластик и вырезал из него 3 заготовки прямоугольной формы, а затем при помощи дихлорэтана склеил индикаторы друг с другом. Пластиковые полоски следует подогнать так, чтобы они по ширине были одинаковы с индикаторами и не выступали за периметр. Здесь на фото показана конструкция с натуральным размером окошка в передней панели усилителя мощности.

В стекле от штатного индикатора сделал окошки и одел на новые стрелочные индикаторы. Стекло желательно обработать маленьким мелким напильником или надфелем, чтобы плотно село на свое место. Далее склеил все это опять же дихлорэтаном. Конечно всю эту операцию нужно проделывать очень аккуратно, так как это фронтальная панель и должна смотреться соответственно.

Здесь наступает ответственный этап.
Сверху индикаторов, относительно окошка в стекле, имеется небольшой зазор. Так вот пусть он так и остается, туда удобно будет поместить SMD-светодиоды для подсветки.

Теперь нужно припаять провода к светодиодам и посадить их в то зазор, который между индикатором и стеклом на небольшое количество супер-клея.

Вырезал еще из пластика полосу и прикрепил ее к боковым стенкам. После того как она будет еще посажена на клей, то конструкция обретет еще большую жесткость и будет являться основой для установки на нее управляющей платы.

На этом фото стандартное место установки индикатора. Там же виден красный коннектор с проводами он предназначен для подачи питания на плату управления. Он конечно будет нужен в дальнейшем.

На этом этапе необходимо собранный модуль примерить, как он становиться. Дело в том, что эта конструкция никакими винтами не крепится, а просто прижимается передней панелью к шасси усилителя мощности . Поэтому нужно обеспечить максимально плотную посадку. Под провода идущих от светодиодов следует круглым надфилем сделать небольшой пропил в шасси.

Принципиальная схема и печатная плата модуля управления


Показометры Индикатор выходной мощности — вещь красивая и полезная одновременно. В современных автомобильных усилителях их используют все чаще и чаще, даже в бюджетных моделях.
Вот только посмотреть на эту красу удается не всегда — стоит она обычно в багажнике, поэтому польза от нее, мягко говоря, сомнительная. Совсем другое дело, если индикатор стоит на панели приборов. Однако пока такой прибор в «отдельном» исполнении есть только один — McIntosh. Габариты у него 1 DIN, цена — как бы это помягче… В общем, самое время сделать это чудо своими руками, имея кроме паяльника только мультиметр.

Все индикаторы мощности подключаются к выходу усилителя. Можно использовать как отдельные индикаторы для каждого канала, так и общий индикатор суммарной мощности двух и более каналов. Такая индикация нагляднее и удобнее, чем раздельная по каналам. А если каналов пять или шесть, то сколько же глаз нужно? Во всяком случае, больше двух индикаторов устанавливать не стоит. В шестиканальном усилителе McIntosh всего два — один показывает мощность каналов с первого по четвертый, второй — пятого и шестого, более мощных.

Приводимые далее схемы предельно упрощены. Оборотная сторона этой простоты — необходимость подбора элементов при настройке. Это вполне оправдано при «штучном» изготовлении, но к серийному производству эти схемы малопригодны.

Стрелочные индикаторы Стрелочные индикаторы наиболее просты. Для их изготовления требуется минимум деталей и квалификации, особенно, если использовать «фирменный» измерительный прибор с красивой шкалой. Впрочем, в наше время изготовление самодельной шкалы трудности не представляет — ее можно напечатать на принтере и наклеить поверх старой. В качестве основы проще всего использовать стрелочные индикаторы от магнитофонов старых типов или малогабаритные щитовые измерительные приборы магнитоэлектрической системы с током полного отклонения 0,25…1 мА. Приборы электромагнитной системы (например, автомобильные вольтметры) и миллиамперметры с током полного отклонения более 5 мА для наших целей непригодны.

Поскольку простые схемы стрелочных индикаторов не требуют питания, их можно подключить к выходам усилителя по схеме «mixed mono», что позволяет несколько сократить число деталей (рис. 1).


На рис. 2 приведена схема простейшего индикатора. При необходимости число каналов можно увеличить, добавив резисторы и диоды, как показано пунктиром. При использовании индикатора совместно с усилителем магнитолы последовательно с резисторами R1,R2 нужно включить электролитические конденсаторы емкостью 47…100 мкФ («плюсом» к магнитоле). Можно также использовать «mixed mono» (см. рис.1), при этом конденсаторы не требуются, а цепочку R2VD2 можно исключить.

Сопротивление резистора, включенного последовательно с прибором зависит от тока полного отклонения. Примерное значение сопротивления можно найти по приведенной на рисунке формуле. Точное значение следует скорректировать при настройке по необходимому отклонению стрелки при заданной мощности. Остальные детали можно использовать любых типов. Сглаживающий электролитический конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение не ниже 25 вольт при измерении мощности до 15 Вт и не ниже 50 вольт — при большей мощности.

Запас по напряжению нужен потому, что конденсатор используется в цепи переменного тока. Подбирая его емкость в пределах 1…100 мкФ, можно регулировать время обратного хода стрелки на любой вкус.

Недостаток схемы — малый динамический диапазон, не превышающий 10 дБ. Для магнитолы этого хватит, но при работе с усилителем большой мощности стрелка будет отклоняться лишь на пиках сигнала. В этом случае лучше применить схему, показанную на рис.3.

Ее основное отличие — расширитель динамического диапазона на диоде VD1 и светодиоде HL1. Как только выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 достигает значения 0,7 В, диод открывается и дальнейший рост напряжения замедляется резистором R3. Подбирая его сопротивление в пределах 100 Ом…10 кОм, можно регулировать «ход» шкалы в средней части. Следующее ограничение наступает в момент зажигания светодиода и дальнейший рост напряжения практически прекращается. Светодиод при этом можно использовать как индикатор перегрузки. Сопротивление резисторов на входе определяется максимальной мощностью усилителя и током примененного светодиода. Расчетная формула приведена на рисунке, точное значение сопротивления следует скорректировать по моменту зажигания светодиода при максимальной мощности.

Сопротивление резистора, включенного последовательно с прибором можно найти по второй формуле. Точное значение следует скорректировать при настройке по необходимому отклонению стрелки в момент зажигания светодиода. Напряжение на красном светодиоде составляет примерно 1,6 В, на более ярком желто-оранжевом — примерно 2,5 В. Остальные детали можно использовать любых типов. Сглаживающий электролитический конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение 6,3…10 В, поскольку напряжение на нем ограничено светодиодом. Подключается индикатор так же, как и предыдущий.
Динамический диапазон такого индикатора можно легко довести до 20 дБ, для дальнейшего расширения динамического диапазона уже требуется специальная схема управления с логарифмическим усилителем, а такая схема уже выходит за рамки простейших.

Светодиодные индиаторы Конструкция светодиодных индикаторов несколько сложнее. Конечно, при использовании специальной микросхемы управления ее можно упростить до предела, но тут притаилась маленькая неприятность. Большинство таких микросхем развивает на выходе ток не более 10 мА и яркость светодиодов в условиях автомобиля может оказаться недостаточной. Кроме того, наиболее распространены микросхемы с выходами на 5 светодиодов, а это только «программа-минимум». Поэтому для наших условий схема на дискретных элементах предпочтительней, ее можно расширять без особых усилий.

Простейший индикатор на светодиодах (рис.4) не содержит активных элементов и в питании поэтому не нуждается. Подключение — к магнитоле по схеме «mixed mono» или с разделительным конденсатором, к усилителю — «mixed mono» или напрямую.



Рис. 4
Схема предельно проста и не требует налаживания. Единственная процедура — подбор резистора R7. На схеме указан номинал для работы со встроенными усилителями головного устройства. При работе с усилителем мощностью 40…50 Вт сопротивление этого резистора должно быть 270.

..470 Ом. Диоды VD1…VD7 — любые кремниевые с прямым падением напряжения 0,7…1 В и допустимым током не менее 300 мА.
Светодиоды любые, но одного типа и цвета свечения с рабочим током 10…15 мА. Поскольку светодиоды «питаются» от выходного каскада усилителя, их количество и рабочий ток увеличить в этой схеме нельзя. Поэтому придется выбрать «яркие» светодиоды или найти для индикатора такое место, где он будет защищен от прямого освещения. Еще один недостаток простейшей конструкции — малый динамический диапазон.

Для улучшения работы необходим индикатор со схемой управления. Помимо большей свободы в выборе светодиодов можно простыми средствами сформировать шкалу любого типа — от линейной до логарифмической, или «растянуть» только один участок. Схема индикатора с логарифмической шкалой приведена на рис. 5. Пунктиром показаны необязательные элементы.



Рис. 5
Светодиоды в этой схеме управляются ключами на транзисторах VT1…VT5. Пороги срабатывания ключей задают диоды VD3. ..VD9. Подбирая их количество, можно изменять динамический диапазон и тип шкалы. Общую чувствительность индикатора определяют резисторы на входе. На рисунке приведены примерные пороги срабатывания для двух вариантов схемы — с одиночными и «сдвоенными» диодами. В основном варианте диапазон измерения — до 30 Вт на нагрузке 4 Ом, с одиночными диодами — до 18 Вт.
Светодиод HL1 светится постоянно, он обозначает начало шкалы, HL6 — индикатор перегрузки. Конденсатор C4 задерживает на 0,3…0,5 сек погасание светодиода, что позволяет заметить даже кратковременную перегрузку. Накопительный конденсатор C3 определяет время обратного хода. Оно, кстати, зависит от количества светящихся светодиодов — «столбик» от максимума начинает спадать быстро, а потом «притормаживает». Конденсаторы C1,C2 на входе устройства нужны только при работе со встроенным усилителем магнитолы. При работе с «нормальным» усилителем их исключают. Количество сигналов на входе можно увеличить, добавив цепочки из резистора и диода. Количество ячеек индикации можно увеличить простым «клонированием», главное ограничение — «пороговых» диодов должно быть не больше 10 и между базами соседних транзисторов должен быть хотя бы один диод.
Светодиоды можно использовать любые в зависимости от требований — от одиночных светодиодов до светодиодных сборок и панелей повышенной яркости. Поэтому на схеме приведены номиналы токоограничивающих резисторов для разных рабочих токов. К остальным деталям никаких специальных требований не предъявляется, транзисторы можно использовать практически любые структуры n-p-n с мощностью рассеяния на коллекторе не менее 150 мВт и двукратным запасом по току коллектора. Коэффициент передачи тока базы этих транзисторов должен быть не менее 50, а лучше — больше 100.

Эту схему можно несколько упростить, при этом в качестве побочного эффекта появляются новые свойства, весьма полезные для наших целей (рис.6).


Рис. 6
В отличие от предыдущей схемы, где транзисторные ячейки были включены параллельно, здесь использовано последовательное включение «столбиком». Пороговыми элементами являются сами транзисторы и открываются они по очереди — «снизу вверх». Но в данном случае порог срабатывания зависит от напряжения питания. На рисунке показаны примерные пороги срабатывания индикатора при напряжении питания 11 В (левая граница прямоугольников) и 15 В (правая граница). Видно, что с ростом напряжения питания больше всего смещается граница индикации максимальной мощности. В случае использования усилителя, мощность которого зависит от напряжения аккумулятора (а таких немало), подобная «автокалибровка» может принести пользу.
Однако плата за это — возросшая нагрузка на транзисторы. Через нижний по схеме транзистор протекает ток всех светодиодов, поэтому при использовании индикаторов с током более 10 мА транзисторы тоже потребуются соответствующей мощности. «Клонирование» ячеек еще более увеличивает неравномерность шкалы. Поэтому 6-7 ячеек — это предел. Назначение остальных элементов и требования к ним — те же, что и в предыдущей схеме.

Слегка модернизировав эту схему, получим другие свойства (рис. 7). В этой схеме в отличие от ранее рассмотренных, нет светящейся «линейки». В каждый момент времени светится только один светодиод, имитируя движение стрелки по шкале. Поэтому потребление энергии минимально и в этой схеме можно применить маломощные транзисторы. В остальном схема не отличается от рассмотренных ранее.
Пороговые диоды VD1…VD6 предназначены для надежного отключения неработающих светодиодов, поэтому если будет наблюдаться слабая засветка лишних сегментов, необходимо использовать диоды с большим прямым напряжением или включить последовательно по два диода. «Клонирование» ячеек уменьшает яркость свечения верхних по схеме сегментов, для устранения этого вместо резистора R9 нужно вводить генератор тока. А мы договорились — не усложнять. Поэтому в данном случае 8 ячеек — это максимум.


Рис. 7
Питание Индикаторы, потребляющие ток менее 150…200 мА вполне можно питать от выхода Remote головного устройства. Напряжение там на 0,5…1 В меньше, чем в бортовой сети, но это на работе устройства никак не скажется. Если же потребляемый индикатором ток больше, придется использовать маломощное реле (РЭС-55, РЭС-10) или собрать электронное реле по схеме рис.8.


И уж коли речь зашла о питании, неплохо бы снабдить аудиосистему собственным вольтметром. Даже если он есть в штатном оборудовании автомобиля, при выключенном зажигании он не работает. К тому же напряжение он измеряет в какой-то неведомой точке. В отечественных автомобилях на его показаниях сказывается решительно все — от включенных «поворотников» до мигающей лампочки ручного тормоза. Для наших же целей лучше измерять напряжение на клеммах аккумулятора или на буферном конденсаторе — где будет удобнее.

Простой стрелочный вольтметр не подходит — у него линейная шкала, а все, что ниже 10-11 вольт нам неинтересно. Порядочное головное устройство блокируется или «зависает», если напряжение в бортовой сети опускается до этих пределов. Поэтому шкалу надо растянуть, чтобы она напоминала шкалу обычного автомобильного вольтметра на щитке приборов. Кстати, «обычный автомобильный» для этой цели использовать можно, но не стоит. Он потребляет от бортовой сети достаточно приличный ток (несколько десятков миллиампер), почему и включен через замок зажигания. А нам нужен вольтметр, работающий постоянно или хотя бы независимо от зажигания. Схема такого вольтметра приведена на рис. 9.


Стабилитрон с напряжением стабилизации около 10,5…11 В обеспечивает «растяжку» шкалы, резистором вольтметр калибруется на максимальное отклонение при максимальном напряжении в бортовой сети (14,5-16 В). Шкалу придется строить по точкам, используя регулируемый источник питания и эталонный вольтметр. Если точные значения не требуются, можно ограничится только определением границ «зеленого» и «красного» сектора. Потребляемый ток определяется током отклонения индикатора (меньше миллиампера), поэтому вольтметр можно и нужно сделать неотключаемым — часы потребляют намного больше.

Для светодиодного индикатора мощности больше подойдет следующая схема (рис. 10).
Принцип ее действия тот же, что и у предыдущей. Пока напряжение в бортовой сети в норме, транзистор открыт и шунтирует светодиод. Как только напряжение снизится до напряжения стабилизации стабилитрона, транзистор закроется и светодиод вспыхнет, сигнализируя о проблеме. Для лучшей заметности можно использовать «мигающий» светодиод со встроенной схемой управления. Порог срабатывания определяется стабилитроном, поэтому для точной настройки его придется подбирать. В отличие от предыдущей эта схема потребляет больший ток, определяемый резистором R2. Хотя он и невелик (порядка 10 мА), лучше питать ее от выхода Remote, учитывая потери напряжения на нем.

Конструкция При отладке конструкций можно использовать подстроечные резисторы, но в готовую схему их переносить не стоит — надежность может пострадать, особенно при использовании малогабаритных потенциометров открытого типа. Лучше измерить установленное сопротивление цифровым прибором и впаять постоянный резистор нужного номинала.
Стрелочные индикаторы содержат минимум деталей, поэтому их можно собрать навесным монтажом, приклеив детали к корпусу измерительного прибора. Шкалу можно отпечатать на цветном принтере (в доисторические времена приходилось чертить ее тушью и раскрашивать).
Светодиодные шкалы и табло удобны в работе, но позволяют получить только «линейку» или «столбик». Если же нужна шкала ломаной или криволинейной формы, ее придется выполнять из одиночных светодиодов. Их нужно вклеить в переднюю (несущую) панель индикатора, закрыть сверху отпечатанной шкалой с отверстиями, а поверх нее — тонким оргстеклом. Для фиксации светодиодов можно использовать плотную посадку или клей.
Для светодиодных индикаторов лучше использовать монтаж на плате — деталей немало. Делать полноценную печатную плату ради единственной конструкции имеет смысл только при наличии опыта, поэтому проще воспользоваться для монтажа деталей макетной платой промышленного изготовления. На ней размещают детали, а соединения делают тонким монтажным проводом. В крайнем случае можно разместить детали на листе тонкого текстолита или картона, попустить выводы на обратную сторону и соединить их по схеме, используя как сами выводы, так и монтажный провод. Монтажную плату можно объединить в одно целое с панелью светодиодов. Готовую схему после настройки следует промыть от остатков флюса спиртобензиновой смесью (берегите пластиковые детали индикатора!) и покрыть лаком для защиты от окисления. При желании можно даже залить все в «кубик» из эпоксидной смолы…

Ну и напоследок. Индикатор — не измеритель мощности, а только указатель. Поэтому к его показаниям нужно относиться с осторожностью, хотя шкалу можно откалибровать.

Опубликовано в журнале «Мастер 12вольт» № 32 (апрель 2001) Предлагаю для повторения принципиальную схему стрелочного индикатора звука. Схема выполнена на советской микросхеме К157ДА1. Устройство сделано для двухканального усилителя мощности.

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


Вспоминается беззаботное детство — в гостях у одноклассника слушаем музыку. Усилитель «Радиотехника-001-стерео», индикаторы мягко колышутся в такт музыке. .. Тогда это был предел мечтаний. И кощунством показалось, когда отец одноклассника (мужик увлекался радиолюбительством) заменил штатные стрелочные индикаторы на люминесцентный гадко-зеленого цвета. И усилитель потерял часть шарма, и слушать больше не хотелось…

Хочу стрелочный!

И прошло много лет. И вот я неспешно (иногда кажется, что слишком неспешно) собираю усилитель на лампах. И всем давно уже понятно, что индикатор уровня на усилителе — плюшка. Тем более сейчас, когда каналы в источнике практически никогда не отличаются по уровню, и понятие «регулятор стереобаланса» кануло в лету. И тем не менее — хочу стрелочный «показометр» на переднюю панель, и все тут! Аскетичного дизайна, с желтой подсветкой.
Так как индикатор-показометр не является важной частью усилителя (на скорость и стабильность не влияет), то его постройка-настройка велась уже на звучащем агрегате. Сама головка индикатора была выбрана и приобретена давно:


Удалось найти сдвоенную, с желтоватой панелью. Подсветка от производителя была сделана коаксиальной лампой накаливания на 12 Вольт. Которая была успешно заменена на 4 желтых светодиода. Но это случилось позже.
А пока что пришлось задуматься, как же микроамперметры подключать к выходу усилителя? А подключать надо через специальный логарифмический усилитель, т. к. динамический диапазон звука намного больше, чем диапазон работы микроамперметра. Теоретически это все знают, кто сталкивался с самодельными стрелочными индикаторами.

Преданье старины глубокой… К157ДА1

В СССР была выпущена специальная микросхема для этого — К157ДА1 . Микросхема не имеет аналогов за рубежом. Схема подключения проста, хоть по даташиту и необходимо двуполярное питание (неудобно). Но микросхема успешно работает и от однополярного питания. Мало того, применение транзисторов вместо диодов в схеме позволяет расширить диапазон показываемых значений аж до 40 Дб:


Различных вариаций этой схемы в сети пруд пруди. Ну что сказать… Не пошла она у меня.


Первый экземпляр благополучно сгорел от неправильно поданного питания. В течение месяца мне достали еще две штучки, но было уже поздно, я переключился на другую схему (на LM324), любезно предоставленную мне AlexD . Ради интереса потом я все же включил плату с ДА1. Не понравилось, плавности движения не наблюдалось. Модификация схемы производилась в тесном сотрудничестве с Алексеем, за что еще раз «данке шон»!

Нумеро дуэ — LM324


Потом был упомянутый вариант на LM324. Но оно у меня так и не заработало как хочется. Болтание стрелок, его надо подбирать глубиной ОС. Да и по сути питание надо двуполярное, может все из-за неверно организованной средней точки. Нет, лень родилась раньше меня. А совместно с ленью мы родили вот что:

Век XXI, Attyny13


Просто и со вкусом: выпрямляем и сглаживаем сигнал, затем подаем его на АЦП микроконтроллера. Обрабатываем программно и при помощи встроенного ШИМ выдаем на нагрузку (резистор). Обработка включает в себя практически только натуральное логарифмирование (Attyny13 прям как создана для таких вот простеньких задач, ну и чтобы прошивку можно было испечь на скорую руку).

И тут начинается для меня самое интересное. Функция натурального логарифмирования есть в библиотеке математических функций для контроллеров Atmel и находится в файле math.h. Но только не лезет он в этот контроллер — памяти маловато. Решить задачу в лоб не удается, начинаем его морщить (лоб). Применение более мощного контроллера не рассматривалась — не интересно. Тут и памяти вроде хватает, и удобен, и недорого, и габариты не большие. Первое, что пришло в голову: заменить эту функцию похожей, но попроще. А форму ей придать поиграв коэффициентами. Вспоминаем график обратной функции. Не «да ну его!», а вспоминаем! Если нижний правый квадрат сместить вверх относительно оси X, и немного потягать туда-сюда коэффициентами, то вполне можно подогнать под нужную форму. Вот она, формула, заменяющая логарифм: Y=-8196/(X+28)+284. Представляете ужас контроллера, обреченного просчитывать эти значения тысячи раз в секунду по прихоти хозяина, пожелавшего вспомнить «детство золотое»?

Но неприятные эмоции были гарантированы и хозяину контроллера. Для обработки результатов мало было коротких целочисленных значений, а вход и выход должны быть именно такими. Для меня перевод форматов представления данных в контроллерах одного в другой всегда был труден. Морщины на лбу умножились.

Родился второй вариант — просчитать все заранее, и контроллеру просто останется выбирать из массива данные, которые соответствуют входным значениям и выбрасывать их на выход. Готовим значения, задаем массив — ошибка компиляции. Размерность массива слишком велика для этого контроллера. А делать несколько массивов и лазить в них в зависимости от входного значения АЦП не кошерно. Роились мысли про бином Ньютона, но были отвергнуты по причине неконструктивности.

Тут в памяти всплыла фраза лектора по высшей математике из ВУЗа: «С помощью кубической сплайн-аппроксимации можно описать любую функцию» Ну кубическая нам и не нужна, а линейный сплайн вполне пойдет! Таким образом, я немного поупражнялся в OO Calc, и написал систему уравнений, достаточно точно повторяющих график логарифмической функции с помощью отрезков прямых:
if (n>=141) x=2*n+2020; else if (n>=66) x=5*n+1600; else if (n>=38) x=9*n+1330; else if (n>=21) x=15*n+1110; else if (n>=5) x=40*n+600; else if (n>0) x=160*n+50; if (n==0) x=0;
Все намеренно умножено на 10, чтобы отбрасываемые «хвостики» были поменьше. Я потом его делю в программе перед выводом на индикаторы.
А вот графики:

Уверен, многим из вас такое решение придет в голову сразу и покажется очевидным. Тем не менее, я уверен, что кому-то это внове и в последствии пригодится. По крайней мере, как инструмент в своем арсенале иметь лишним не будет.

Видео

Итоги и примечания по схеме

Индикатор-показометр прекрасно заработал с первого включения. Были залиты несколько прошивок. Наиболее простая оказалась самой удачной.
По схеме: конденсаторы С1 и С2 в процессе настройки были заменены на 10,0 мкф — они обеспечивают плавность. Подстроечные резисторы на входе уменьшают максимальный сигнал до 5 Вольт. Теоретически надо бы поставить стабилитрон с резистором, но лень… Ну вы уже знаете, кто из нас родился раньше:laughing: Я нагрузил усилитель максимальным с моей точки зрения сигналом (так, что эквиваленты на выходе накалились), и вывел резисторы на 5 Вольт. Мне достаточно. Затем подал на вход 1 кГц с генератора и синхронизировал каналы, чуть уменьшив показания одного из микроамперметров. R4 и R5 зависят от полного тока отклонения микроамперметров, на схеме указаны для 50 мкА, у меня такие.

Схему можно тюнинговать. У Тиньки остались свободными 2 ноги. Никто не мешает прилепить туда светодиоды для индикации перегруза, когда-то модно было. Не мое — не люблю, когда что-то на усилителе моргает, потому и не делал. Реализация элементарна: по определенному уровню зажигаем светодиод и держим зажженным N милисекунд. Уровень и N подбираются по вкусу, как соль и перец. Не забудьте только, что одна из свободных ножек — Reset. А значит эксперименты делайте на одном канале, ибо если поставить соответствующий фьюз при прошивке, Reset станет просто портом, и перешить контроллер после этого не удастся.

Файлы

И файлики: проект в CVAVR, прошивка, схема в Сплане.
Печатку не привожу, она без надобности: вероятность того, что у кого-то будет такой микроамперметр и надо будет приделать к нему контроллер стремится к нулю. Да и глядя на схему, вы представляете, какая там простая плата
▼ 🕗 24/09/12 ⚖️ 55,23 Kb ⇣ 431 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!

Стрелочный индикатор уровня сигнала. Стрелочные индикаторы. Индикаторы выходной мощности усилителя

Стрелочные индикаторы выходного сигнала в настоящее время пользуются большой популярностью, особенно для использования их в модернизации раритетной аппаратуры. Многие радиолюбители прекрасно помнят советский усилитель мощности Radiotehnika У-101 Рижского одноименного завода. В начале 80-х завод приступил к выпуску новой модели, международного стандарта (габаритные) музыкального комплекса «Radiotehnika K-101 stereo». В целом это комбайн был очень даже неплохим комплексом. Но вот усилитель, вернее встроенный в нем индикатор выходной мощности толи был несовершенным или присутствовали ошибки в конструкции.

Тем не менее, когда аппарат был новый то никаких нареканий не вызывал, но со временем он начинал доставлять некоторые неудобства своим не четким и тусклым свечением шкалы или вообще в схеме управления выходил из строя какой-либо элемент. С недавнего времени я тоже стал обладателем такого усилителя. Конечно у меня не было желания восстанавливать штатный индикатор, а изначально я уже предполагал установить в аппарат стрелочные. Тем более у меня в запасе было несколько штук таких, да и на рынках радиотоваров их найти по моему не сложно. Но как бы там ни было я приступил к реставрации и частичной модернизации с целью установить стрелочные индикаторы выходного сигнала Radiotehnika У-101 на К157ДА1. p>

Вначале взял трех миллиметровый пластик и вырезал из него 3 заготовки прямоугольной формы, а затем при помощи дихлорэтана склеил индикаторы друг с другом. Пластиковые полоски следует подогнать так, чтобы они по ширине были одинаковы с индикаторами и не выступали за периметр. Здесь на фото показана конструкция с натуральным размером окошка в передней панели усилителя мощности.

В стекле от штатного индикатора сделал окошки и одел на новые стрелочные индикаторы. Стекло желательно обработать маленьким мелким напильником или надфелем, чтобы плотно село на свое место. Далее склеил все это опять же дихлорэтаном. Конечно всю эту операцию нужно проделывать очень аккуратно, так как это фронтальная панель и должна смотреться соответственно.

Здесь наступает ответственный этап.
Сверху индикаторов, относительно окошка в стекле, имеется небольшой зазор. Так вот пусть он так и остается, туда удобно будет поместить SMD-светодиоды для подсветки.

Теперь нужно припаять провода к светодиодам и посадить их в то зазор, который между индикатором и стеклом на небольшое количество супер-клея.

Вырезал еще из пластика полосу и прикрепил ее к боковым стенкам. После того как она будет еще посажена на клей, то конструкция обретет еще большую жесткость и будет являться основой для установки на нее управляющей платы.

На этом фото стандартное место установки индикатора. Там же виден красный коннектор с проводами он предназначен для подачи питания на плату управления. Он конечно будет нужен в дальнейшем.

На этом этапе необходимо собранный модуль примерить, как он становиться. Дело в том, что эта конструкция никакими винтами не крепится, а просто прижимается передней панелью к шасси усилителя мощности . Поэтому нужно обеспечить максимально плотную посадку. Под провода идущих от светодиодов следует круглым надфилем сделать небольшой пропил в шасси.

Принципиальная схема и печатная плата модуля управления

Изготовляя свой усилитель мною было твердо решено сделать по 8-10 ячеечному светодиодному индикатору выходной мощности на каждый канал(4 канала). Схем подобных индикаторов полным-полно, нужно только выбрать под свои параметры. На данный момент выбор чипов, на которых можно собрать индикатор выходной мощности УНЧ, очень большой, ну вот например: КА2283, LB1412, LM3915 и т.п. Что может быть проще чем купить такой чип и собрать схему индикатора) Я в свое время пошел немножко другим путем…

Предисловие

На изготовление индикаторов выходной мощности для своего УНЧ я выбрал схему на транзисторах. Вы спросите: а почему не на микросхемах? — постараюсь объяснить плюсы и минусы.

Из плюсов можно отметить то, что собирая на транзисторах можно максимально гибко отладить схему индикатора под нужные вам параметры, выставить нужный диапазон индикации и плавность реакции как вам нравится, количество ячеек индикации — да хоть сотня, лишь бы терпения хватило на их регулировку.

Также ожно использовать любое питающее напряжение(в пределах разумного), спалить такую схему очень сложно, в случае неисправности одной ячейки можно быстро все исправить. Из минусов хочу отметить то что на наладку данной схемы по своим вкусам придется потратить немало времени. Делать на микросхеме или транзисторах — решать вам, исходя из ваших возможностей и потребностей.

Индикаторы выходной мощности собираем на самых распространенных и дешевых транзисторах КТ315. Думаю, каждый радиолюбитель хоть раз в своей жизни сталкивался с этими миниатюрными цветными радиокомпонентами, у многих они валяются пачками по несколько сотен и без дела.

Рис. 1. Транзисторы КТ315, КТ361

Шкала моего УНЧ будет логарифмическая, исходя из того что максимальная выходная мощность будет порядка 100Ватт. Если сделать линейную то при 5 Ваттах ничего не будет даже светиться или же придется делать шкалу на 100 ячеек. Для мощных УНЧ нужно чтобы между мощностью на выходе усилителя и количеством светящихся ячеек была логарифмическая зависимость.

Принципиальная схема

Схема до безобразия проста и состоит из одинаковых ячеек, каждая из которых настроена на индикацию нужного уровня напряжения на выходе УНЧ. Вот схема на 5 ячеек индикации:

Рис. 2. Схема индикатора выходной мощности УНЧ на транзисторах КТ315 и светодиодах

Выше приведена схема на 5 ячеек индикации, клонировав ячейки можно получить схему на 10 ячеек, как раз такую я и собирал для своего УНЧ:

Рис. 3. Схема индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Номиналы деталей в данной схеме рассчитаны под напряжение питания порядка 12 Вольт, не считая резисторов Rx — которые нужно подбирать.

Расскажу о том как работает схема, все очень просто: сигнал с выхода усилителя НЧ идет на резистор Rвх после чего диодом D6 срезаем полуволну и потом постоянное напряжение подаем на вход каждой ячейки. Ячейка индикации представляет собой пороговое ключевое устройство которое зажигает светодиод при достижении некоторого уровня на входе.

Конденсатор С1 нужен для того чтобы при очень большой амплитуде сигнала сохранялась плавность выключения ячеек, а конденсатор С2 реализовывает задержку свечения последнего светодиода на некую долю секунды, чтобы показать что достигнут максимальный уровень сигнала — пик. Первый светодиод обозначает начало шкалы и поэтому светится постоянно.

Детали и монтаж

Теперь о радиодеталях: конденсаторы С1 и С2 подберете по своему вкусу, я взял каждый по 22МкФ на 63В(на меньший вольтаж не советую брать для УНЧ с выходом в 100Ватт), резисторы все МЛТ-0.25 или 0.125. Транзисторы все — КТ315, желательно с буквой Б. Светодиоды — любые которые сможете достать.

Рис. 4.Печатная плата индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Рис. 5. Расположение компонентов на печатной плате индикатора выходной мощности УНЧ

Все компоненты на печатной плате не обозначал поскольку ячейки идентичны и вы без особых усилий сами разберетесь что и куда впаивать.

В результате моих трудов получились четыре миниатюрных платки:

Рис. 6. Готовые 4 канала индикации для УНЧ мощностью 100 Ватт на канал.

Настройка

Сначала настроим яркость свечения светодиодов. Определяем какое нам надо сопротивление резисторов чтобы добиться нужной яркости светодиодов. Подключаем последовательно к светодиоду переменный резистор на 1-6кОм и подаем на эту цепочку питания с таким напряжением, от которого будет питаться вся схема, у меня — 12В.

Крутим переменник и добиваемся уверенного и красивого свечения. Отключаем все и замеряем тестером сопротивление переменника, вот вам и номиналы для R19, R2, R4, R6, R8… Этот способ является экспериментальным, можно также посмотреть в справочнике максимальный прямой ток светодиода и посчитать сопротивление за законом Ома.

Самый длительный и ответственный этап настройки — настройка порогов индикации для каждой ячейки! Будем настраивать каждую ячейку подбирая для нее сопротивление Rx. Поскольку у меня будет 4 таких схемы по 10 ячеек то сначала отладим данную схему для одного канала, а другие на основе ее настроить будет очень просто, используя последнюю как эталон.

Ставим вместо Rx в первой ячейке переменный резистор на 68-33к и подключаем конструкцию к усилителю(лучше к какому-нибудь стационарному, заводскому где есть своя шкала), подаем напряжение на схему и включаем музыку так чтоб было слышно, но на маленькую громкость. Переменным резистором добиваемся красивого подмигивания светодиода, после этого отключаем питание схемы и измеряем сопротивление переменника, впаиваем вместо него постоянный резистор Rx в первую ячейку.

Теперь идем к последней ячейке и делаем то же самое только раскачав усилитель до максимального предела.

Внимание!!! Если у вас очень «доброжелательные» соседи то можно не использовать акустических систем, а обойтись подключенным вместо акустической системы резистором в 4-8 Ом, хотя удовольствие от настройки уже будет не то))

Добиваемся переменным резистором уверенного свечения светодиода в последней ячейке. Все остальные ячейки, кроме первой и последней(мы уже их настроили), настраиваете как вам нравится, на глаз, отмечая при этом для каждой ячейки значение мощности на индикаторе усилителя. Настройка и градуировка шкалы остается за вами)

Отладив схему для одного канала(10 ячеек) и спаяв вторую придется так же провести подбор резисторов, поскольку каждый транзистор имеет свой коэффициент усиления. Только никакого усилителя ту уже не нужно и соседи получат небольшой таймаут — просто спаиваем входы двух схемок и подавая туда напряжение, например с блока питания, подбираем сопротивления Rx добиваясь симметричности свечения ячеек индикаторов.

Заключение

Вот и все, что я хотел рассказать о изготовлении индикаторов выходной мощности УНЧ с использованием светодиодов и дешевых транзисторов КТ315. Свои мнения и примечания пишите в комментариях…

UPD: Юрий Глушнев прислал свою печатную плату в формате SprintLayout — Скачать .


Вспоминается беззаботное детство — в гостях у одноклассника слушаем музыку. Усилитель «Радиотехника-001-стерео», индикаторы мягко колышутся в такт музыке… Тогда это был предел мечтаний. И кощунством показалось, когда отец одноклассника (мужик увлекался радиолюбительством) заменил штатные стрелочные индикаторы на люминесцентный гадко-зеленого цвета. И усилитель потерял часть шарма, и слушать больше не хотелось…

Хочу стрелочный!

И прошло много лет. И вот я неспешно (иногда кажется, что слишком неспешно) собираю усилитель на лампах. И всем давно уже понятно, что индикатор уровня на усилителе — плюшка. Тем более сейчас, когда каналы в источнике практически никогда не отличаются по уровню, и понятие «регулятор стереобаланса» кануло в лету. И тем не менее — хочу стрелочный «показометр» на переднюю панель, и все тут! Аскетичного дизайна, с желтой подсветкой.
Так как индикатор-показометр не является важной частью усилителя (на скорость и стабильность не влияет), то его постройка-настройка велась уже на звучащем агрегате. Сама головка индикатора была выбрана и приобретена давно:


Удалось найти сдвоенную, с желтоватой панелью. Подсветка от производителя была сделана коаксиальной лампой накаливания на 12 Вольт. Которая была успешно заменена на 4 желтых светодиода. Но это случилось позже.
А пока что пришлось задуматься, как же микроамперметры подключать к выходу усилителя? А подключать надо через специальный логарифмический усилитель, т. к. динамический диапазон звука намного больше, чем диапазон работы микроамперметра. Теоретически это все знают, кто сталкивался с самодельными стрелочными индикаторами.

Преданье старины глубокой… К157ДА1

В СССР была выпущена специальная микросхема для этого — К157ДА1 . Микросхема не имеет аналогов за рубежом. Схема подключения проста, хоть по даташиту и необходимо двуполярное питание (неудобно). Но микросхема успешно работает и от однополярного питания. Мало того, применение транзисторов вместо диодов в схеме позволяет расширить диапазон показываемых значений аж до 40 Дб:


Различных вариаций этой схемы в сети пруд пруди. Ну что сказать… Не пошла она у меня.


Первый экземпляр благополучно сгорел от неправильно поданного питания. В течение месяца мне достали еще две штучки, но было уже поздно, я переключился на другую схему (на LM324), любезно предоставленную мне AlexD . Ради интереса потом я все же включил плату с ДА1. Не понравилось, плавности движения не наблюдалось. Модификация схемы производилась в тесном сотрудничестве с Алексеем, за что еще раз «данке шон»!

Нумеро дуэ — LM324


Потом был упомянутый вариант на LM324. Но оно у меня так и не заработало как хочется. Болтание стрелок, его надо подбирать глубиной ОС. Да и по сути питание надо двуполярное, может все из-за неверно организованной средней точки. Нет, лень родилась раньше меня. А совместно с ленью мы родили вот что:

Век XXI, Attyny13


Просто и со вкусом: выпрямляем и сглаживаем сигнал, затем подаем его на АЦП микроконтроллера. Обрабатываем программно и при помощи встроенного ШИМ выдаем на нагрузку (резистор). Обработка включает в себя практически только натуральное логарифмирование (Attyny13 прям как создана для таких вот простеньких задач, ну и чтобы прошивку можно было испечь на скорую руку).

И тут начинается для меня самое интересное. Функция натурального логарифмирования есть в библиотеке математических функций для контроллеров Atmel и находится в файле math.h. Но только не лезет он в этот контроллер — памяти маловато. Решить задачу в лоб не удается, начинаем его морщить (лоб). Применение более мощного контроллера не рассматривалась — не интересно. Тут и памяти вроде хватает, и удобен, и недорого, и габариты не большие. Первое, что пришло в голову: заменить эту функцию похожей, но попроще. А форму ей придать поиграв коэффициентами. Вспоминаем график обратной функции. Не «да ну его!», а вспоминаем! Если нижний правый квадрат сместить вверх относительно оси X, и немного потягать туда-сюда коэффициентами, то вполне можно подогнать под нужную форму. Вот она, формула, заменяющая логарифм: Y=-8196/(X+28)+284. Представляете ужас контроллера, обреченного просчитывать эти значения тысячи раз в секунду по прихоти хозяина, пожелавшего вспомнить «детство золотое»?

Но неприятные эмоции были гарантированы и хозяину контроллера. Для обработки результатов мало было коротких целочисленных значений, а вход и выход должны быть именно такими. Для меня перевод форматов представления данных в контроллерах одного в другой всегда был труден. Морщины на лбу умножились.

Родился второй вариант — просчитать все заранее, и контроллеру просто останется выбирать из массива данные, которые соответствуют входным значениям и выбрасывать их на выход. Готовим значения, задаем массив — ошибка компиляции. Размерность массива слишком велика для этого контроллера. А делать несколько массивов и лазить в них в зависимости от входного значения АЦП не кошерно. Роились мысли про бином Ньютона, но были отвергнуты по причине неконструктивности.

Тут в памяти всплыла фраза лектора по высшей математике из ВУЗа: «С помощью кубической сплайн-аппроксимации можно описать любую функцию» Ну кубическая нам и не нужна, а линейный сплайн вполне пойдет! Таким образом, я немного поупражнялся в OO Calc, и написал систему уравнений, достаточно точно повторяющих график логарифмической функции с помощью отрезков прямых:
if (n>=141) x=2*n+2020; else if (n>=66) x=5*n+1600; else if (n>=38) x=9*n+1330; else if (n>=21) x=15*n+1110; else if (n>=5) x=40*n+600; else if (n>0) x=160*n+50; if (n==0) x=0;
Все намеренно умножено на 10, чтобы отбрасываемые «хвостики» были поменьше. Я потом его делю в программе перед выводом на индикаторы.
А вот графики:

Уверен, многим из вас такое решение придет в голову сразу и покажется очевидным. Тем не менее, я уверен, что кому-то это внове и в последствии пригодится. По крайней мере, как инструмент в своем арсенале иметь лишним не будет.

Видео

Итоги и примечания по схеме

Индикатор-показометр прекрасно заработал с первого включения. Были залиты несколько прошивок. Наиболее простая оказалась самой удачной.
По схеме: конденсаторы С1 и С2 в процессе настройки были заменены на 10,0 мкф — они обеспечивают плавность. Подстроечные резисторы на входе уменьшают максимальный сигнал до 5 Вольт. Теоретически надо бы поставить стабилитрон с резистором, но лень… Ну вы уже знаете, кто из нас родился раньше:laughing: Я нагрузил усилитель максимальным с моей точки зрения сигналом (так, что эквиваленты на выходе накалились), и вывел резисторы на 5 Вольт. Мне достаточно. Затем подал на вход 1 кГц с генератора и синхронизировал каналы, чуть уменьшив показания одного из микроамперметров. R4 и R5 зависят от полного тока отклонения микроамперметров, на схеме указаны для 50 мкА, у меня такие.

Схему можно тюнинговать. У Тиньки остались свободными 2 ноги. Никто не мешает прилепить туда светодиоды для индикации перегруза, когда-то модно было. Не мое — не люблю, когда что-то на усилителе моргает, потому и не делал. Реализация элементарна: по определенному уровню зажигаем светодиод и держим зажженным N милисекунд. Уровень и N подбираются по вкусу, как соль и перец. Не забудьте только, что одна из свободных ножек — Reset. А значит эксперименты делайте на одном канале, ибо если поставить соответствующий фьюз при прошивке, Reset станет просто портом, и перешить контроллер после этого не удастся.

Файлы

И файлики: проект в CVAVR, прошивка, схема в Сплане.
Печатку не привожу, она без надобности: вероятность того, что у кого-то будет такой микроамперметр и надо будет приделать к нему контроллер стремится к нулю. Да и глядя на схему, вы представляете, какая там простая плата
▼ 🕗 24/09/12 ⚖️ 55,23 Kb ⇣ 431 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги мне!

Предлагаю для повторения принципиальную схему стрелочного индикатора звука. Схема выполнена на советской микросхеме К157ДА1. Устройство сделано для двухканального усилителя мощности.

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

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 Шкальные индикаторы
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 = 0.5U/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 (корень из 2) раз. Такой индикатор может быть использован для измерения выходной мощности усилителя. Что же делать, если уровня измеряемого сигнала не хватает, что бы «расшевелить» прибор? В этом случае на помощь приходят такие парни, как транзистор и операционный усилитель (далее ОУ).

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


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), т.е. 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 h 21э. Вычисляем входной ток: I b = I k /h 21Э где:
I b – входной ток

R1 вычисляется по закону Ома для участка цепи: R=U e /I k где:
R – сопротивление R1
U e – напряжение питания
I k – 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


Рис.3

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.


Рис.4

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


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= U вых /U вх. 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=U o /I где:
R – сопротивление R3
U o – выходное напряжение ОУ
I – ток полного отклонения

2 Пиковые (светодиодные) индикаторы

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 +U п, открывается VT1 и загорается VD2. Когда сигнал ниже опорного напряжения, на выходе ОУ действует –U п. 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 I att =U оп /R б где:
I att – ток через R2 (током инвертирующего входа можно пренебречь)
U оп – опорное напряжение
R б – сопротивление R2


Рис.6

Теперь вычислим R1. R1=(U e -U оп)/ I att где:
U e – напряжение источника питания
U оп – опорное напряжение (напряжение срабатывания)
I att – ток через R2

Ограничительный резистор R6 подбирается по формуле R1=U e / I LED где:
R – сопротивление R6
U e – напряжение питания
I LED – 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.

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: I b =I LED /h 21Э где:


Рис.7

I b – входной ток транзисторного каскада
I LED – прямой ток светодиода (рекомендуется выставить 5 – 15 мА)
h 21Э – коэффициент передачи тока

Если входной ток не превышает нагрузочную способность ЛЭ можно обойтись без R3, в противном случае его можно рассчитать по формуле: R=(E/I b)-Z где:
R – R3
E – напряжение питания
I b – 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.


Рис.8

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


Рис.9

Так же можно использовать и другие усилители индикации. Схемы включения к ним можно спросить в магазине или у Яндекса.

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.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
1.1 Простейший шкальный индикатор
VD1 Диод 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
PA1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.2
VT1 Транзистор 1 В блокнот
VD1 Диод 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
R2 Резистор 1 В блокнот
R3 Переменный резистор 10 кОм 1 В блокнот
РА1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.3
VT1, VT2 Биполярный транзистор

КТ315А

2 В блокнот
VD1 Диод

Д9Е

1 В блокнот
С1 10 мкФ 1 В блокнот
С2 Электролитический конденсатор 1 мкФ 1 В блокнот
R1 Резистор

750 Ом

1 В блокнот
R2 Резистор

6.8 кОм

1 В блокнот
R3, R5 Резистор

100 кОм

2 В блокнот
R4 Подстроечный резистор 47 кОм 1 В блокнот
R6 Резистор

22 кОм

1 В блокнот
РА1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.4
ОУ 1 В блокнот
Диодный мост 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
РА1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.5
ОУ 1 В блокнот
Диодный мост 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
R2 Резистор 1 В блокнот
R3 Резистор 1 В блокнот
PA1 Mикроамперметр 1 В блокнот
2.1 Аналоговый индикатор
Рис.6
ОУ 1 В блокнот
VT1 Транзистор N-P-N 1 В блокнот
VT2 Транзистор P-N-P 1 В блокнот
VD1 Диод 1 В блокнот
R1, R2 Резистор 2 В блокнот
R3 Подстроечный резистор 1 В блокнот
R4, R5 Резистор 2 В блокнот
R6 Резистор 1 В блокнот
HL1, VD2 Светодиод 2 В блокнот
Рис.7
DD1 Логическая ИС 1 В блокнот
VT1 Транзистор N-P-N 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
R2 Резистор 1 В блокнот
R3 Резистор 1 В блокнот
R4 Резистор 1 В блокнот
HL1 Светодиод 1 В блокнот
Рис.8
DD1 Логическая ИС 1 В блокнот
R1-R4 Резистор 4 В блокнот
R5-R8 Подстроечный резистор 4 В блокнот
HL1-HL4 Светодиод 4 В блокнот
Рис.9
Микросхема A277D 1 В блокнот
Электролитический конденсатор 100 мкФ 1 В блокнот
Переменный резистор 10 кОм 1 В блокнот
Резистор

1 кОм

1 В блокнот
Резистор

56 кОм

1 В блокнот
Резистор

13 кОм

1 В блокнот
Резистор

12 кОм

1 В блокнот
Светодиод 12

Индикатор уровня сигнала на транзисторах стрелочный. Стрелочный индикатор звука. Схема индикатора звука и принцип её действия

Изготовляя свой усилитель мною было твердо решено сделать по 8-10 ячеечному светодиодному индикатору выходной мощности на каждый канал(4 канала). Схем подобных индикаторов полным-полно, нужно только выбрать под свои параметры. На данный момент выбор чипов, на которых можно собрать индикатор выходной мощности УНЧ, очень большой, ну вот например: КА2283, LB1412, LM3915 и т.п. Что может быть проще чем купить такой чип и собрать схему индикатора) Я в свое время пошел немножко другим путем…

Предисловие

На изготовление индикаторов выходной мощности для своего УНЧ я выбрал схему на транзисторах. Вы спросите: а почему не на микросхемах? — постараюсь объяснить плюсы и минусы.

Из плюсов можно отметить то, что собирая на транзисторах можно максимально гибко отладить схему индикатора под нужные вам параметры, выставить нужный диапазон индикации и плавность реакции как вам нравится, количество ячеек индикации — да хоть сотня, лишь бы терпения хватило на их регулировку.

Также ожно использовать любое питающее напряжение(в пределах разумного), спалить такую схему очень сложно, в случае неисправности одной ячейки можно быстро все исправить. Из минусов хочу отметить то что на наладку данной схемы по своим вкусам придется потратить немало времени. Делать на микросхеме или транзисторах — решать вам, исходя из ваших возможностей и потребностей.

Индикаторы выходной мощности собираем на самых распространенных и дешевых транзисторах КТ315. Думаю, каждый радиолюбитель хоть раз в своей жизни сталкивался с этими миниатюрными цветными радиокомпонентами, у многих они валяются пачками по несколько сотен и без дела.

Рис. 1. Транзисторы КТ315, КТ361

Шкала моего УНЧ будет логарифмическая, исходя из того что максимальная выходная мощность будет порядка 100Ватт. Если сделать линейную то при 5 Ваттах ничего не будет даже светиться или же придется делать шкалу на 100 ячеек. Для мощных УНЧ нужно чтобы между мощностью на выходе усилителя и количеством светящихся ячеек была логарифмическая зависимость.

Принципиальная схема

Схема до безобразия проста и состоит из одинаковых ячеек, каждая из которых настроена на индикацию нужного уровня напряжения на выходе УНЧ. Вот схема на 5 ячеек индикации:

Рис. 2. Схема индикатора выходной мощности УНЧ на транзисторах КТ315 и светодиодах

Выше приведена схема на 5 ячеек индикации, клонировав ячейки можно получить схему на 10 ячеек, как раз такую я и собирал для своего УНЧ:

Рис. 3. Схема индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Номиналы деталей в данной схеме рассчитаны под напряжение питания порядка 12 Вольт, не считая резисторов Rx — которые нужно подбирать.

Расскажу о том как работает схема, все очень просто: сигнал с выхода усилителя НЧ идет на резистор Rвх после чего диодом D6 срезаем полуволну и потом постоянное напряжение подаем на вход каждой ячейки. Ячейка индикации представляет собой пороговое ключевое устройство которое зажигает светодиод при достижении некоторого уровня на входе.

Конденсатор С1 нужен для того чтобы при очень большой амплитуде сигнала сохранялась плавность выключения ячеек, а конденсатор С2 реализовывает задержку свечения последнего светодиода на некую долю секунды, чтобы показать что достигнут максимальный уровень сигнала — пик. Первый светодиод обозначает начало шкалы и поэтому светится постоянно.

Детали и монтаж

Теперь о радиодеталях: конденсаторы С1 и С2 подберете по своему вкусу, я взял каждый по 22МкФ на 63В(на меньший вольтаж не советую брать для УНЧ с выходом в 100Ватт), резисторы все МЛТ-0.25 или 0.125. Транзисторы все — КТ315, желательно с буквой Б. Светодиоды — любые которые сможете достать.

Рис. 4.Печатная плата индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Рис. 5. Расположение компонентов на печатной плате индикатора выходной мощности УНЧ

Все компоненты на печатной плате не обозначал поскольку ячейки идентичны и вы без особых усилий сами разберетесь что и куда впаивать.

В результате моих трудов получились четыре миниатюрных платки:

Рис. 6. Готовые 4 канала индикации для УНЧ мощностью 100 Ватт на канал.

Настройка

Сначала настроим яркость свечения светодиодов. Определяем какое нам надо сопротивление резисторов чтобы добиться нужной яркости светодиодов. Подключаем последовательно к светодиоду переменный резистор на 1-6кОм и подаем на эту цепочку питания с таким напряжением, от которого будет питаться вся схема, у меня — 12В.

Крутим переменник и добиваемся уверенного и красивого свечения. Отключаем все и замеряем тестером сопротивление переменника, вот вам и номиналы для R19, R2, R4, R6, R8… Этот способ является экспериментальным, можно также посмотреть в справочнике максимальный прямой ток светодиода и посчитать сопротивление за законом Ома.

Самый длительный и ответственный этап настройки — настройка порогов индикации для каждой ячейки! Будем настраивать каждую ячейку подбирая для нее сопротивление Rx. Поскольку у меня будет 4 таких схемы по 10 ячеек то сначала отладим данную схему для одного канала, а другие на основе ее настроить будет очень просто, используя последнюю как эталон.

Ставим вместо Rx в первой ячейке переменный резистор на 68-33к и подключаем конструкцию к усилителю(лучше к какому-нибудь стационарному, заводскому где есть своя шкала), подаем напряжение на схему и включаем музыку так чтоб было слышно, но на маленькую громкость. Переменным резистором добиваемся красивого подмигивания светодиода, после этого отключаем питание схемы и измеряем сопротивление переменника, впаиваем вместо него постоянный резистор Rx в первую ячейку.

Теперь идем к последней ячейке и делаем то же самое только раскачав усилитель до максимального предела.

Внимание!!! Если у вас очень «доброжелательные» соседи то можно не использовать акустических систем, а обойтись подключенным вместо акустической системы резистором в 4-8 Ом, хотя удовольствие от настройки уже будет не то))

Добиваемся переменным резистором уверенного свечения светодиода в последней ячейке. Все остальные ячейки, кроме первой и последней(мы уже их настроили), настраиваете как вам нравится, на глаз, отмечая при этом для каждой ячейки значение мощности на индикаторе усилителя. Настройка и градуировка шкалы остается за вами)

Отладив схему для одного канала(10 ячеек) и спаяв вторую придется так же провести подбор резисторов, поскольку каждый транзистор имеет свой коэффициент усиления. Только никакого усилителя ту уже не нужно и соседи получат небольшой таймаут — просто спаиваем входы двух схемок и подавая туда напряжение, например с блока питания, подбираем сопротивления Rx добиваясь симметричности свечения ячеек индикаторов.

Заключение

Вот и все, что я хотел рассказать о изготовлении индикаторов выходной мощности УНЧ с использованием светодиодов и дешевых транзисторов КТ315. Свои мнения и примечания пишите в комментариях…

UPD: Юрий Глушнев прислал свою печатную плату в формате SprintLayout — Скачать .

В УМЗЧ смотрятся красиво и стильно, вот только где их найти… Выход есть — сделаем такой измеритель, в котором роль стрелки будут выполнять светоизлучающие диоды управляемые микросхемой. LM3916 — это специальная микросхема для LED индикаторов уровня.

Схема стрелочно-светодиодного индикатора

Светодиоды подключены через разъёмы J3 — J12 (показан на схеме только один ряд светодиодов). Схема индикатора потребует двухполярный источник питания для правильной работы. Положительный потенциал питания LED линейек должен быть ниже +25 В и в сочетании с напряжением отрицательного плеа не должен превышать 36 В. Минимальный уровень вольтажа зависит от рабочего напряжения светодиодов. Например, если светодиод на 1.9 В, а у нас 7 светодиодов на один контакт, то минимальное положительное напряжение будет 7 х 1.9 В + 1.5 В (падение напряжения на LM3916) = 14,8 вольт. Зеленые светодиоды, как правило, имеют чуть выше напряжение — 2.2-2.4 В, так что +18 В будет достаточно в большинстве случаев.

Светодиодный ток определяется резистором R1_REF, и с сопротивлением 2,2 кОм будет 5 мА.
Формула для расчёта: Iled = 10 х (1.2 V / R1_REF)


В качестве двойного операционного усилителя на входе можете ставить — TL072, TL082, LM358. Выходной режим может быть установлен 3-х контактной перемычкой JP1. Максимальное входное напряжение для LM3916 имеет значение 1,2 В, и с помощью R8-R7 можно регулировать уровень входного сигнала.

Видео работы индикатора

Цвет светодиодов на ваш выбор. Тут использованы зеленые светодиоды для отрицательных уровней, желтый — 0dB и красный для положительного уровня звукового сигнала. Для этого нужны прямоугольные светодиоды. Архив с рисунками печатных плат можно .

Иногда возникает потребность в графическом представлении конкретной амплитуды уровня аудио сигнала, например для определения пиковой мощности (максимально допустимой громкости), или просто для красоты. Конечно же можно собрать и привычные индикаторы на интегральных микросхемах или транзисторах, так как они будут работать точней, но такие схемы требуют внешнего питания, что не всегда возможно, особенно если колонки находятся на значительном расстоянии от усилительной аппаратуры, и тянуть дополнительные провода, что бы запитать эти индикаторы, не имеет смысла. В таком случае можно собрать простейшую схему индикатора аудио сигнала.

Сама схема состоит из ограничивающего подстроечного резистора, которым настраивается устройство на определенный уровень сигнала, при котором буде загораться светодиод. Так как ток аудио сигнала переменный, а запитать светодиод можно только постоянным, то в качестве выпрямителя стоит диод VD1. Данный простейший индикатор аудио сигнала предназначен только для фиксации пиков сигнала (максимальной громкости). Если же настроить его так, что бы светодиод загорался, например, на пол громкости, то после ее увеличения светодиод просто выйдет из строя из-за переизбытка сигнала.

Что бы показать не только пики, но и определенные значения сигнала, можно собрать следующую схему. Подстроечный резистор, выпрямительный диод и светодиоды выполняют те же функции, что и в предыдущей схеме, но здесь добавлены диоды VD3-VD6, через которые уходят «излишки» тока с первых светодиодов, при повышении уровня сигнала (громкости), тем самым защищая светодиоды от сгорания.

Детали в обеих схемах одинаковы.

В качестве подстроечника, подойдет любой с сопротивлением, достаточным для регулировки. Выпрямительный диод – любой способный выдержать всю нагрузку, разумеется с некоторым запасом. VD3-VD6 кремниевые с прямым падением напряжения 0,7…1 В и допустимым током не менее 300 мА. R2 – R6 так же могут отличатся. Эти резисторы определяют при каком уровне будет зажигаться светодиод идущий за конкретным резистором. Ну и светодиоды. Они так же могут быть любыми, но одинакового цвета.

Данная схема устройства способна показать пять различных уровней сигнала, но их можно уменьшить, например до двух, или увеличить. Однако при увеличении, следует помнить, что увеличивая их количество, увеличивается и потребляемая мощность всем индикатором, а чем больше уйдет на индикацию, тем меньше дойдет до колонки, следовательно, если переборщить с количеством уровней, могут появится провалы в звуке.

Описанными устройствами можно проводить индикацию одного канала аудио. Если же сделать несколько таких индикаторов и перед каждым входом установить фильтр на конкретную частоту, тогда каждое устройство будет показывать уровни сигнала нужной частоты сигнала, которую пропустит фильтр.

Так же по данным схемам можно сделать индикатор напряжения, например, на машину или мотоцикл. Правильно настроенное устройство будет отлично отображать уровень напряжения в бортовой сети, которое будет меняться в зависимости от оборотов двигателя.

Этот двухканальный индикатор сигнала звука на светодиодном столбике выполнен на специализированных микросхемах LM3914. Собрал данный индикатор по 60 светодиодов на каждый канал, все диоды красного свечения (больше нравятся по яркости свечения), хотя конструкция индикатора такова, что легко можно заменить планку на свечение диодов другого цвета. Конструктивно девайс имеет 3 платы:

1. Плата индикаторов (сменная).

2. Плата левого канала.

3. Плата правого канала.

Уровни индикации:

— Первый сегмент 20 mv
— 10 сегмент 150 mv
— 20 сегмент 300 mv
-………
-………
-………
— 60 сегмент 900 mv

Калибровка производилась при помощи милливольтметра раздельно по каналам и затем уже как сравнение двух вместе. Конструктивно микросхемы стоят в панелях, для удобства замены, к примеру для логарифмического индикатора на LM3915.

Ее основу составляют 10 компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подается входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения. Выходы компараторов являются генераторами втекающего тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов. Индикация может производиться или одним светодиодом (режим «точка”), или линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим «столбик”). Входной сигнал Uвх подают на вывод 5, а напряжения, определяющие диапазон индицируемых уровней, — на выводы 4 (нижний уровень Uн) и 6 (верхний уровень Uв).

Таблица рабочих параметров микросхемы LM3914

Ток потребления при всех горящих LED сегментах обоих каналов порядка 1,3А при питании 5В. На платах не применен входной усилитель сигнала, но чувствительность его такова, что нижний предел (первый сегмент) можно зажечь меньше чем 20 mv переменного сигнала.


Уровня сдвоенная на 2 канала имеет размер 157х32 мм. Каждая плата канала раздельная (левый и правый) имеет размер 157х24 мм. В собраном виде конструктив имеет размеры: 157х32х45 мм.


В качестве настройки правильной линейности шкалы необходимо выбрать пределы нижних и верхних уровней для каждой микросхемы. Принципиально есть возможность при желании растянуть шкалу каждого канала в несколько раз при данном схемном решении.

Сейчас стало модным для визуальной индикации уровня сигнала использовать светодиоды и светодиодные матрицы, чему способствовал, в значительной степени, выпуск микросхем типа . Но со временем мода проходит, и хочется чего-то оригинального, которого нет у других. И тут вспоминается старая добрая схема на газоразрядном индикаторе ИН-13, способная создать такой красивый эффект, что любой светодиод побледнеет от зависти! ИН-13 представляет собой индикатор тлеющего разряда в виде стеклянной трубки длиной 130 мм.

Цоколёвка газоразрядных индикаторов серии ИН

А — анод, Э — экран, К — катод, Кв — вспомогательный катод, А0 — анод нулевой, А1-А4 — группа анодов, Ап — анод последний.

Технические характеристики газоразрядных индикаторов

Существует 2 варианта схем индикатора звука с ИН-13 — простая, с питанием от сети 220 В, и посложнее — с DС-DC преобразователем и операционным усилителем на входе.

Схема индикатора звука с инвертором

Первая схема довольна старая, но довольно простая и может пригодится начинающим радиолюбителям в качестве индикатора выходного сигнала усилителя. Можно использовать её и в качестве линейного вольтметра, немного изменив входную часть. Транзистор можно применить и какой-нибудь современный высоковольтный.

В своём случае решил собрать по более сложной, чтоб не связываться с небезопасным сетевым питанием. При кажущейся сложности, она заработала практически с первого включения.

Вся конструкция, включая повышающий инвертор 12-120 В для питания анодного напряжения, уместилась на одной небольшой плате. Это стало возможным благодаря применению SMD деталей. Транзисторы MPSA42 должны быть высоковольтные, а не обычные КТ315 . Заменимы на любые с напряжением коллектора от 200 В и более. ОУ ставьте любые аналогичные — TL062, TL082 и так далее.


Настройка индикатора звука

Настройка сводится к установке уровня яркости света, с помощью подстроечного резистора Р5. Он определяет напряжение на аноде 120 В. Элементы Р1-4 нужны для установки нуля шкалы и максимального размаха.

Схемы коммутаторов и индикаторов аудио сигналов (Страница 3)


Индикатор уровня записи со стрелочной и световой индикацией

Комбинированный индикатор уровня записи предназначен для высококачественных магнитофонов. Он содержит индикатор промежуточного уровня с временем интеграции около 80 мс и диапазоном измерений не менее 28 дБ, а также индикатор максимального уровня, регистрирующий кратковременные превышения…

0 3952 0

Индикатор уровня записи для магнитофона

Индикатор уровня записи предназначен для высококачественного любительского магнитофона. Высокая чувствительность (около 100 мВ) и сравнительно большое входное сопротивление обеспечиваются двухкаскадным усилителем на транзисторах V1, V2. Уровень входного сигнала, соответствующий…

0 4660 0

Пиковый индикатор мощности УНЧ на светодиодах

Схема самодельного пикового индикатора выходной мощности для сопротивлении нагрузки усилителя, равной 4 Ом, обеспечивает индикацию выходной мощности в пределах 1,5 …100 Вт. Индикатор состоит из одинаковых ячеей, число которых зависит от выбранного шага индицируемых значений мощности. Каждая из ячеек…

0 4175 0

Стрелочный логарифмический индикатор выходной мощности УНЧ

Схема индикатора выходной мощности с логарифмической шкалой, выполнен на основе стрелочного измерительного прибора М476/1. Динамический диапазон измеряемых мощностей составляет 43 дБ (крайние значения регистрируемых мощностей — 0,1 и 200 Вт). Расширение динамического диапазона достигается…

0 6356 0

Селекторы входов для сигналов звуковой частоты

Схемы электронных переключателей входов для самодельной аудиоаппаратуры, усилителей мощности. Электронные переключатели входов позволяют свести к минимуму наводки на коммутируемые цепи, упрощают конструкцию и повышают надежность звуковоспроизводящего устройства. Переключатель на два входа собран на интегральном коммутаторе К190КТ2, объединяющем в своем корпусе четыре…

0 4196 0

Пиковый цифровой индикатор выходной мощности усилителя ЗЧ

Схема пикового цифрового индикатора выходной мощности усилителя ЗЧ приведена ниже. Он индицирует четыре градации выходной мощности усилителя (1, 3, 9 и 18 Вт) на нагрузках сопротивлением 4 и 8 Ом. Время индикации — не менее 0,5 с, даже если длительность перегрузки…

0 4463 0

Дисплей с линейной шкалой на LM3914

Этот дисплей с линейной шкалой показывает уровень входного аудиосигнала и может быть использован как индикатор настройки, пиковый индикатор и т.д. …

1 3781 0

10-разрядный светодиодный индикатор на LM3914

Интегральная микросхема LM3914, предназначенная для управления 10 светодиодами. Предусмотрена возможность управления яркостью свето диодов с помощью внешнего потенциометра. Предельные значения параметров …

3 8371 0

5-разрядный двухканальный светодиодный индикатор на AN6884

Микросхема представляет драйвер для светодиодов на основе которого можно построить светодиодный индикатор уровня с логарифмической шкалой предназначеный для управления линейкой из 5 светодиодов. Другие аналоги микросхемы AN6884: ВА656, ВА6124, ВА6125 (Rohm), КА2285, КА2286, КА2287 (Samsung), LB1403, LB141 3, LB1423, LB1433, LB493 (Sanyo) …

6 8982 10

12-разрядный светодиодный индикатор уровня А277 (К1003ПП1, UAA180, UL1890N)

Отечественный аналог — микросхема К1003ПП1. Другие аналоги: UAA180 (Telefunken), UL1890N (Unitra). Светодиодный индикатор уровня с линейной шкалой предназначен для управления линейкой светодиодов (шкалой). Максимальное число светодиодов …

2 9767 0


Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Индикатор звука на одном транзисторе схемы подключения. Стрелочный индикатор уровня звука на К157УД2

Сегодня в качестве индикатора уровня выходного сигнала для различной звуковоспроизводящей техники используют целые электронные устройства, что отображают не только уровень сигнала, но и другую полезную информацию. Но раньше для этого использовались стрелочные индикаторы, что представляли собой микроамперметр типа М476 или М4762 . Хотя сделаю оговорку: сегодня некоторые разработчики так же используют стрелочные индикаторы, хотя выглядят они куда интереснее и отличаются не только подсветкой, но и дизайном. Раздобыть старый стрелочный индикатор сейчас, возможно, проблема. Но у меня была парочка М4762 от старого советского усилителя, и я решил их задействовать.


На Рис.1 представлена схема на один канал. Для стерео нам понадобится собрать два таких устройства. Индикатор уровня сигнала собран на одном транзисторе Т1, любом из серии КТ315 . Для увеличения чувствительности использована цепь удвоения напряжения на диодах D1 и D2 из серии Д9. Устройство не содержит дефицитных радиодеталей, поэтому вы можете использовать любые, схожие по параметрам.
Установка показания индикатора, соответствующего номинальному уровню, проводится подстроечным резистором R2. Время интеграции индикатора 150-350 мс, а время обратного хода стрелки, определяемое временем разряда конденсатора С5, составляет 0,5-1,5 с. Конденсатор С4 один для двух устройств. Он используется для сглаживания пульсаций при включении. В принципе от этого конденсатора можно отказаться.


Устройство для двух звуковых каналов собрано на печатной плате размерами 100X43 мм (см. Рис.2) . Тут же монтируются индикаторы. Для удобного доступа к построечным резисторам в плате просверлены отверстия (на рисунке не показаны), чтобы смогла пройти маленькая отвертка для настройки номинального уровня сигнала. Впрочем, только к этому и сводится настройка данного устройства. Возможно, понадобится подобрать резистор R1 в зависимости от силы выходного сигнала вашего устройства. Т.к. с другой стороны платы расположены стрелочные индикаторы, элементы Cl, R1 пришлось монтировать со стороны печатных проводников. Эти детали лучше взять как можно миниатюрнее, например, бескорпусные.
Скачать: Стрелочный индикатор уровня выходного сигнала
В случае обнаружения «битых» ссылок — Вы можете оставить комментарий, и ссылки будут восстановлены в ближайшее время. Однажды у друга в машине увидел светодиоды, мигающие в такт музыке. Загорелся желанием сделать подобное и себе. Для начала, украшу колонки в компьюте, а затем спаяю и машину. Друг не знал, как и что там стоит и мигает. Пришлось самому чего-то искать в интернете. Один человек очень помог в поисках и создании простой электросхемы. В схеме всего 3 детальки, которые можно приобрести почти везде: светодиод, подстроенный резистор, диод. Сама принципиальная электрическая схема выглядит следующим образом:

Идикатор уровня получается в сборке очень лёгкий. Его сможет собрать даже человек с дрожащими и неопытными руками:) Резистор ставьте примерно от 1 до 22 килоом — этого будет достаточно. Диод ставил КД226. Данный выпрямительный диод любой, способный выдержать всю нагрузку, разумеется с некоторым запасом. Диоды VD3-VD6 кремниевые, с прямым падением напряжения 0,7…1 В и допустимым током не менее 300 мА.


Немного усложнённая схема способна показать пять различных уровней сигнала, но их можно уменьшить, например до двух, или увеличить.

Однако при увеличении, следует помнить, что увеличивая их количество, увеличивается и потребляемая мощность всем индикатором, а чем больше уйдет на индикацию, тем меньше дойдет до колонки, следовательно, если переборщить с количеством уровней, могут появится провалы в звуке.


В общем получилась очень простая и интересная конструкция LED индикатора звука. Вместо тусклой темноты в комнате появились световые эффекты.

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 Шкальные индикаторы
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 = 0.5U/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 (корень из 2) раз. Такой индикатор может быть использован для измерения выходной мощности усилителя. Что же делать, если уровня измеряемого сигнала не хватает, что бы «расшевелить» прибор? В этом случае на помощь приходят такие парни, как транзистор и операционный усилитель (далее ОУ).

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


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), т.е. 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 h 21э. Вычисляем входной ток: I b = I k /h 21Э где:
I b – входной ток

R1 вычисляется по закону Ома для участка цепи: R=U e /I k где:
R – сопротивление R1
U e – напряжение питания
I k – 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


Рис.3

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.


Рис.4

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


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= U вых /U вх. 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=U o /I где:
R – сопротивление R3
U o – выходное напряжение ОУ
I – ток полного отклонения

2 Пиковые (светодиодные) индикаторы

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 +U п, открывается VT1 и загорается VD2. Когда сигнал ниже опорного напряжения, на выходе ОУ действует –U п. 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 I att =U оп /R б где:
I att – ток через R2 (током инвертирующего входа можно пренебречь)
U оп – опорное напряжение
R б – сопротивление R2


Рис.6

Теперь вычислим R1. R1=(U e -U оп)/ I att где:
U e – напряжение источника питания
U оп – опорное напряжение (напряжение срабатывания)
I att – ток через R2

Ограничительный резистор R6 подбирается по формуле R1=U e / I LED где:
R – сопротивление R6
U e – напряжение питания
I LED – 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.

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: I b =I LED /h 21Э где:


Рис.7

I b – входной ток транзисторного каскада
I LED – прямой ток светодиода (рекомендуется выставить 5 – 15 мА)
h 21Э – коэффициент передачи тока

Если входной ток не превышает нагрузочную способность ЛЭ можно обойтись без R3, в противном случае его можно рассчитать по формуле: R=(E/I b)-Z где:
R – R3
E – напряжение питания
I b – 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.


Рис.8

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


Рис.9

Так же можно использовать и другие усилители индикации. Схемы включения к ним можно спросить в магазине или у Яндекса.

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.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
1.1 Простейший шкальный индикатор
VD1 Диод 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
PA1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.2
VT1 Транзистор 1 В блокнот
VD1 Диод 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
R2 Резистор 1 В блокнот
R3 Переменный резистор 10 кОм 1 В блокнот
РА1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.3
VT1, VT2 Биполярный транзистор

КТ315А

2 В блокнот
VD1 Диод

Д9Е

1 В блокнот
С1 10 мкФ 1 В блокнот
С2 Электролитический конденсатор 1 мкФ 1 В блокнот
R1 Резистор

750 Ом

1 В блокнот
R2 Резистор

6.8 кОм

1 В блокнот
R3, R5 Резистор

100 кОм

2 В блокнот
R4 Подстроечный резистор 47 кОм 1 В блокнот
R6 Резистор

22 кОм

1 В блокнот
РА1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.4
ОУ 1 В блокнот
Диодный мост 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
РА1 Mикроамперметр 1 В блокнот
Рис.5
ОУ 1 В блокнот
Диодный мост 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
R2 Резистор 1 В блокнот
R3 Резистор 1 В блокнот
PA1 Mикроамперметр 1 В блокнот
2.1 Аналоговый индикатор
Рис.6
ОУ 1 В блокнот
VT1 Транзистор N-P-N 1 В блокнот
VT2 Транзистор P-N-P 1 В блокнот
VD1 Диод 1 В блокнот
R1, R2 Резистор 2 В блокнот
R3 Подстроечный резистор 1 В блокнот
R4, R5 Резистор 2 В блокнот
R6 Резистор 1 В блокнот
HL1, VD2 Светодиод 2 В блокнот
Рис.7
DD1 Логическая ИС 1 В блокнот
VT1 Транзистор N-P-N 1 В блокнот
R1 Резистор 1 В блокнот
R2 Резистор 1 В блокнот
R3 Резистор 1 В блокнот
R4 Резистор 1 В блокнот
HL1 Светодиод 1 В блокнот
Рис.8
DD1 Логическая ИС 1 В блокнот
R1-R4 Резистор 4 В блокнот
R5-R8 Подстроечный резистор 4 В блокнот
HL1-HL4 Светодиод 4 В блокнот
Рис.9
Микросхема A277D 1 В блокнот
Электролитический конденсатор 100 мкФ 1 В блокнот
Переменный резистор 10 кОм 1 В блокнот
Резистор

1 кОм

1 В блокнот
Резистор

56 кОм

1 В блокнот
Резистор

13 кОм

1 В блокнот
Резистор

12 кОм

1 В блокнот
Светодиод 12

При разборе хлама в шкафу я случайно нашел свою прошлогоднюю (осень 2013-го) поделку — стрелочный индикатор уровня звука на микросхеме К157УД2. Почему-то тогда она у меня работать не захотела, и я ее забросил куда подальше. А сейчас решил окончательно разобраться — в чем же дело? Ведь сделанный тем же летом первый экземпляр устройства до сих пор исправно работает.
Статья, в которой описывается схема усилителя на микросхеме, находится , вариант 2, «Схема с однополярным питанием». Там же можно посмотреть цоколевку микросхемы К157УД2. Я же прилагаю схему со своими номиналами, главной частью которой является индикатор М68501 и его обвязка.

Сразу замечу, что ее можно подключать как на выход усилителя звука, так и на вход . В первом случае стрелочный индикатор будет показывать мощность выходного сигнала (и, соответственно, при уменьшении громкости регулятором стрелка будет «падать»), а во втором — мощность входного, что иногда бывает полезнее (например, визуально контролировать мощность подводимого сигнала, так как если ее приходит слишком много, то сигнал может начать искажаться). В схеме некоторые номера ножек микросхемы указаны в скобках — это значит, что можно собрать два идентичных усилителя на одной микросхеме, и, соответственно, подключить два индикатора: на правый и левый канал (или на вход и выход усилителя).
Оказалось, что пушки не стреляли по двадцати причинам, и первая из них — не было снарядов. А если говорить о микросхеме, то с ее питанием были серьезные проблемы. Так же пришлось заменить оба электролитических конденсатора (в те времена я еще не закупал их ведрами, поэтому поставил откуда-то вытащенные), разобраться с отпадающей ногой конденсатора 22 нФ и правильно подключить его. После этого схема заработала, хотя я еще не знаю, куда ее можно приспособить.
Диоды — Д311. Чуть хуже будут Д18.
Резистор R5 подстроечный и со «звездочкой» — это значит, что мало того, что его придется подкрутить под уровень сигнала (чтобы, например, при нормальной громкости усилителя стрелка болталась в районе 75% от шкалы), так еще не факт, что 47 кОм подойдет для всех случаев.
Если увеличить номинал резистора R4 (470 — 910k), то можно поднять коэффициент усиления микросхемы и заставить ее «чувствовать» более слабые сигналы (это как раз пригодится, если индикатор подключать ко входу усилителя звука). Например, мне для наблюдения выхода звука с плеера пришлось установить резистор в 1 МОм.
Немного фотографий моей схемы:





И демонстрация работы, когда производится наблюдение за выходом «ВЭФ 216»:

Особенностью схемы является невысокая чувствительность к высокочастотным сигналам (стрелка с бОльшим удовольствием приходит в движение от барабанов и бас-гитары, нежели от голоса и гитарных соло).
А на ночь глядя я встроил в корпус индикатора два синих пятимиллиметровых светодиода. Нормально светят от пяти вольт, если меньше — то работает только один, второй оказался подгоревшим. Для совместимости с другими питающими напряжениями подсветка включена через подстроечный резистор 500 Ом — можно легко запитывать всю схему от 5 — 9 вольт, надо только подкорректировать напряжение.

Изготовляя свой усилитель мною было твердо решено сделать по 8-10 ячеечному светодиодному индикатору выходной мощности на каждый канал(4 канала). Схем подобных индикаторов полным-полно, нужно только выбрать под свои параметры. На данный момент выбор чипов, на которых можно собрать индикатор выходной мощности УНЧ, очень большой, ну вот например: КА2283, LB1412, LM3915 и т.п. Что может быть проще чем купить такой чип и собрать схему индикатора) Я в свое время пошел немножко другим путем…

Предисловие

На изготовление индикаторов выходной мощности для своего УНЧ я выбрал схему на транзисторах. Вы спросите: а почему не на микросхемах? — постараюсь объяснить плюсы и минусы.

Из плюсов можно отметить то, что собирая на транзисторах можно максимально гибко отладить схему индикатора под нужные вам параметры, выставить нужный диапазон индикации и плавность реакции как вам нравится, количество ячеек индикации — да хоть сотня, лишь бы терпения хватило на их регулировку.

Также ожно использовать любое питающее напряжение(в пределах разумного), спалить такую схему очень сложно, в случае неисправности одной ячейки можно быстро все исправить. Из минусов хочу отметить то что на наладку данной схемы по своим вкусам придется потратить немало времени. Делать на микросхеме или транзисторах — решать вам, исходя из ваших возможностей и потребностей.

Индикаторы выходной мощности собираем на самых распространенных и дешевых транзисторах КТ315. Думаю, каждый радиолюбитель хоть раз в своей жизни сталкивался с этими миниатюрными цветными радиокомпонентами, у многих они валяются пачками по несколько сотен и без дела.

Рис. 1. Транзисторы КТ315, КТ361

Шкала моего УНЧ будет логарифмическая, исходя из того что максимальная выходная мощность будет порядка 100Ватт. Если сделать линейную то при 5 Ваттах ничего не будет даже светиться или же придется делать шкалу на 100 ячеек. Для мощных УНЧ нужно чтобы между мощностью на выходе усилителя и количеством светящихся ячеек была логарифмическая зависимость.

Принципиальная схема

Схема до безобразия проста и состоит из одинаковых ячеек, каждая из которых настроена на индикацию нужного уровня напряжения на выходе УНЧ. Вот схема на 5 ячеек индикации:

Рис. 2. Схема индикатора выходной мощности УНЧ на транзисторах КТ315 и светодиодах

Выше приведена схема на 5 ячеек индикации, клонировав ячейки можно получить схему на 10 ячеек, как раз такую я и собирал для своего УНЧ:

Рис. 3. Схема индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Номиналы деталей в данной схеме рассчитаны под напряжение питания порядка 12 Вольт, не считая резисторов Rx — которые нужно подбирать.

Расскажу о том как работает схема, все очень просто: сигнал с выхода усилителя НЧ идет на резистор Rвх после чего диодом D6 срезаем полуволну и потом постоянное напряжение подаем на вход каждой ячейки. Ячейка индикации представляет собой пороговое ключевое устройство которое зажигает светодиод при достижении некоторого уровня на входе.

Конденсатор С1 нужен для того чтобы при очень большой амплитуде сигнала сохранялась плавность выключения ячеек, а конденсатор С2 реализовывает задержку свечения последнего светодиода на некую долю секунды, чтобы показать что достигнут максимальный уровень сигнала — пик. Первый светодиод обозначает начало шкалы и поэтому светится постоянно.

Детали и монтаж

Теперь о радиодеталях: конденсаторы С1 и С2 подберете по своему вкусу, я взял каждый по 22МкФ на 63В(на меньший вольтаж не советую брать для УНЧ с выходом в 100Ватт), резисторы все МЛТ-0.25 или 0.125. Транзисторы все — КТ315, желательно с буквой Б. Светодиоды — любые которые сможете достать.

Рис. 4.Печатная плата индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Рис. 5. Расположение компонентов на печатной плате индикатора выходной мощности УНЧ

Все компоненты на печатной плате не обозначал поскольку ячейки идентичны и вы без особых усилий сами разберетесь что и куда впаивать.

В результате моих трудов получились четыре миниатюрных платки:

Рис. 6. Готовые 4 канала индикации для УНЧ мощностью 100 Ватт на канал.

Настройка

Сначала настроим яркость свечения светодиодов. Определяем какое нам надо сопротивление резисторов чтобы добиться нужной яркости светодиодов. Подключаем последовательно к светодиоду переменный резистор на 1-6кОм и подаем на эту цепочку питания с таким напряжением, от которого будет питаться вся схема, у меня — 12В.

Крутим переменник и добиваемся уверенного и красивого свечения. Отключаем все и замеряем тестером сопротивление переменника, вот вам и номиналы для R19, R2, R4, R6, R8… Этот способ является экспериментальным, можно также посмотреть в справочнике максимальный прямой ток светодиода и посчитать сопротивление за законом Ома.

Самый длительный и ответственный этап настройки — настройка порогов индикации для каждой ячейки! Будем настраивать каждую ячейку подбирая для нее сопротивление Rx. Поскольку у меня будет 4 таких схемы по 10 ячеек то сначала отладим данную схему для одного канала, а другие на основе ее настроить будет очень просто, используя последнюю как эталон.

Ставим вместо Rx в первой ячейке переменный резистор на 68-33к и подключаем конструкцию к усилителю(лучше к какому-нибудь стационарному, заводскому где есть своя шкала), подаем напряжение на схему и включаем музыку так чтоб было слышно, но на маленькую громкость. Переменным резистором добиваемся красивого подмигивания светодиода, после этого отключаем питание схемы и измеряем сопротивление переменника, впаиваем вместо него постоянный резистор Rx в первую ячейку.

Теперь идем к последней ячейке и делаем то же самое только раскачав усилитель до максимального предела.

Внимание!!! Если у вас очень «доброжелательные» соседи то можно не использовать акустических систем, а обойтись подключенным вместо акустической системы резистором в 4-8 Ом, хотя удовольствие от настройки уже будет не то))

Добиваемся переменным резистором уверенного свечения светодиода в последней ячейке. Все остальные ячейки, кроме первой и последней(мы уже их настроили), настраиваете как вам нравится, на глаз, отмечая при этом для каждой ячейки значение мощности на индикаторе усилителя. Настройка и градуировка шкалы остается за вами)

Отладив схему для одного канала(10 ячеек) и спаяв вторую придется так же провести подбор резисторов, поскольку каждый транзистор имеет свой коэффициент усиления. Только никакого усилителя ту уже не нужно и соседи получат небольшой таймаут — просто спаиваем входы двух схемок и подавая туда напряжение, например с блока питания, подбираем сопротивления Rx добиваясь симметричности свечения ячеек индикаторов.

Заключение

Вот и все, что я хотел рассказать о изготовлении индикаторов выходной мощности УНЧ с использованием светодиодов и дешевых транзисторов КТ315. Свои мнения и примечания пишите в комментариях…

UPD: Юрий Глушнев прислал свою печатную плату в формате SprintLayout — Скачать .

Программа | Sistema Nacional de Fototecas

Навигация по странице

Акции Apple и пример заработка на них Цена онлайн на бирже

SixtySecondTrends создавался специально для торговли трубо опционами. Причем этот индикатор считается наиболее оптимальным инструментом для работы с валютной парой EUR/USD. Однако и в торговле с другими активами он демонстрирует хорошие hq broker развод результаты. Сигнал об открытии сделки возникает в момент, когда вероятность изменения направления тренда превысила 60%. Работа с QQE arrows MTF наиболее привлекательна, когда инструмент используется вместе с графиками Ренко.

Они подают сигналы к открытию позиции стрелками вверх и вниз. Существуют инструменты теханализа, которые изменяют поданные ранее сигналы входа на рынок в зависимости от получения новых данных на валютном рынке. Они подают сигнал на открытие позиции в одном направлении, а через некоторое время меняют его на противоположный.

Стрелочный индикатор уровня

собственный шум усилителя заставляет отклоняться стрелку на 10% шкалы. В данной схеме это частично компенсируется порогом диода, но это реализуется “как попало”. Лучше левую часть графика аппроксимации немного “задрать вверх” (и использовать выпрямитель стрелочный индикатор на ОУ). Точно также, для лучшей индикации в области максимальных значений (чтобы отслеживать перегрузку) надо “задрать вверх” правый хвост графика. А пока что пришлось задуматься, как же микроамперметры подключать к выходу усилителя?

Как видно в этой схеме активным элементом выступает операционный усилитель. Кроме уменьшения количества пассивных Упорная сеточная стратегия деталей, данная схема практически идентична предыдущей схеме и содержит в себе те же преимущества и недостатки.

Индикатор уровня сигнала

А подключать надо через специальный логарифмический усилитель, т. динамический диапазон звука намного больше, чем диапазон работы микроамперметра. Теоретически это все знают, кто сталкивался с самодельными стрелочными индикаторами. Один из https://thedetailco.com.au/2020/04/24/divergencija-na-foreks-pravila-torgovli-primery/ самых эффективных стрелочных индикаторов, который хорошо проявил себя при работе со всеми основными активами на самых разных таймфреймах. По сравнению с классической версией, стало учитываться больше критериев при формировании сигналов.

Стрелочный индикатор для усилителя мощности Vu Meter P

https://www.youtube.com/watch?v=

Закрепить его можно даже на выводе самого корпуса стрелочной головки, как это сделано на фото. Среди плюсов индикатора можно отметить уверенное сопровождение долгосрочных трендов, минусы – множество ложных сигналов подряд во флэте. Последнее обстоятельство предопределило рабочий таймфрейм – Skdon trend signal невыгодно использовать на временных промежутках меньше 4 часов. Еще один трендовый стрелочный индикатор Форекс, чей алгоритм основан на двух парах скользящих средних различного типа. Это разнопериодные EMA и WMA – стрелка возникает при пересечении одной пары с другой по методу Сидуса.

В схеме можно использовать любые стрелочные головки с током отклонения до 200 мкА. Единственное условие, что это должны быть именно “голые” стрелочные головки, без шунтов, дополнительных резисторов и т.д. Для подключения к выходу схемы последовательно со стрелочной головкой нужно включить подстроечный резистор на 1-2МОм. С его помощью в дальнейшем можно будет настраивать чувствительность.

↑ Хочу стрелочный!

Даже самые лучшие стрелочные индикаторы не являются панацеей от всех проблем. Внимательные читатели должны были заметить, Cравнение тарифов брокеров что он формирует сигналы двух типов – кружки и стрелки, в частности, первый из них является предварительным, т.е.

Поскольку речь зашла об использовании операционных усилителей в измерителях сигнала, хотелось бы рассмотреть ещё несколько Стратегии на бинарных опционах схем их реализации. Индикатор стрелочный, с секторной шкалой предназначен для визуального контроля уровня сигнала.

Индикатор Braintrend2sig

В частности, появилась возможность выстраивать уровни поддержки/сопротивления. Предлагаю небольшой обзор точных стрелочных индикаторов для бинарных опционов, имеющихся в свободном доступе.

Индикатор магнитоэлектрической системы включают в себя измеритель, помещенный в корпус, состоящий из цоколя, пластмассового корпуса и полистирольной прозрачной крышки шкалы. Индикатор часового типа .5 / 3821.5 / 178.5φ58.2 / ? 59.5108.720 Основным направлением Links Russia является продажа измерительных приборов, оснастки и запасных частей для металлообрабатывающего оборудования. Наша компания имеет большой выбор измерительных приборов, стоимость которых представлена по оптовым ценам. Чистое логарифмирование неудобно – индикатор начинает показывать при мощности примерно 1 мВт.

+1950 пунктов: Стратегия форекс «Mamba Trend» по Gbp

Одновременно с появлением значков система подает звуковой сигнал. В период, когда ценовой график входит в коридор, и стоимость активов практически не меняется в течение некоторого времени, KillBinarySignals-2 дает http://dorto.co/kak-sovmeshhatь-trejding-i-osnovnuju-rabotu/ множество ложных сигналов. Поэтому в подобных условиях рекомендуется проверить направление тренда посредством трендовых индикаторов. KillBinarySignals-2 считается очень эффективным стрелочным индикатором.

Индикатор ИЧЦ

он предупреждает трейдера о том, что скоро может появиться точка входа. К числу преимуществ данных инструментов следует отнести то, что работать с ними можно, не имея знаний даже об основах торговли на бирже. Стрелочные индикаторы одинаково эффективны на любых временных стрелочный индикатор промежутках. Исключением из этого правила являются инструменты, созданные специально для торговли опционами в пределах 60 секунд. Несмотря на высокую эффективность и универсализм, характерных для стрелочных индикаторов, этот инструмент не лишен недостатков.

Стрелочные индикаторы без перерисовки

Стрелочный индикатор Форекс Trend Master от разработчиков Prodigy SMART Pro – еще один инструмент для внутридневной торговли с удобным отображением сигналов. Появление разных по типам и размерам стрелок сопровождается звуковыми и визуальными алертами. Активное развитие алгоритмической торговли на форекс не отменило ручную торговлю по сигналам индикаторов. Lh deviation aa — лучший стрелочный индикатор для новичков, формирует сигналы на вход с учетом волатильности рынка, основываясь на расчетах с использованием цен OHLC. Для MetaTrader4 создано большое количество индикаторов представленных ниже.

Однако этот индикатор остается эффективным и в других условиях. Индикатор выводит сообщения на графике в виде традиционных красных и синих стрелок.

Такая подача сигналов к продаже или покупке влечет за собой потери для трейдера. Эти инструменты бывают составными, из которых один является основным, дающим сигнал к входу в рынок, а еще несколько фильтруют этот сигнал. Совокупность действия этих индикаторов указывает трейдеру на момент и направление открытия позиции. Посмотрим теперь на современное китайское видение, каким должен быть http://www.zhprokan.com/broker-obmanyvaet-torgi-ne-nastojashhie-slil/ сигнала. В разделе «Стрелочные и сигнальные индикаторы» отображаются лучшие индикаторы данного вида, с обязательным описанием принципа появления сигнала, которые можно скачать бесплатно.

«показометр» для вашего усилителя » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)


Вспоминается беззаботное детство — в гостях у одноклассника слушаем музыку. Усилитель «Радиотехника-001-стерео», индикаторы мягко колышутся в такт музыке… Тогда это был предел мечтаний. И кощунством показалось, когда отец одноклассника (мужик увлекался радиолюбительством) заменил штатные стрелочные индикаторы на люминесцентный гадко-зеленого цвета. И усилитель потерял часть шарма, и слушать больше не хотелось…

Содержание / Contents

И прошло много лет. И вот я неспешно (иногда кажется, что слишком неспешно) собираю усилитель на лампах. И всем давно уже понятно, что индикатор уровня на усилителе — плюшка. Тем более сейчас, когда каналы в источнике практически никогда не отличаются по уровню, и понятие «регулятор стереобаланса» кануло в лету. И тем не менее — хочу стрелочный «показометр» на переднюю панель, и все тут! Аскетичного дизайна, с желтой подсветкой.
Так как индикатор-показометр не является важной частью усилителя (на скорость и стабильность не влияет), то его постройка-настройка велась уже на звучащем агрегате. Сама головка индикатора была выбрана и приобретена давно:
Удалось найти сдвоенную, с желтоватой панелью. Подсветка от производителя была сделана коаксиальной лампой накаливания на 12 Вольт. Которая была успешно заменена на 4 желтых светодиода. Но это случилось позже.
А пока что пришлось задуматься, как же микроамперметры подключать к выходу усилителя? А подключать надо через специальный логарифмический усилитель, т. к. динамический диапазон звука намного больше, чем диапазон работы микроамперметра. Теоретически это все знают, кто сталкивался с самодельными стрелочными индикаторами.В СССР была выпущена специальная микросхема для этого — К157ДА1. Микросхема не имеет аналогов за рубежом. Схема подключения проста, хоть по даташиту и необходимо двуполярное питание (неудобно). Но микросхема успешно работает и от однополярного питания. Мало того, применение транзисторов вместо диодов в схеме позволяет расширить диапазон показываемых значений аж до 40 Дб:

Различных вариаций этой схемы в сети пруд пруди. Ну что сказать… Не пошла она у меня.
Первый экземпляр благополучно сгорел от неправильно поданного питания. В течение месяца мне достали еще две штучки, но было уже поздно, я переключился на другую схему (на LM324), любезно предоставленную мне AlexD. Ради интереса потом я все же включил плату с ДА1. Не понравилось, плавности движения не наблюдалось. Модификация схемы производилась в тесном сотрудничестве с Алексеем, за что еще раз «данке шон»!
Потом был упомянутый вариант на LM324. Но оно у меня так и не заработало как хочется. Болтание стрелок, его надо подбирать глубиной ОС. Да и по сути питание надо двуполярное, может все из-за неверно организованной средней точки. Нет, лень родилась раньше меня. А совместно с ленью мы родили вот что:
Просто и со вкусом: выпрямляем и сглаживаем сигнал, затем подаем его на АЦП микроконтроллера. Обрабатываем программно и при помощи встроенного ШИМ выдаем на нагрузку (резистор). Обработка включает в себя практически только натуральное логарифмирование (Attyny13 прям как создана для таких вот простеньких задач, ну и чтобы прошивку можно было испечь на скорую руку).

И тут начинается для меня самое интересное. Функция натурального логарифмирования есть в библиотеке математических функций для контроллеров Atmel и находится в файле math.h. Но только не лезет он в этот контроллер — памяти маловато. Решить задачу в лоб не удается, начинаем его морщить (лоб). Применение более мощного контроллера не рассматривалась — не интересно. Тут и памяти вроде хватает, и удобен, и недорого, и габариты не большие. Первое, что пришло в голову: заменить эту функцию похожей, но попроще. А форму ей придать поиграв коэффициентами. Вспоминаем график обратной функции. Не «да ну его!», а вспоминаем! Если нижний правый квадрат сместить вверх относительно оси X, и немного потягать туда-сюда коэффициентами, то вполне можно подогнать под нужную форму. Вот она, формула, заменяющая логарифм: Y=-8196/(X+28)+284. Представляете ужас контроллера, обреченного просчитывать эти значения тысячи раз в секунду по прихоти хозяина, пожелавшего вспомнить «детство золотое»?

Но неприятные эмоции были гарантированы и хозяину контроллера. Для обработки результатов мало было коротких целочисленных значений, а вход и выход должны быть именно такими. Для меня перевод форматов представления данных в контроллерах одного в другой всегда был труден. Морщины на лбу умножились.

Родился второй вариант — просчитать все заранее, и контроллеру просто останется выбирать из массива данные, которые соответствуют входным значениям и выбрасывать их на выход. Готовим значения, задаем массив — ошибка компиляции. Размерность массива слишком велика для этого контроллера. А делать несколько массивов и лазить в них в зависимости от входного значения АЦП не кошерно. Роились мысли про бином Ньютона, но были отвергнуты по причине неконструктивности.

Тут в памяти всплыла фраза лектора по высшей математике из ВУЗа: «С помощью кубической сплайн-аппроксимации можно описать любую функцию» Ну кубическая нам и не нужна, а линейный сплайн вполне пойдет! Таким образом, я немного поупражнялся в OO Calc, и написал систему уравнений, достаточно точно повторяющих график логарифмической функции с помощью отрезков прямых:

if (n>=141) x=2*n+2020;
else if (n>=66) x=5*n+1600;
else if (n>=38) x=9*n+1330;
else if (n>=21) x=15*n+1110;
else if (n>=5) x=40*n+600;
else if (n>0) x=160*n+50;
if (n==0) x=0;

Все намеренно умножено на 10, чтобы отбрасываемые «хвостики» были поменьше. Я потом его делю в программе перед выводом на индикаторы.
А вот графики:

Уверен, многим из вас такое решение придет в голову сразу и покажется очевидным. Тем не менее, я уверен, что кому-то это внове и в последствии пригодится. По крайней мере, как инструмент в своем арсенале иметь лишним не будет.

Индикатор-показометр прекрасно заработал с первого включения. Были залиты несколько прошивок. Наиболее простая оказалась самой удачной.
По схеме: конденсаторы С1 и С2 в процессе настройки были заменены на 10,0 мкф — они обеспечивают плавность. Подстроечные резисторы на входе уменьшают максимальный сигнал до 5 Вольт. Теоретически надо бы поставить стабилитрон с резистором, но лень… Ну вы уже знаете, кто из нас родился раньше :laughing: Я нагрузил усилитель максимальным с моей точки зрения сигналом (так, что эквиваленты на выходе накалились), и вывел резисторы на 5 Вольт. Мне достаточно. Затем подал на вход 1 кГц с генератора и синхронизировал каналы, чуть уменьшив показания одного из микроамперметров. R4 и R5 зависят от полного тока отклонения микроамперметров, на схеме указаны для 50 мкА, у меня такие.

Схему можно тюнинговать. У Тиньки остались свободными 2 ноги. Никто не мешает прилепить туда светодиоды для индикации перегруза, когда-то модно было. Не мое — не люблю, когда что-то на усилителе моргает, потому и не делал. Реализация элементарна: по определенному уровню зажигаем светодиод и держим зажженным N милисекунд. Уровень и N подбираются по вкусу, как соль и перец. Не забудьте только, что одна из свободных ножек — Reset. А значит эксперименты делайте на одном канале, ибо если поставить соответствующий фьюз при прошивке, Reset станет просто портом, и перешить контроллер после этого не удастся.

И файлики: проект в CVAVR, прошивка, схема в Сплане.
Печатку не привожу, она без надобности: вероятность того, что у кого-то будет такой микроамперметр и надо будет приделать к нему контроллер стремится к нулю. Да и глядя на схему, вы представляете, какая там простая плата
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

Объяснение аналоговых светодиодных индикаторов уровня звука

Как сконструировать светодиодные индикаторы уровня звука? Есть два основных метода: цифровой и аналоговый. Цифровой метод основан на микроконтроллерах, а в аналоговом методе индикаторы уровня звука основаны на операционных усилителях. В этой статье мы разберем аналоговый метод изготовления светодиодного индикатора уровня звука (более известного как светодиодный VU-метр).

Светодиодный индикатор уровня звука (LED VU — meter)


Аналоговые светодиодные индикаторы уровня звука, разработанные Джорджем Адамидисом, находятся под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Непортированная лицензия.

Основные характеристики аналогового светодиодного индикатора уровня звука
  1. Каждый аналоговый светодиодный индикатор уровня звука на самом деле является вольтметром, отображающим амплитуду напряжения. Это связано с тем, что звук на самом деле является электрическим сигналом, и его уровень зависит от амплитуды его напряжения.
  2. Уровень звука обычно отображается на гистограмме, состоящей из светодиодов, расположенных рядом друг с другом, образуя полосу.
  3. Каждый светодиод включается, когда уровень звука достигает определенного порога, и остается включенным, пока амплитуда сигнала остается выше этого определенного порога.
  4. В направлении возрастания, пороговый уровень каждого светодиода выше, чем предыдущий.
  5. Гистограмма образована светодиодами, длина которой пропорциональна уровню звука (амплитуде сигнала).
Минимальный уровень, разрешение и динамический диапазон

Поскольку гистограмма образована M светодиодами, уровень звука отображается на M последовательных уровнях. Каждый светодиод соответствует одному из M последовательных уровней.Уровни M могут быть линейно распределены по динамическому диапазону индикатора уровня звука или могут быть распределены логарифмически.

Первый случай приводит к линейному представлению уровня звука, тогда как во втором случае мы имеем логарифмическое представление. Наиболее распространенное представление уровня звука — логарифмическое. Это связано с психоакустическими причинами, с большим динамическим диапазоном, а также с лучшим разрешением при низких уровнях сигнала.

Минимальный уровень звука, который может отображаться на гистограмме светодиодного VU — метра, определяется пороговым уровнем светодиода, который загорается на самой низкой громкости.Разрешение графика определяется разностью двух последовательных пороговых уровней двух последовательных светодиодов. Разрешение может быть выражено в вольтах в случае метода линейного отображения или в дБ в случае метода логарифмического отображения.

10 LED Stereo — VU meter

Весь динамический диапазон светодиодного VU-метра в вольтах равен разнице между максимумом за вычетом минимального порогового уровня на гистограмме. То есть разница уровня сигнала, необходимого для включения всех светодиодов, за вычетом уровня сигнала, необходимого для включения только одного светодиода в полосе.Однако динамический диапазон обычно выражается не в вольтах, а скорее в виде отношения. Обычно он выражается как отношение максимального порогового уровня к минимальному, а также может быть выражен в дБ.

Компаратор как основной дисплей

В аналоговых светодиодных индикаторах уровня звука каждый светодиод управляется компаратором напряжения. В электронике компаратор напряжения — это устройство, которое сравнивает два напряжения и выводит цифровой сигнал, указывающий, какое из них больше. Компаратор обычно изготавливается из операционного усилителя, как показано на Рисунке 1:

. Рисунок 1. Компаратор операционного усилителя

Компаратор сравнивает два аналоговых напряжения: V + и V . V + и V подаются на неинвертированный вход (клемма +) и инвертирующий вход (клемма -) операционного усилителя соответственно. Выходом компаратора является двоичный сигнал V out . В идеале V из принимает два значения в зависимости от результата сравнения напряжения V + и V :

.
  1. Когда напряжение V + больше, чем V , V out принимает максимальное значение (логическая 1 — высокое состояние).
  2. Когда V больше, чем V + , V out принимает минимальное значение (логический 0 — низкое состояние).

Точное значение V out в вольтах в высоком или низком состоянии зависит от напряжения питания и от типа операционного усилителя. Обычно V out в высоком состоянии примерно равно положительному напряжению питания операционного усилителя (максимальное напряжение питания), а на низком уровне примерно равно отрицательному напряжению питания операционного усилителя (минимальное напряжение питания).Стоит отметить, что все напряжения измеряются относительно земли (общая точка, которая считается равной 0 вольт).

Фактически, любой из двух уровней напряжения V на выходе (но обычно высокий уровень) может использоваться для управления светодиодом и его включения.

Для изучения схемы компаратора вы можете обратиться к множеству онлайн-ресурсов. Однако основная концепция работы компаратора такова:

Операционный усилитель на самом деле представляет собой дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления.В большинстве схем используются операционные усилители с отрицательной обратной связью, чтобы ограничить их большое усиление. Но в схеме компаратора нет отрицательной обратной связи, и высокий коэффициент усиления на практике является параметром, который превращает дифференциальный усилитель в компаратор. Пусть G будет коэффициентом усиления разомкнутого контура (без обратной связи) операционного усилителя. Тогда работу компаратора можно описать уравнением 1:

В из = G · (В + — В )

(1)

Уравнение 1 утверждает, что операционный усилитель усиливает разницу двух входных напряжений (V + минус V ) в G раз.Из-за того, что коэффициент усиления разомкнутого контура G очень велик (теоретически бесконечен, а на практике составляет от 10000 до 1000000 и зависит от типа операционного усилителя) даже при незначительном дифференциальном напряжении, большое значение напряжения получается для V из . Теоретически предполагается, что G бесконечно, и напряжение V из будет иметь экстремальные значения + ∞ и -∞. На практике усиление G очень велико, но не бесконечно, и V out имеет очень высокое положительное значение, когда V + больше, чем V (знак дифференциального входного напряжения положительный) и очень большое отрицательное значение, если V + меньше V (знак дифференциального входного напряжения отрицательный).

В практической схеме максимальное напряжение V out ограничено положительным напряжением питания операционного усилителя, а минимальное напряжение V out ограничено отрицательной шиной напряжения питания. Если на операционный усилитель подается только положительное напряжение, выходное напряжение V в низком состоянии будет очень близко к 0 В.

Использование компараторов для индикации уровня постоянного напряжения

Каждый аналоговый светодиодный индикатор уровня звука представляет собой вольтметр, отображающий амплитуду напряжения, как мы упоминали в первом разделе нашей статьи.Следовательно, светодиодный индикатор уровня звука на самом деле является вольтметром переменного тока. Вместо того, чтобы делать светодиодный вольтметр переменного тока, мы начнем с создания более простой схемы, работающей только на постоянном токе. Далее мы внесем необходимые изменения, чтобы преобразовать его в вольтметр переменного тока. Итак, начнем с изготовления светодиодного индикатора уровня постоянного напряжения:

Для изготовления светодиодного вольтметра постоянного тока нам понадобится много идентичных схем компаратора. Для общего количества M-светодиодов нам потребуется M = N + 1 компараторов, как на рисунке 2 (компараторы пронумерованы от 0 до N).

Рисунок 2. Светодиодный индикатор уровня постоянного тока

Обратите внимание, что входной сигнал, В в (сигнал постоянного тока) применяется ко всем неинвертирующим входам (+) всех операционных усилителей. И наоборот, на каждый инвертирующий вход каждого операционного усилителя подается разное напряжение, возникающее в результате шкалы последовательных резисторов (R o до R N ).

Напряжение V и подается на инвертирующий вход каждого операционного усилителя. Индекс «i» принимает значения от 0 до N, где N = M-1.Напряжение V 0 подается на инвертирующий вход первого операционного усилителя, V 1 подается на второй операционный усилитель, V 2 — на третий и так далее. Обратите внимание, что каждое напряжение V i выше, чем его предшественник (V i-1 ).

В, и , фактически является пороговым напряжением для i-го светодиода. Таким образом, светодиод 0 включается, когда входное напряжение постоянного тока превышает V 0 , светодиод 1 включается, когда входное напряжение постоянного тока превышает V 1 , светодиод 2 включается, когда входное напряжение постоянного тока превышает V 2 и т. на.Например, когда входное напряжение больше, чем V 3 и ниже, чем V 4 , будут гореть первые 4 светодиода от D 0 до D 3 . Когда все светодиоды расположены рядом, образуется световая полоса, длина которой будет отражать входное напряжение постоянного тока. По сути, мы сделали вольтметр постоянного тока со светодиодами. Давайте теперь рассмотрим, как рассчитать номиналы резисторов R или — R N для разработки вольтметра с линейной шкалой или для разработки логарифмического вольтметра:

Давайте сначала посмотрим, какой ток проходит через резисторы R или — R N .Предполагая, что входной импеданс каждого операционного усилителя имеет бесконечное значение, все эти резисторы включены последовательно, поэтому через них проходит один и тот же ток I:

Ι = V R / R т

(2)

Rt — полное сопротивление последовательного соединения от R o до R N . То есть:

R т = R 0 + R 1 + … .. + R N

(3)

Допустимо предположить, что резисторы R 0 — R N включены последовательно, поскольку входное сопротивление всех операционных усилителей бесконечно.В противном случае у нас были бы утечки тока на операционные усилители, и мы не могли бы считать, что у нас есть серия резисторов. На практике операторы не имеют бесконечного входного сопротивления, но демонстрируют чрезвычайно высокое входное сопротивление (порядка нескольких сотен кОм или десятков МОм), поэтому наш подход точен, пока токи утечки намного меньше, чем I или общая сумма R t , резисторов от R o до R N , намного ниже, чем входное сопротивление каждого операционного усилителя.

Пороговое напряжение первого светодиода ( 0 В) должно быть равно:

V 0 = I · R 0 или V 0 = V R · R 0 / R т

(4)

Пороговое напряжение второго светодиода ( В 1 ) будет:

V 1 = I · (R 0 + R 1 ) или V 1 = V R · (R 0 + R 1 ) / R т

(5)

Таким же образом любое пороговое напряжение V и будет:

V i = (V R / R t ) · ∑ n (от 1 до N) R n

(6)

Индекс i принимает значения от 0 до N (N =-1, а Μ — общее количество светодиодов).Символ ∑ i обозначает суммирование членов, индексированных i.

Естественно, для последнего светодиода (с индексом N) это

В Н = В R

(7)

Напряжение V R фактически является внешним опорным напряжением постоянного тока, которое определяет все пороговые напряжения на шкале (см. Уравнение 6). Поэтому, когда мы ссылаемся на V R , мы будем называть его просто «опорным напряжением».

Индикация линейной шкалы

В случае светодиодного индикатора напряжения с линейной шкалой все резисторы R или — R N должны иметь одинаковое значение.То есть R o = R 1 = R 2 = …… = R N . Допустимо любое значение, поскольку мы предполагали, что каждый операционный усилитель имеет бесконечное входное сопротивление. Единственное, что имеет значение, это то, что все эти резисторы должны быть одинаковыми.

Лучше выбрать относительно высокое значение, чтобы минимизировать ток в последовательно соединенных резисторах (следовательно, для экономии энергии), но не слишком высокое, чтобы избежать теплового шума. Фактическое входное сопротивление операционных усилителей очень велико, но не бесконечно.Это еще один параметр, который мешает нам использовать очень высокие резисторы.

Из уравнения (6) и учитывая, что все резисторы R 0 — R N имеют одинаковое значение, следует, что:

Минимальный пороговый уровень составляет V 0 = V R · R 0 / Rt, а шаг разрешения составляет V i — V i — 1 , что также равно V o . То есть V i — V i-1 = V 0 .Верно также, что V 0 = V R / M, где M — общее количество светодиодов. То есть минимальный пороговый уровень и шаг разрешения равны отношению опорного напряжения к общему количеству шагов. Как следствие, динамический диапазон системы в вольтах будет равен V R -V R / M, то есть равен (M-1) · V R / M. V R на самом деле является верхним пределом динамического диапазона, и это означает, что для входных напряжений постоянного тока, превышающих V R , система будет насыщена, то есть все светодиоды будут гореть.

Обычно динамический диапазон выражается не в вольтах, а как отношение максимального порогового уровня к минимальному. Таким образом, динамический диапазон линейного индикатора уровня напряжения будет равен V R / (V R / M), то есть равен M или равен 20log (M) в дБ. Следовательно, в случае линейной шкалы динамический диапазон светодиодного индикатора зависит только от общего количества светодиодов.

Логарифмическая шкала

В случае логарифмической шкалы резисторы от R o до R N не идентичны и их значения зависят от шага разрешения.Чтобы вычислить правильные значения для логарифмической шкалы, мы должны решить схему, как показано ниже:

Предположим, что шаг разрешения будет равен S дБ (например, 1,5, 2 или 3 дБ и т. Д.). Это означает, что каждое напряжение V i должно быть на S db выше предыдущего, V i-1 . Учитывая определение db, должно быть верно, что:

20 log (V i / V i -1 ) = S⇒ V i / V i -1 = 10 S / 20

(7)

Подставляя напряжения V i / V i -1 , из уравнения (6), мы находим, что:

R i = Σ n (n = от 0 до i-1) R n (10 S / 20 -1), для i от 1 до Ν

(8)

Итак, мы получаем рекурсивную формулу (8), по которой мы можем вычислить значение каждого резистора Ri, если нам известен шаг разрешения S в дБ и значения всех предыдущих членов.То есть, чтобы рассчитать R 1 , нам нужно знать значение Ro. Затем мы можем рассчитать 2 рандов из 1 и 0 рандов, 3 рандов из 2 рандов, 1 рандов, 2 рандов и т. Д. Установив

10 S / 20 =

Α

(9)

мы можем получить из уравнения (8), что:

рэндов 1 = рэндов 0, (А -1)

рэндов 2 = рэндов 0 (A -1) + рэндов 0 (A -1) 2

R 3 = R 0 · (A -1) + 2R 0 · (A -1) 2 + R 0 · (A -1) 3

R 4 = R 0 · (A -1) + 3R 0 · (A -1) 2 + 3R 0 · (A -1) 3 + R 0 · (А -1) 4

R 5 =….и так далее.

Вышеуказанное эквивалентно:

рэндов 1 = рэндов 0 · (А -1) · 1

рэндов 2 = рэндов · (A -1) · [1+ (Α-1)]

3 R 0 · (A -1) · [1 + 2 (Α-1) + (Α-1) 2 ]

3 R 0 · (A -1) · [1 + 3 (Α-1) +3 (Α-1) 2 + (Α-1) 3 ]

R 5 =…. и так далее

Мы можем заметить, что в скобках есть многочлены.Эти многочлены имеют биномиальные коэффициенты. Учитывая биномиальную теорему, мы можем заметить, что все эти многочлены имеют вид (x + 1) N , где x = A-1. Таким образом, мы можем написать:

рандов 1 = рупий 0 (A -1) A 0

рэндов 2 = рэндов 0 (A -1) 1

3 рупий = рупий 0 (A -1) 2

4 рупий = рупий 0 (A -1) 3

R 5 =….и так далее

Все вышеперечисленные уравнения могут быть сведены в одно уравнение:

R i = R 0 · (A -1) · i-1 , i — индекс от 1 до 000

(10)

Уравнение (10) является еще одним выражением для расчета значений от 0 до N . Уравнение (10), конечно, эквивалентно уравнению (8), но есть также существенная разница: в то время как уравнение (8) является рекурсивной формулой, уравнение (10) является аналитическим выражением.Это означает, что мы можем напрямую найти значение любого сопротивления в сети R 0-N без необходимости знать какое-либо другое значение, кроме R 0 .

R 0 можно выбрать двумя способами:

  1. Мы можем выбрать произвольное значение для R 0 .
  2. Сначала мы можем принять решение о значении общего сопротивления R t , а затем рассчитать R 0 из R t на основе уравнения:

R t = R o + Σ n (от 1 до N) R n

(11)

Подставляя значения R i из уравнения (10), находим:

R o = R t / (1+ (A -1) · Σ i (от 1 до N) Α i-1 )

(12)

Поскольку M — общее количество светодиодов, имеется N = M-1 шагов, и это означает, что минимальный порог будет на N · S дБ ниже максимального порогового напряжения (опорное напряжение V R ).Это означает, что динамический диапазон логарифмического индикатора равен N · S дБ, и, учитывая определение дБ, мы можем обнаружить, что минимальное напряжение изображения в вольтах будет равно В R · 10 -N · S / 20 .

От постоянного тока до ΑC

До сих пор мы разобрали, как сделать светодиодный вольтметр постоянного тока, линейный или логарифмический. Но нашей первоначальной целью было создать вольтметр переменного тока, потому что мы хотели сделать индикатор уровня звука.

Чтобы преобразовать вольтметр постоянного тока в вольтметр переменного тока, мы должны добавить выпрямитель.Выпрямитель может быть полуволнового или двухполупериодного типа (т. Е. Простой диод или выпрямительный мост). Это также может быть простой выпрямитель на кремниевых диодах или любой прецизионный выпрямитель на базе операционных усилителей или любого другого типа. Входной сигнал должен подаваться на вход выпрямителя, а выход выпрямителя должен быть подключен к вольтметру постоянного тока.

Из общей теории выпрямления мы знаем, что выпрямитель дает на выходе компонент постоянного тока, который пропорционален амплитуде входного сигнала переменного тока и нескольким гармоникам более высокого порядка.Компонент постоянного тока содержит всю полезную информацию об уровне входного сигнала переменного тока. Следовательно, если мы хотим, чтобы наш вольтметр точно отображал амплитуду сигнала переменного тока, мы также должны добавить фильтр нижних частот, чтобы отклонять гармоники высшего порядка, создаваемые выпрямителем.

Все необходимые дополнения, чтобы преобразовать базовый светодиодный вольтметр постоянного тока в вольтметр переменного тока, показаны на рисунке 3:

Рис. 3. Светодиодный вольтметр переменного тока (на основе светодиодного вольтметра постоянного тока с добавлением выпрямителя и фильтра нижних частот)

Роль потенциометра R P будет обсуждаться в следующем разделе.

Не имеет значения, изготовлен ли выпрямитель из кремниевых диодов или с операционными усилителями, или имеет ли фильтр активную или пассивную топологию. В общем, для построения светодиодного индикатора уровня звука приемлемы все типы выпрямителей, а также все типы фильтров нижних частот (активные или пассивные). Прецизионный выпрямитель на основе операционных усилителей, естественно, будет иметь большую чувствительность, чем простой диодный выпрямитель. Второй не сможет реагировать на слабые сигналы ниже порогового напряжения диода (около 0.6В). Для аудиоприложений рекомендуется, чтобы частота среза (-3 дБ) фильтра нижних частот составляла от 2 до 10 Гц (т. Е. Постоянная времени от 500 до 100 мс), чтобы индикатор уровня звука реагировал относительно медленно. и обеспечивает максимальное удержание. В противном случае светодиодный индикатор будет мигать слишком быстро, и визуализировать уровень сигнала будет практически невозможно.

Регулировка чувствительности

Из уравнения (6) мы обнаружили, что V R определяет верхний предел динамического диапазона и все пороговые напряжения (от V o до V N ).При наличии громкого сигнала с амплитудой, равной или превышающей опорное напряжение V R (что соответствует пороговому уровню наиболее значимого светодиода), система насыщается. Во время насыщения все светодиоды остаются включенными. Это означает, что шумомер может постоянно находиться в режиме насыщения (все светодиоды загорятся), если входной сигнал постоянно превышает опорное напряжение. Это произойдет, если опорное напряжение установлено слишком низким. С другой стороны, если опорное напряжение установлено слишком высоким, на измерителе может быть несколько функциональных светодиодов, а некоторые из них могут быть постоянно выключены.

Этих проблем можно избежать с помощью регулируемого опорного напряжения. Тогда V R можно будет отрегулировать до нужного уровня в соответствии с силой входного сигнала.

Потенциометр R p в схеме на рис. 3 вставлен именно по этой причине; это позволяет регулировать опорное напряжение V R .

Примеры оформления:

Пример линейного индикатора уровня звука

Предположим, мы хотим разработать линейный измеритель уровня звука с 10 светодиодами.Доступно напряжение питания +12 В, и нам приходится использовать операционные усилители с известными характеристиками. Входное сопротивление операционных усилителей составляет около 1 МОм, а максимальное выходное напряжение на выходе любого операционного усилителя (положительная шина) примерно на 2 В ниже положительного напряжения питания. Из рабочих характеристик светодиода также известно, что любой из доступных светодиодов, который приводится в действие током 20 мА, имеет на своих выводах напряжение около 2 В.

Обращаясь к схеме на Рисунке 1, поскольку у нас есть 10 светодиодов, нам понадобится 10 резисторов для сети, генерирующей пороговое напряжение, R 0 — R 9 .Поскольку нам нужна линейная шкала, все резисторы должны быть одинаковыми. Мы выберем достаточно высокое сопротивление резистора, чтобы минимизировать энергопотребление, но в то же время общее сопротивление R t должно быть намного ниже, чем входное сопротивление каждого операционного усилителя.

Так как у нас 10 одинаковых резисторов, общее сопротивление R t будет равно 10 R 0 .

Давайте выберем R t так, чтобы оно было в 20 раз меньше входного сопротивления 1 МОм.При таком выборе R t должно быть равно примерно (1/20) МОм, то есть 10R 0 = 50 кОм, то есть R 0 = 5 кОм. Наиболее близким к значению 5 кОм для резисторов серии E24 является значение 4,7 кОм, поэтому значение 4,7 кОм будет разумным выбором.

Теперь пора рассчитать резисторы от R L0 до R L9, , которые должны быть включены последовательно со светодиодами. Напряжение питания составляет 12 В, и предполагается, что уровень логической 1 в каждом компараторе соответствует напряжению, которое на 2 В ниже напряжения питания.Это означает, что уровень логической 1 на выходе любого компаратора составляет около 10 В. Исходя из этого, а также поскольку напряжение на концах каждого светодиода составляет 2 В, при токе 20 мА мы заключаем, что напряжение на концах каждого резистора R L составляет 8 В. Затем, используя закон Ома (R = V / I) и установив V = 8 В и I = 20 мА, мы обнаруживаем, что каждый резистор R L должен быть равен 8 / 0,02 = 400 Ом. Ближайшее значение при 400 Ом для резисторов серии E24 составляет 390 Ом. Таким образом, значение 390 Ом является разумным выбором для всех резисторов R L .

Пример конструкции логарифмического индикатора уровня звука

Предположим, мы хотим разработать логарифмический индикатор уровня звука с 10 светодиодами и шагом разрешения 3 дБ. Доступно напряжение питания +12 В, и нам приходится использовать операционные усилители с известными характеристиками. Входное сопротивление операционных усилителей составляет около 1 МОм, а максимальное выходное напряжение на выходе любого операционного усилителя (положительная шина) примерно на 2 В ниже положительного напряжения питания.Из рабочих характеристик светодиода также известно, что любой из доступных светодиодов, который приводится в действие током 20 мА, имеет на своих выводах напряжение около 2 В.

Обращаясь к схеме на Рисунке 1, поскольку у нас есть 10 светодиодов, нам понадобится 10 резисторов для сети, генерирующей пороговое напряжение, R 0 — R 9 . Выберем R t так, чтобы оно было в 20 раз меньше входного сопротивления 1 МОм. Таким образом, R t должно быть около (1/20) МОм = 50 кОм.

Установив S = 3 дБ в уравнении (9), мы вычислим, что Α = √2 -1.

Установив Α = √2 -1 в уравнении (12) и для Ν = 9, мы находим, что R 0 = 2233 Ом.

После расчета значения для R 0 , мы можем рассчитать все остальные значения для остальных резисторов вне шкалы (от 1 до 9 ). Используя уравнение (10) для N = 9 и задав R 0 = 2233 Ом, мы можем найти, что:

R 1 = 921,2 Ом, R 2 = 1300 Ом, R 3 = 1820 Ом, R 4 = 2610 Ом, R 5 = 3667 Ом, R 6 = 5180 Ом, R 7 = 7317 Ом , R 8 = 10340 Ом, R 9 = 14600 Ом

Ближайшие значения к вышеуказанным значениям для резисторов серии E96 (1%) составляют:

R 1 = 931 Ом, R 2 = 1301 Ом, R 3 = 1838 Ом, R 4 = 2596 Ом, R 5 = 3650 Ом, R 6 = 5230 Ом, R 7 = 7320 Ом, R 8 = 10200 Ом, R 9 = 14700 Ом

Рисунок 4. R i номиналы резисторов в Ом, для Ν = 9 и R t = 50K

Теперь пора рассчитать резисторы от R L0 до R L9 , которые должны быть подключены последовательно со светодиодами. Напряжение питания составляет 12 В, и предполагается, что уровень логической 1 в каждом компараторе соответствует напряжению, которое на 2 В ниже напряжения питания. Это означает, что уровень логической 1 на выходе любого компаратора составляет около 10 В. Исходя из этого, а также поскольку напряжение на концах каждого светодиода составляет 2 В, при токе 20 мА мы заключаем, что напряжение на концах каждого резистора R L составляет 8 В.Затем, используя закон Ома (R = V / I) и установив V = 8 В и I = 20 мА, мы обнаруживаем, что каждый резистор R L должен быть равен 8 / 0,02 = 400 Ом. Ближайшее к 400 Ом значение для резисторов серии E24 составляет 390 Ом. Таким образом, значение 390 Ом является разумным выбором для всех резисторов R L .

Подробнее об этой статье

Вышеупомянутая статья «Объяснение аналоговых светодиодных индикаторов уровня звука» является частью некоторых заметок из лекций по электронике, прочитанных Г. Адамидисом (физик — магистр электронной физики) в греческом профессионально-техническом институте высшего образования.Предоставленный тест является переводом греческого оригинала.

Целью статьи является анализ основной концепции аналоговых светодиодных индикаторов уровня звука. В контексте этого анализа мы предлагаем несколько топологий схем на основе компараторов операционных усилителей. Конечно, компараторы могут быть построены с элементами, отличными от операционных усилителей, такими как биполярные транзисторы или полевые транзисторы.

В статье представлена ​​идея и понятная методика, и ее можно использовать как конструкцию или учебное пособие.

Всегда есть место для улучшений. Если вы считаете, что что-то не так или что-то нужно улучшить, не стесняйтесь размещать свои комментарии или отправлять отзывы. В CircuitLib мы высоко ценим любой вклад от кого-либо.

Принципиальная схема указателя уровня воды — Датчик уровня жидкости Проект

Это принципиальная схема простого индикатора уровня воды без коррозии для дома и промышленности. Фактически, с помощью этой схемы можно измерить уровень любых токопроводящих некоррозионных жидкостей.Схема построена на 5 транзисторных ключах. Каждый транзистор включается для возбуждения соответствующего светодиода, когда на его базу подается ток через воду через электродные зонды.

Один электродный зонд (F) с напряжением 6 В переменного тока размещен на дне резервуара. Остальные датчики устанавливаются поэтапно над нижним датчиком. Когда вода поднимается, база каждого транзистора получает электрическое соединение с 6 В переменного тока через воду и соответствующий зонд. Это, в свою очередь, заставляет транзисторы светиться светодиодом и показывать уровень воды.Концы датчиков индикатора уровня воды в баке подключаются к соответствующим точкам в цепи, как показано на принципиальной схеме.

Изолированный алюминиевый провод с удаленной изоляцией на концах подойдет для датчика. Расположите зонды на трубе из ПВХ по порядку в зависимости от глубины и погрузите ее в резервуар. Напряжение переменного тока используется для предотвращения электролиза на датчиках. Так что эта установка продлится очень долго. Гарантирую как минимум 2 года работы без обслуживания. Это то, что я получил и продолжаю.

Компоненты
Компонент Спецификация
Транзистор (от T1 до T5) BC 548 или 2N2222
Резисторы (R1 — R5) 2.2K 1/4 Вт
Резисторы (от R6 до R10) 22K 1/4 Вт
Светодиоды (от D1 до D5) Цвет по вашему выбору

Примечания:

Для источника питания используйте трансформатор с выходом 6 В 500 мА.Не используйте выпрямитель! Нам нужен чистый AC. Для датчиков используйте высококачественный изолированный алюминиевый провод. Если алюминиевых проводов нет в наличии, попробуйте сталь или олово. Медь хуже всего. Сначала попробуйте схему на макетной плате и, если она не работает должным образом, отрегулируйте значения сопротивления. Это часто необходимо, потому что проводимость воды немного меняется от места к месту. Калибровка уровней простого индикатора уровня воды будет зависеть от жидкости, уровень которой должен быть рассчитан.Типовой номер используемых здесь транзисторов не имеет решающего значения, и любой малосигнальный NPN-транзистор подойдет. Несколько других подходящих номеров типов: BC546, BC107, PN2222, BC337, BF494, ZTX300, BEL187 и т. Д. Схема может быть заключена в пластмассовую коробку с отверстиями для обнаружения светодиодов.

Принципиальная электрическая схема индикатора уровня воды и расположение датчика.

Указатель уровня воды

Это основная форма индикатора уровня воды, используемая для измерения.Если вам нужен полностью автоматический контур контроллера уровня воды, попробуйте эту схему Контроллер уровня воды . Схема полностью построена преимущественно на транзисторах. Чувствительная секция чем-то похожа на эту схему, но есть дополнительная схема для включения насоса, когда уровень воды падает ниже установленного уровня, и насос будет выключен, когда резервуар будет заполнен. Несколько транзисторов, один 555IC и электромагнитное реле используются для реализации блока управления. Схема очень простая, экономичная, надежная и многие ребята успешно ее собрали.Я также работаю над индикатором / контроллером уровня воды поплавкового типа, используя механизм датчика уровня топлива поплавкового типа, используемый в мотоциклах. Секция датчика уровня закончена, и теперь я работаю над схемой управления. Я добавлю схему сюда, как только она будет закончена

Примечание: — Недавно мы разработали гораздо лучшую и полностью функциональную схему контроллера уровня воды с использованием микроконтроллера 8051 . Этот контроллер уровня воды контролирует уровень верхнего резервуара и автоматически включает водяной насос всякий раз, когда уровень опускается ниже установленного предела.Вы можете увидеть схему и попробовать.

9.1: Аналоговые и цифровые сигналы

Контрольно-измерительные приборы — это область исследования и работы, сосредоточенная на измерении и управлении физическими процессами. Эти физические процессы включают давление, температуру, скорость потока и химическую консистенцию. Инструмент — это устройство, которое измеряет и / или действует для управления любым физическим процессом. В связи с тем, что электрические величины напряжения и тока легко измерять, манипулировать и передавать на большие расстояния, они широко используются для представления таких физических переменных и передачи информации в удаленные места.

Сигнал — это любая физическая величина, передающая информацию. Слышимая речь, безусловно, является своего рода сигналом, поскольку она передает мысли (информацию) одного человека другому через физическую среду звука. Жесты рук тоже являются сигналами, передающими информацию с помощью света. Этот текст — еще один вид сигнала, интерпретируемый вашим обученным английским умом как информация об электрических цепях. В этой главе слово сигнал будет использоваться в первую очередь по отношению к электрическому количеству напряжения или тока, которое используется для того, чтобы представлять или означает некоторую другую физическую величину.

Аналоговый сигнал — это вид сигнала, который является непрерывно изменяемым, в отличие от имеющего ограниченное количество шагов в своем диапазоне (так называемый цифровой ). Хорошо известным примером аналоговых и цифровых часов являются часы: аналоговые — это тип с указателями, которые медленно вращаются вокруг круговой шкалы, а цифровые — это тип с отображением десятичных чисел или «подержанные», которые дергаются, а не плавно вращается. Аналоговые часы не имеют физических ограничений на то, насколько точно они могут отображать время, поскольку их «стрелки» движутся плавно, без пауз.Цифровые часы, с другой стороны, не могут передавать никакую единицу времени меньше, чем позволяет их дисплей. Тип часов с «секундной стрелкой», которая дергается с интервалом в 1 секунду, представляет собой цифровое устройство с минимальным разрешением в одну секунду.

Как аналоговые, так и цифровые сигналы находят применение в современной электронике, и различия между этими двумя основными формами информации будут рассмотрены более подробно позже в этой книге. А пока я ограничусь рамками этого обсуждения аналоговыми сигналами, поскольку системы, в которых они используются, обычно имеют более простую конструкцию.

При наличии многих физических величин, особенно электрических, аналоговая изменчивость легко обнаруживается. Если такая физическая величина используется в качестве носителя сигнала, она сможет представлять вариации информации с почти неограниченным разрешением.

На заре промышленного приборостроения сжатый воздух использовался в качестве среды передачи сигналов для передачи информации от измерительных приборов к устройствам индикации и управления, расположенным удаленно. Величина давления воздуха соответствовала величине измеряемой переменной.Чистый сухой воздух с плотностью приблизительно 20 фунтов на квадратный дюйм (PSI) подавался из воздушного компрессора по трубопроводу в измерительный прибор и затем регулировался этим прибором в соответствии с измеряемым количеством для получения соответствующего выходного сигнала. Например, пневматический (воздушный сигнал) «датчик» уровня, настроенный для измерения высоты воды («параметр процесса») в резервуаре для хранения, будет выдавать низкое давление воздуха, когда резервуар пуст, и среднее давление, когда резервуар был частично заполнен, и высокое давление, когда бак был полностью заполнен.

«Индикатор уровня воды» (LI) — это не что иное, как манометр, измеряющий давление воздуха в пневматической сигнальной линии. Это давление воздуха, являющееся сигналом , в свою очередь, отражает уровень воды в резервуаре. Любое изменение уровня в резервуаре может быть представлено соответствующим изменением давления пневматического сигнала. Помимо определенных практических ограничений, налагаемых механикой устройств, работающих под давлением воздуха, этот пневматический сигнал является бесконечно изменяемым, способным отображать любую степень изменения уровня воды, и поэтому является аналогом в прямом смысле этого слова.

Каким бы грубым это ни казалось, этот вид пневматической сигнальной системы стал основой многих промышленных систем измерения и управления по всему миру и до сих пор находит применение благодаря своей простоте, безопасности и надежности. Сигналы давления воздуха легко передаются через недорогие трубки, легко измеряются (с помощью механических манометров), и ими легко манипулировать с помощью механических устройств, использующих сильфоны, диафрагмы, клапаны и другие пневматические устройства. Сигналы давления воздуха полезны не только для , измеряющего физических процессов, но и для , управляющего физическими процессами.При достаточно большом поршне или диафрагме небольшой сигнал давления воздуха может использоваться для создания большой механической силы, которая может использоваться для перемещения клапана или другого управляющего устройства. Полные системы автоматического управления были созданы с использованием давления воздуха в качестве сигнальной среды. Они просты, надежны и относительно легки для понимания. Однако практические пределы точности сигнала давления воздуха могут быть слишком ограничивающими в некоторых случаях, особенно когда сжатый воздух не является чистым и сухим, и когда существует возможность утечки в трубках.

С появлением полупроводниковых электронных усилителей и других технологических достижений, электрические величины напряжения и тока стали практичными для использования в качестве аналоговых средств сигнализации приборов. Вместо использования пневматических сигналов давления для передачи информации о заполнении резервуара для хранения воды электрические сигналы могут передавать ту же информацию по тонким проводам (вместо трубок) и не требуют поддержки такого дорогостоящего оборудования, как воздушные компрессоры, для работы:

Аналоговые электронные сигналы по-прежнему являются основными видами сигналов, используемых в мире измерительных приборов сегодня (январь 2001 г.), но они уступают место цифровым способам связи во многих приложениях (подробнее об этом позже).Несмотря на технологические изменения, всегда полезно иметь полное представление об основных принципах, поэтому следующая информация никогда не устареет.

Одной из важных концепций, применяемых во многих системах аналоговых контрольно-измерительных приборов, является концепция «живого нуля», стандартный способ масштабирования сигнала таким образом, чтобы показание 0 процентов можно было отличить от состояния «мертвой» системы. В качестве примера возьмем пневматическую сигнальную систему: если диапазон давления сигнала для датчика и индикатора был спроектирован таким образом, чтобы составлять от 0 до 12 фунтов на кв. быть допустимым показанием 0 процентов измерения или , это может означать, что система была неисправна (воздушный компрессор остановился, сломаны трубки, неисправен датчик и т. д.). С точкой 0 процентов, представленной 0 фунтами на квадратный дюйм, не было бы простого способа отличить одно от другого.

Если, однако, мы должны были масштабировать инструменты (передатчик и индикатор), чтобы использовать шкалу от 3 до 15 фунтов на квадратный дюйм, где 3 фунта на квадратный дюйм представляют 0 процентов, а 15 фунтов на квадратный дюйм представляют 100 процентов, любой вид неисправности, приводящей к нулевому давлению воздуха на индикатор покажет -25 процентов (0 фунтов на кв. дюйм), что явно является ошибочным значением. Тогда человек, смотрящий на индикатор, сможет сразу сказать, что что-то не так.

Не все стандарты сигналов были установлены с базовыми линиями «живого нуля», но более надежные стандарты сигналов (3–15 фунтов на кв. Дюйм, 4–20 мА) имеют, и не зря.

ОБЗОР

  • Сигнал — это любая обнаруживаемая величина, используемая для передачи информации.
  • Аналоговый сигнал — это сигнал, который можно непрерывно или бесконечно изменять, чтобы представить любое небольшое изменение.
  • Пневматические сигналы или давления воздуха, которые использовались в основном в системах сигнализации промышленных приборов.Это в значительной степени вытеснено аналоговыми электрическими сигналами, такими как напряжение и ток.
  • A живой ноль относится к шкале аналогового сигнала, использующей ненулевую величину для представления 0 процентов реального измерения, так что любая неисправность системы, приводящая к естественному состоянию «покоя» с нулевым сигналом давления, напряжения или тока, может быть сразу же узнаваемым.

Назад к основам: основы токовых петель 4–20 мА

Теперь, когда вы понимаете, как и почему используется ток, вы можете начать понимать, для чего именно предназначена петля.

Рисунок 4. Компоненты токовой петли 4–20 мА

1. Датчик

Во-первых, необходим какой-то датчик, который измеряет переменную процесса. Датчик обычно измеряет температуру, влажность, расход, уровень или давление. Технология, используемая в датчике, будет сильно различаться в зависимости от того, что именно он предназначен для измерения, но это не имеет отношения к данному обсуждению.

2. Преобразователь

Во-вторых, независимо от того, какой датчик контролирует, должен быть способ преобразования его измерения в токовый сигнал от четырех до двадцати миллиампер.Здесь в игру вступит передатчик. Если, например, датчик измеряет высоту пятидесятифутового резервуара, передатчику необходимо будет преобразовать ноль футов в то, что резервуар пустой, а затем передать сигнал в четыре миллиампер. И наоборот, он будет переводить пятьдесят футов как полный бак и затем передавать сигнал в двадцать миллиампер. Если бы резервуар был наполовину заполнен, передатчик подал бы сигнал на половине пути, или на двенадцати миллиамперах.

3. Источник энергии

Для того, чтобы генерировался сигнал, должен быть источник энергии, так же как в аналогии с водяной системой должен быть источник давления воды.Помните, что источник питания должен выдавать постоянный ток (это означает, что ток течет только в одном направлении).

Существует много стандартных напряжений, которые используются с токовыми контурами 4–20 мА (9, 12, 24 и т. Д.), В зависимости от конкретной настройки. Принимая решение о том, какое напряжение источника питания использовать для вашей конкретной установки, обязательно учитывайте, что напряжение источника питания должно быть как минимум на 10% больше, чем общее падение напряжения на подключенных компонентах (передатчик, приемник и даже провод).Использование неподходящих блоков питания может привести к выходу оборудования из строя.

4. Контур

В дополнение к соответствующему источнику постоянного тока, также должен быть контур, который относится к фактическому проводу, соединяющему датчик с устройством, принимающим сигнал 4-20 мА, а затем обратно к передатчику. Токовый сигнал в контуре регулируется датчиком в соответствии с измерением датчика. Этот компонент обычно упускается из виду при настройке токовой петли, потому что провод является неотъемлемой частью любой современной электронной системы, но его следует учитывать при изучении основ.Хотя сам провод является источником сопротивления, вызывающего падение напряжения в системе, обычно это не вызывает беспокойства, поскольку падение напряжения на участке провода незначительно. Однако на больших расстояниях (более 1000 футов) он может составлять значительную сумму, в зависимости от толщины (калибра) провода.

5. Приемник

Наконец, где-то в петле будет устройство, которое может принимать и интерпретировать текущий сигнал. Этот сигнал тока должен быть преобразован в единицы, которые могут быть легко поняты операторами, такие как футы жидкости в резервуаре или градусы Цельсия жидкости.Это устройство также должно либо отображать полученную информацию (для целей мониторинга), либо автоматически что-то делать с этой информацией. Цифровые дисплеи, контроллеры, приводы и клапаны — это обычные устройства, которые можно включить в контур.

Эти компоненты — все, что нужно для замыкания токовой петли 4–20 мА. Датчик измеряет переменную процесса, передатчик преобразует это измерение в текущий сигнал, сигнал проходит через проводную петлю к приемнику, а приемник отображает или выполняет действие с этим сигналом.

Повторитель напряжения

, индикатор громкости и уровня, компаратор

Операционный усилитель как повторитель напряжения

Повторитель напряжения

представляет собой схему усилителя на ОУ с отрицательной обратной связью . Он действует как конфигурация эмиттерного повторителя усилителей на базе транзисторов . Они обеспечивают единичное усиление для подаваемых входных сигналов. Единичное усиление означает, что выходное напряжение будет точно равно по величине входному напряжению.

Фиг.1. Принципиальная схема повторителя напряжения на базе OP-AMP

На рисунке выше показан неинвертирующий повторитель напряжения. Входное напряжение V1 подается на неинвертирующий вывод операционного усилителя . Здесь сопротивление обратной связи Rf равно нулю, т. Е. Короткое замыкание. Коэффициент усиления усилителя уменьшается от идеально бесконечного до единицы.

Если V1 — входное напряжение на инвертирующем выводе, а V0 — выходное напряжение операционного усилителя, то V0 точно равно V1 по величине.Следовательно, коэффициент усиления определяется следующим уравнением.

Усиление = V0 / V1 = 1

Повторитель напряжения обычно используется для усиления тока сигнала с поддержанием постоянного напряжения в случае управления нагрузками с высокой выходной мощностью (цепями с низким сопротивлением).

То, что мы обсуждали в этом разделе, можно резюмировать следующим образом;

Инвертирующий усилитель и неинвертирующий усилитель являются схемами операционного усилителя с отрицательной обратной связью

Неинвертирующий усилитель входной сигнал подается на неинвертирующий контакт

Инвертирующий усилитель, входной сигнал подается на инвертирующий вывод

Повторитель напряжения представляет собой схему операционного усилителя с отрицательной обратной связью и единичным усилением

Простой микрофонный усилитель

Операционный усилитель как простой микрофонный усилитель

Мы уже обсуждали, как можно реализовать отрицательную обратную связь с целью разработки практических усилителей на базе операционных усилителей.Концепция отрицательной обратной связи, инвертирующих и неинвертирующих конфигураций должна быть очень ясна, прежде чем мы перейдем к этой практической схеме.

Схема показана на рисунке: 44 представляет собой простой инвертирующий усилитель на операционном усилителе . В этой цепи сопротивление обратной связи Rf представлено сопротивлением R4, а R1 вводится в цепь импедансом конденсатора C1.

Схема микрофонного усилителя на базе ОУ показана ниже.

Рис. 2: Принципиальная схема микрофонного усилителя на базе микросхемы LM358 OPAMP

Выходной сигнал микрофона будет в диапазоне нескольких милливольт. Его следует усилить в несколько раз, чтобы сделать его полезным для любого практического использования. В этой схеме вы можете подключить микрофон на одном конце, а усиленные звуковые сигналы можно воспроизводить, подключив громкоговоритель на другом конце.

Микросхема операционного усилителя

LM358 также используется в указанной выше схеме.Микрофон подтягивается через резистор. Звуковой сигнал выводится из микрофона с помощью конденсатора и подается на инвертирующий вывод операционного усилителя. На неинвертирующий вывод подается напряжение смещения делителя потенциала. Обратная связь также реализована с помощью резистора к инвертирующему выводу. Следовательно, схема образует инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью. Усиленный сигнал выводится и подается на громкоговоритель.

Выходной разделительный конденсатор используется для разделения только составляющей переменного тока, которая является фактическим сигналом.Выход может быть взят непосредственно с контакта 1, также без конденсатора связи, и может использоваться с другими цепями. Выходной контакт модуля усилителя фактически взят непосредственно с выхода LM358.

Изображение микрофонного усилителя на базе ОУ показано ниже:

Рис.3: Изображение микрофонного усилителя на базе микросхемы LM358 OPAMP

Как видно из рисунка выше, я сделал схему для модуля, к которому я могу подключить микрофон и громкоговоритель.Также модуль имеет контакты, так что весь модуль можно подключить к макетной плате или к другим более крупным схемам. Есть три контакта: VCC, GND и OUTPUT. Вывод OUTPUT берется с вывода 1 операционного усилителя без конденсатора связи. Его также можно снять через резистор, который можно подключить к базе IC, когда это необходимо, как вы можете видеть на изображении.

Если вы посмотрите на изображение микрофонного усилителя, вы увидите резистор, расположенный в базе IC вместе с LM358.Такое расположение сделано так, чтобы вводить любое значение сопротивления всякий раз, когда нам нужно подключить модуль усилителя к другим цепям без выходного разделительного конденсатора

.

Характеристики компонентов:

R1 = 18КЕ, резистор 1/4 Вт

R2 = R3 = 1KE, резистор 1/4 Вт

R4 = 560КЕ, резистор 1/4 Вт

C1 = дисковый конденсатор 0,1 мкФ

C2 = 100 мкФ, электролитический конденсатор 16 В

SP1 = 8E, громкоговоритель

M1 = микрофон

Значение компонента:

R1: значение этого резистора не должно быть слишком большим, чтобы у нас было достаточно колебаний напряжения, связанных с усилителем, и не слишком низким, чтобы у нас было достаточно тока, протекающего в усилитель.

R2 и R3: эти резисторы должны иметь одинаковое значение, чтобы мы могли зафиксировать рабочую точку в его центре. Это просто означает, что мы можем получить полный усиленный выходной сигнал как для положительной, так и для отрицательной половины для сигнала, имеющего равные положительные и отрицательные половины, используя эту настройку.

R4: Значение R4 определяет коэффициент усиления схемы. При увеличении усиление R4 увеличивается, а при уменьшении — уменьшается.

C1 и C2: C1 и C2 — это конденсаторы связи, используемые для передачи только сигналов переменного тока от входного микрофона и к выходному громкоговорителю соответственно.Их значения рассчитываются на основе частотного диапазона входных сигналов (в данном случае человеческого голоса; ~ 3,5 кГц)

Компараторы операционных усилителей

Компараторы операционных усилителей: операционные усилители в качестве компаратора

Помимо усиления, операционные усилители широко используются для сравнения двух сигналов и получения соответствующего выходного сигнала. Принцип работы операционного усилителя аналогичен тому, что мы уже обсуждали в разделе о детекторах уровня в 7.2). Компаратор — это не что иное, как датчик уровня, где мы можем предварительно установить опорное напряжение на одном выводе и напряжение, которое будет сравниваться на другом выводе.Производимый выходной сигнал зависит от вывода, на который вы подаете сравниваемое напряжение.

Входное напряжение должно подаваться на неинвертирующий вывод, чтобы компаратор создавал высокий выходной сигнал, когда входное напряжение равно или больше опорного напряжения, или на инвертирующий вывод в противном случае.

Рис.4: Принципиальная схема компаратора напряжения на базе OPAMP

Вышеупомянутая схема представляет собой компаратор на операционном усилителе , в котором инвертирующий вывод поддерживается при опорном напряжении, а изменяющийся входной сигнал подается на неинвертирующий входной вывод.Когда напряжение на неинвертирующем выводе превышает напряжение на инвертирующем выводе, выход будет положительным, а в противном случае — отрицательным.

Здесь + 2 В подается на инвертирующий вход операционного усилителя, поэтому до тех пор, пока Vin, который подается на неинвертирующий вывод, остается при низком напряжении, чем + 2 В, выход будет отрицательным (почти равным — 10 В). Когда Vin становится равным + 2V, выход становится положительным (почти равным + 10V).

Следует иметь в виду, что даже очень минутное приращение Vin больше, чем Vref, будет запускать выход на положительное значение, а очень минутное уменьшение Vin меньше Vref вызовет отрицательный выход.

Предположим, что на Vin подается синусоидальный сигнал, и он имеет содержание постоянного тока точно +2 В, форма входного и выходного сигнала в таком состоянии схемы показана ниже.

Рис.5: Схема сигналов компаратора напряжения на базе OPAMP

Видео

Компараторы на базе ОУ Contd

Существуют коммерческие ИС операционных усилителей, которые специально созданы для работы компаратора, в котором даже при равных входных напряжениях может запускаться положительный выход.Существуют ИС, которые содержат более одного модуля компаратора в одной упаковке. LM339 — такая ИС, которая широко используется в электронных устройствах.

LM339 — это 14-контактная ИС, состоящая из четырех операционных усилителей внутри одного блока ИС. Он также может работать с одним источником питания, таким как LM358. Распиновка микросхемы LM339 показана на следующем рисунке.

Рис.6: Схема выводов ИС LM339 OP-AMP

Те, кто хотел бы поэкспериментировать с LM339 IC, должны заметить, что выход LM339 является открытым стоком, что означает, что выходной вывод идет от коллектора транзистора.Выходной транзистор будет активирован только тогда, когда он подключен к VCC через ваше устройство.

Рис. 7: Изображение, показывающее соединение цепи LM339 с устройством

На приведенном выше рисунке блок, упомянутый как «УСТРОЙСТВО», может быть любым, например светодиодом, двигателем или даже простым резистором.

Это все об основах компаратора и интегральных схем компаратора, теперь давайте опробуем некоторые действительно интересные схемы в следующем разделе, которые используют знания, которые мы получили до сих пор.

Индикатор уровня напряжения

Операционный усилитель как индикатор уровня напряжения

Индикатор уровня напряжения — очень полезная схема для использования с различными датчиками с аналоговым выходом. В ряду 8 светодиодов, которые показывают 8 уровней напряжения в возрастающем порядке. Правый светодиодный индикатор отображает минимальное напряжение, а левый светодиодный индикатор — максимальное напряжение. По мере увеличения напряжения светодиоды начинают светиться справа налево.

Я выбрал LM339 IC для разработки индикатора уровня напряжения, особенности которого мы обсуждали в предыдущем разделе.Он состоит из четырех компараторов операционных усилителей. Микросхема имеет 14 контактов, два из которых — VCC и GND, а остальные — инвертирующие и неинвертирующие, а также соответствующие им выходные контакты четырех операционных усилителей.

Две микросхемы LM339 используются в каскаде, и все неинвертирующие контакты обоих LM339 закорочены и подключены к общей входной точке. Сеть резисторов делителя потенциала используется для подачи напряжения на инвертирующие выводы операционных усилителей в порядке возрастания. Всякий раз, когда потенциал на общей входной точке увеличивается больше, чем потенциал на инвертирующем выводе конкретного операционного усилителя, его выход становится высоким, и светодиод, подключенный к этому выходному выводу, светится.

Принципиальная схема индикатора уровня напряжения показана на следующем рисунке.

Рис. 8: Принципиальная схема индикатора уровня напряжения на базе OPAMP

Из приведенной выше схемы резисторы от R9 до R16 вместе с переменным резистором R17 образуют цепь делителя потенциала. Потенциал на резисторах можно регулировать, изменяя R17. Если предположить, что все девять резисторов, включая R17, имеют одинаковое значение, тогда напряжение на каждом резисторе будет 5/9 вольт.Следовательно, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя U2_4 будет 5 / 9В, операционный усилитель U2_3 будет иметь 5 / 9В + 5 / 9В. Т.е. (5/9) * 2, операционный усилитель U2_2 будет иметь (5 / 9) * 3 и так далее. Наконец, инвертирующий вывод операционного усилителя U1_1 будет иметь потенциал (5/9) * 8. Обратите внимание, что это условие выполняется только тогда, когда переменный резистор настроен так, чтобы его сопротивление было таким же, как у резисторов R9 — R16. Если мы отрегулируем переменную так, чтобы сопротивление увеличилось, то напряжение на отдельных резисторах уменьшится одинаково. Если переменный резистор отрегулирован так, что его сопротивление уменьшается, тогда напряжение на отдельных резисторах увеличивается одинаково.

Работу схемы можно пояснить на примере. Предположим, что все девять резисторов, включая R17, имеют одинаковое значение, и тогда напряжение на каждом резисторе будет 5/9 вольт. Предположим, что приложено входное напряжение больше (5/9) * 3. Как мы упоминали ранее, это напряжение больше, чем напряжения на инвертирующем выводе U2_3, U2_2 и U2_1, и, следовательно, они обеспечивают высокий выходной сигнал, и соответствующие три светодиода светятся. Снова предположим, что входное напряжение больше (5/9) * 8.Теперь все неинвертирующие выводы имеют более высокий потенциал, чем инвертирующие выводы двух LM339. Следовательно, при этом входном напряжении все операционные усилители производят высокий выходной сигнал, и все светодиоды светятся.

Характеристики компонентов:

R1 — R16 = 1KE, резистор 1/4 Вт

R17 = потенциометр 100КЕ

D1 — D8 = светодиод 3 мм

U1 = U2 = LM339

Значение компонента:

R1 — R8: эти резисторы регулируют яркость светодиодов.Резисторы номиналом выше 220 Ом безопасно использовать со светодиодами.

R9 — R16: Эти резисторы устанавливают напряжение на инвертирующем выводе каждого компаратора. Все эти резисторы должны иметь одинаковое значение, чтобы выходное напряжение каждый раз изменялось на одинаковое увеличение входного напряжения.

R17: Этот переменный резистор устанавливает чувствительность цепи индикатора уровня напряжения. Когда вы увеличиваете сопротивление, напряжение, появляющееся на инвертирующих выводах, уменьшается одинаково, и в результате изменения на выходе происходят быстро, а диапазон входного сигнала, который может обнаружить схема, уменьшается.Если вы уменьшите сопротивление, напряжение, появляющееся на инвертирующих выводах, будет одинаково увеличиваться, и в результате выходное изменение будет происходить медленно, а диапазон входного сигнала, который схема может обнаружить, увеличивается.

Схема на рисунке 57 состоит из двух отдельных модулей и затем соединяется вместе. Это всегда рекомендуется для простоты сборки, отладки и повторного использования оборудования. Повторное использование оборудования означает, что мы можем использовать один и тот же модуль, скажем, дисплейный модуль с какой-либо другой схемой большего размера.

Один из модулей имеет только светодиоды и их резисторы, регулирующие ток, и мы можем назвать этот модуль модулем дисплея. Я превратил его в модуль, чтобы его можно было использовать с другими более крупными схемами. Другой модуль имеет микросхемы LM339 и резисторную сеть.

Изображение двух модулей показано на следующем рисунке.

Рис.9: Изображение модуля дисплея и модулей компаратора

Вы можете видеть все восемь светодиодов, восемь резисторов и девять выводов на модуле дисплея.Один из контактов используется для общего положительного питания, а остальные могут быть подключены к выходным контактам операционных усилителей. Этот модуль можно подключить к макетной плате, а затем подключить к модулю компаратора или напрямую к модулю компаратора, поскольку модуль компаратора построен таким образом, что у него есть разъемы для размещения модуля дисплея.

Видео

Индикатор уровня напряжения Contd…

В модуле компаратора есть две микросхемы LM339, восемь резисторов, переменный резистор и разъем для размещения модуля дисплея.Этот модуль также имеет выводы, включая VCC, GND и INPUT, так что весь модуль можно подключить к макетной плате или другим более крупным схемам.

Два модуля можно соединить вместе, чтобы сформировать индикатор уровня напряжения , как показано на следующем рисунке.

Рис.10: Изображение индикатора уровня напряжения на базе OPAMP

Мы можем протестировать модуль, подав некоторое внешнее напряжение от других устройств, если оно у нас есть, или просто подать напряжение с помощью переменного резистора и наблюдать изменения на выходе относительно изменений входного напряжения.Такое расположение показано на следующем рисунке.

Рис.11: Принципиальная схема детектора уровня напряжения на базе OPAMP

Значение переменного сопротивления R1 может быть больше 1 кОм. По мере того, как мы меняем сопротивление, мы изменяем напряжение, подаваемое на модуль индикатора уровня напряжения. Модуль определяет это напряжение, и выходные светодиоды загораются соответствующим образом.

Изображение такой установки индикатора уровня напряжения показано на следующем рисунке.

Рис.12: Изображение детектора уровня напряжения на основе OPAMP

Индикатор громкости

Операционный усилитель как индикатор громкости

Индикатор громкости в больших коробках звуковых усилителей привлекал мое внимание. Очень приятно наблюдать, как светодиоды светятся в соответствии с громкостью говорящего в микрофон. Давайте посмотрим, как мы можем построить наш собственный простейший индикатор громкости.

Интересно то, что индикатор громкости может быть реализован путем соединения модулей, которые мы уже сделали.Это можно объяснить с помощью следующей блок-схемы.

Рис.13: Блок-схема индикатора громкости

Как показано на приведенном выше рисунке, модуль звукового усилителя усиливает звуковые сигналы с микрофона, подает их на модуль компаратора, который затем управляет светодиодами в соответствии с амплитудой входного сигнала. Поскольку громкость увеличивается, увеличивается сила или амплитуда входного сигнала в модуль компаратора.Следовательно, чем громче голос, тем больше светится светодиодов в модуле дисплея.

Перед тем, как приступить к подключению, нам нужно сделать некоторые настройки в модуле усилителя микрофона. Громкоговоритель должен быть удален, а выходной сигнал должен быть снят непосредственно с выходного контакта через резистор высокого номинала. Мы уже организовали установку резистора и выходного контакта модуля, фактически взятого непосредственно с выхода LM358.

Модифицированная схема показана на следующем рисунке

Фиг.14: Принципиальная схема модифицированного микрофонного усилителя на базе OPAMP

Характеристики компонентов такие же, как и в случае с предыдущей схемой, за исключением дополнительного резистора R5 с сопротивлением 270 кОм.

Изображение фактического подключения, выполненного на макетной плате в соответствии с блок-схемой на рисунке: 53, показано ниже.

Рис.15: Изображение OPAMP на основе индикатора громкости

Изображения всех модулей, которые я построил, показаны на следующем изображении.Я рекомендую читателю сначала опробовать схему на макетной плате, а когда она заработает, встроить ее в модуль, который мы можем подключить к макетной плате позже или, возможно, к другой более крупной схеме.

Рис. 16: Изображение, показывающее различные схемы OPAMP

Видео

Операции с входными напряжениями

Операции при входном напряжении

Операционный усилитель расшифровывается как операционный усилитель , и он получил такое название, потому что он способен выполнять определенные операции с приложенными входными напряжениями, помимо простого их усиления.Операционный усилитель может складывать, вычитать входные напряжения и усиливать результат. Такие схемы на операционных усилителях обычно называют суммирующими усилителями.

Суммирующий усилитель

Усилитель на операционном усилителе может быть сконфигурирован таким образом, чтобы сумма напряжений, приложенных на входе, могла быть получена на выходе с усилением. Напряжения, приложенные к неинвертирующему входному выводу, складываются, а напряжения, подаваемые на неинвертирующий входной вывод, вычитаются.

Рис.17: Принципиальная схема сумматора напряжения на базе OPAMP

Вышеупомянутая схема представляет собой сумматор напряжения на базе операционного усилителя. Предположим, что входное сопротивление имеет те же значения, т.е. R1 = R2 = R3 = R. Пусть напряжения, приложенные к инвертирующему входному выводу, равны V1, V2 и V3. В таком случае выходное напряжение можно рассчитать по следующему уравнению.

Vout = — (Rf / R) (V1 + V2 + V3)

Теперь давайте рассмотрим полный усилитель суммирования напряжений, имеющий возможность как сложения, так и вычитания напряжения.Входное напряжение подается как на инвертирующий, так и на неинвертирующий входы.

Рис.18: Принципиальная схема сумматора и вычитателя напряжения на базе OPAMP

В приведенной выше схеме V1, V2 и V3 — это напряжения, приложенные на инвертирующем входе, а V4, V5 и V6 — напряжения, приложенные на неинвертирующем входе. Мы предполагаем, что все резисторы, кроме Rf, одинаковы. то есть R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 = R. В такой схеме выходное напряжение можно получить по следующему уравнению.

Vout = — (Rf / R) (V1 + V2 + V3-V4-V5-V6)

Суммирующий усилитель имеет множество практических применений. Одним из таких приложений является микширование сигналов в усилителях. Они также используются при обработке аналоговых сигналов и широко использовались в ранних аналоговых компьютерах.

То, что я пытался передать в этой статье, дается следующим образом;

Операционный усилитель — это электронная схема, состоящая из основных электронных компонентов.Эта схема способна выполнять определенные операции с входными сигналами, а также усиливать их.

До сих пор мы видели некоторые базовые схемы, использующие операционные усилители, и я предлагаю читателю тщательно изучить темы. Практикуйте как можно больше кругов. С каждой созданной вами схемой вы узнаете что-то новое об операционном усилителе, и ваши знания станут более прочными. Операционный усилитель — интересное электронное устройство, и поверьте, вам понравится создавать с его помощью схемы!

PLC Программирование аналогового ввода и вывода

Вы знаете, как масштабировать аналоговый ввод? Или подключить аналоговый выход?

Многие люди борются с аналоговыми сигналами при программировании ПЛК.Подключение и использование аналогового входа или выхода в программе ПЛК могут быть непростыми. Чаще всего вы увидите цифровые примеры программ ПЛК, и в моем руководстве по структурированному тексту большинство примеров являются цифровыми программами.

Я пишу эту статью, потому что многие из вас хотели узнать, как использовать аналоговые сигналы в программировании ПЛК. Аналоговые сигналы широко используются в программах ПЛК, но также часто используются в системе SCADA. Так как же подключить аналоговый передатчик 4–20 мА к ПЛК и использовать его в программе ПЛК? Как масштабировать аналоговый сигнал на схеме функциональных блоков? Эта статья даст вам ответы на этот и многое другое.

В этой статье вы узнаете о:

Но сначала позвольте мне начать с некоторых основ аналоговых сигналов и того, как они работают в ПЛК.

Аналоговые сигналы в ПЛК

Прежде всего, мы собираемся взглянуть на некоторые числа. Если вы читали мою статью о комбинаторной логике, то знаете, что ПЛК работает с логическими значениями. ПЛК может работать только со значениями 0 и 1.

Это отлично подходит для цифровых сигналов. Они либо 0, либо 1, и поэтому работать с ними относительно легко.Но как насчет аналоговых сигналов? Как пишет Википедия, аналоговые сигналы — это непрерывные сигналы, которые могут изменяться во времени.

Например, у вас может быть аналоговый сигнал 0-10 вольт. Этот сигнал может варьироваться от 0 до 10 вольт и иметь любой промежуточный уровень напряжения. А поскольку аналоговые сигналы являются непрерывными, этот сигнал всегда в любой момент будет представлять уровень напряжения. Если вы посмотрите на диаграмму ниже, вы увидите, что аналоговый сигнал может иметь любое значение от 0 до 10 вольт.

Аналоговый сигнал 0–10 В

Теперь возникает вопрос: как ПЛК справляется со всеми этими различными значениями? Допустим, у вас есть аналоговый сигнал на 5 вольт, поступающий на ПЛК.Мы не можем представить его с помощью логических значений, потому что они могут иметь только значения 0 и 1.

Ответ — двоичных чисел !

Представление аналоговых сигналов двоичными числами

Как упоминалось ранее, ПЛК может работать только с двумя значениями 0 и 1. Но это мешает нам работать с аналоговыми сигналами. Потому что на самом деле происходит то, что ПЛК работает с двоичными числами. Это связано с тем, что ПЛК или микроконтроллер — это на самом деле просто усовершенствованные электрические схемы, сделанные из транзисторов.Поскольку транзистор может быть только включен или выключен, эти два состояния будут представлять значения 0 и 1.

Но это дает нам только два состояния. Очень полезно для цифровых сигналов, но не для аналоговых. Чтобы понять, как аналоговые входы работают в ПЛК, вы должны понимать двоичные числа.

Двоичные числа — это система нумерации, используемая ПЛК или любым другим компьютером. В системе есть только два числа, по сравнению с нашей системой счисления с 10 основанием, где у нас есть 10 чисел от 0 до 9. Двоичные числа — это просто еще один способ записи чисел.Я бы порекомендовал вам взглянуть на это руководство по двоичным числам, если вы не знаете, как они работают.

Биты и байты

Двоичное число с одной цифрой называется битом. Один бит может содержать либо 0, либо 1. Как уже упоминалось, так работают цифровые входы. Но если вы объедините эти биты и тем самым создадите многозначные числа, все станет интересно.

Во многих ПЛК аналоговый сигнал представлен словом. Слово в двоичном формате — это 8 нулей в строке или два байта (4 нуля).Примерно так:

00000000 00000000

Если вы немного вспомните о двоичных числах, вы знаете, что двоичное число с 16 цифрами может представлять значения от 0 до 65,535. Однако для ПЛК это только половина правды. Поскольку первый бит используется для , подписывающего числа, что дает ему либо положительное, либо отрицательное значение.

Итак, с 1 битом для подписи у нас осталось 15 бит для представления аналогового значения. Таким образом, двоичное число может представлять значения от -32.768 до 32,767.

Аналого-цифровой преобразователь

Когда аналоговый входной сигнал поступает в ПЛК, он проходит через аналого-цифровой преобразователь или аналого-цифровой преобразователь. Это компонент платы аналогового ввода ПЛК, который преобразует аналоговый сигнал в цифровые сигналы. Именно эти цифровые сигналы в конечном итоге дадут нам представление двоичного значения в ПЛК.

Прежде чем познакомиться с аналого-цифровым преобразователем, важно понять, с каким типом аналогового сигнала вы имеете дело.В этой статье я сосредоточусь на этих трех типах аналоговых сигналов в программировании ПЛК:

Причина, по которой нам нужно знать о типе сигнала, заключается в том, что нам нужно знать диапазон сигнала.

Один из наиболее часто используемых аналоговых сигналов — это 4-20 мА .

Аналоговый сигнал 4-20 мА

Мы должны знать свой тип сигнала. Потому что в этом примере мы теперь знаем, что аналоговый сигнал имеет диапазон 16 мА. Аналоговое значение часто помещается в 16-битное двойное слово в ПЛК.Это связано с тем, что аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровое значение длиной 16 бит.

Вы можете купить карты аналогового ввода с различным разрешением. Это зависит от того, со сколькими битами должен работать аналого-цифровой преобразователь. Чем больше битов, тем больше чисел для представления аналогового сигнала.

Разрешение аналоговых сигналов

Количество битов, которое вы должны сохранить для аналогового значения, фактически называется разрешением. Думайте об этом как о своем телевизоре. Он также имеет только определенное количество пикселей для представления изображения.То же самое и с аналого-цифровым преобразованием.

Так же, как мы называем это разрешением, когда говорим о количестве пикселей на экране телевизора, мы также называем это разрешением, когда говорим об аналоговых значениях, представленных числом.

Разрешение очень важно при работе с аналоговыми сигналами при программировании ПЛК. При вводе карты аналогового ввода аналоговый сигнал будет разделен на значение от 0 до 32,767. Разделение аналогового значения на 32,767 дает нам определенное разрешение.

Каждый раз, когда наше значение увеличивается на 1, это означает, что аналоговый сигнал увеличился на x мА.

Мы пока не можем вычислить мА. Потому что в большинстве ПЛК, когда речь идет об аналоговых сигналах, есть что-то, что называется превышением или понижением диапазона. Давайте подробнее рассмотрим диапазоны аналоговых сигналов при программировании ПЛК.

Диапазон аналогового сигнала

Теперь все зависит от производителя. В этой статье я возьму Siemens в качестве примера. Но не волнуйтесь. Этот принцип применим к большинству поставщиков ПЛК.

Аналоговые сигналы очень чувствительны. Хотя мы предполагаем, что диапазон сигнала должен составлять от 4 до 20 мА, иногда сигнал может достигать пика или падения. Когда это произойдет, мы хотим увидеть это в ПЛК. Хотя это не всегда так, эти пики и падения могут означать, что что-то не так. Чтобы иметь возможность обнаруживать их в нашей программе PLC, нам нужно то, что называется выходом за пределы диапазона.

Диапазон аналогового сигнала для ПЛК Siemens

Наш нормальный или номинальный диапазон составляет 4-20 мА.Но сверху и снизу Сименс добавил в диапазон дополнительных мА. Они делят диапазон превышения на эти две категории:

  • Диапазон выхода за пределы диапазона (выход за пределы диапазона)
  • Диапазон выхода за пределы диапазона

И нижний диапазон в этих двух:

  • Диапазон нижнего выброса (нижний диапазон)
  • Недополнение

Что это означает что вместо диапазона 4-20 мА теперь у нас есть диапазон 1,185–22,96 мА . То же самое относится и к другим типам аналоговых сигналов. Э.грамм. диапазон 0-10 В составляет Диапазон 0 — 11,852 В .

В целом это означает, что наши диапазоны аналоговых сигналов можно проиллюстрировать следующим образом:

9 9 759 В Отрицательные значения 9180 969 9171 Теперь можно приступить к вычислению реального разрешения нашего аналогового сигнала.Но вместо того, чтобы просто использовать диапазоны 22,96-1,185 мА или 11,852 В, вы должны обратить внимание на одно число:

27,648

Как вы можете видеть в таблице выше, на этом наш номинальный диапазон заканчивается. Поэтому наше разрешение для сигнала 0-10 В должно быть рассчитано следующим образом:

10 В / 27658 = 361,7 мкВ

Или для нашего сигнала 4-20 мА:

16 мА / 27648 = 578,7 nA

Эти два числа — минимальные значения, которые мы можем представить в нашем ПЛК цифровым значением.В большинстве случаев эти шаги небольшие и достаточно точные. Помните также, что чем выше разрешение, тем дороже модули аналогового ввода и вывода ПЛК.

Аналоговые входы

Помня немного теории, давайте углубимся в нее, посмотрев на аналоговые входы в ПЛК.

Аналоговые входы могут поступать от различных датчиков и преобразователей или от обоих. Например, один из типов термопар, подключенных к преобразователю, который затем подключается к аналоговому входу ПЛК.Вы можете измерить множество разных вещей. Задача датчика или передатчика — преобразовать его в электрический сигнал. Вот несколько вещей, которые вы можете измерить с помощью аналоговых датчиков:

  • Уровень
  • Расход
  • Расстояние
  • Вязкость
  • Температура

Конечно, есть много других вещей, которые вы можете измерить. Главное здесь то, что мы (датчик или передатчик) преобразуем эти физические значения в аналоговый сигнал.Это тот сигнал, который мы можем использовать в нашем ПЛК в качестве аналогового входа.

Примером может служить датчик температуры с выходом 4-20 мА . К преобразователю подключен датчик температуры. Затем передатчик калибруется в диапазоне, например, 0-100 градусов. Это означает, что при температуре 0 градусов выходной сигнал преобразователя будет 4 мА и 20 мА при 100 градусах.

Передатчик часто требуется, потому что датчик сам по себе не может предоставить нам аналоговый сигнал.Или, по крайней мере, не тот, который подходит к аналоговому входу ПЛК. Можно купить модули аналогового ввода, к которым, например, можно напрямую подключить датчик температуры. Но чаще всего у вас будет модуль ввода напряжения или тока, к которому вы подключаете передатчик.

Калибровка очень важна, когда речь идет о передатчиках. Вы должны знать, сколько мА или вольт представляют в физическом выражении.

Подключение аналоговых входов

Перед тем, как приступить к подключению любого аналогового модуля ПЛК, я настоятельно рекомендую вам не только прочитать руководство, но и знать, с каким типом сигнала вы имеете дело.Подключение аналогового входа ПЛК немного отличается в зависимости от типа сигнала.

В этом руководстве я расскажу о подключении двух основных аналоговых входных сигналов:

Причины, по которым я разделяю аналоговые входные сигналы на эти две категории, заключаются не только в том, что они являются наиболее часто используемыми сигналами. Это еще и потому, что разводка у них разная. Поскольку эти два типа аналоговых сигналов работают по-разному, вам также придется по-разному подключать их к модулю аналогового ввода.Ошибки в подключении могут потенциально вывести из строя входной модуль, поэтому будьте осторожны!

Аналоговые сигналы обоих типов имеют одну общую черту.

Сопротивление.

Сопротивление — это то, что делит напряжение или ограничивает ток. Фактически, резистор даже используется для измерения тока. Но об этом чуть позже. Начнем с первого типа аналогового сигнала — напряжения.

Подключение аналогового входа напряжения

Использование напряжения для аналоговых сигналов довольно распространено.Их также довольно легко подключить, поскольку вам часто требуется всего два провода. Но это не значит, что вы не должны быть осторожны при подключении этого типа аналогового сигнала. При неправильном подключении вы можете получить неисправный аналоговый сигнал или, что еще хуже, сломанный модуль аналогового ввода.

Итак, в основном все аналоговые входы напряжения имеют две клеммы:

  • AGND : Земля или опорный сигнал для аналоговых входов
  • AIN : Аналоговый вход

Напряжение всегда измеряется между двумя точками .Вы не можете взять одну точку и потом сказать: на данный момент я могу измерить 10 вольт. Для этого вам понадобится ориентир. Прямо как аккумулятор. Батарея на 9 вольт — это всего 9 вольт между положительной и отрицательной стороной.

Вот для чего мы используем AGND или аналоговую землю. Между AGND и AIN ПЛК измеряет, сколько вольт находится на аналоговом входе. Это также дает нам ответ на вопрос, что такое AIN.

Когда вы подключаете аналоговый источник напряжения, AIN — это то место, где вы подключаете его положительную (+) сторону.Отрицательная сторона (-) должна быть подключена к AGND. Это два основных провода для аналогового сигнала.

Но если вы соедините только эти два, вы получите очень уязвимый сигнал. Электромагнитная совместимость (ЭМС) может легко изменить аналоговый сигнал.

Как вы можете видеть ниже, это решается путем экранирования проводов и подключения экрана к земле. Однако имейте в виду, что это НЕ то же основание, что и AGND!

Подключение аналогового входа напряжения

Дело в том, что не все заземления одинаковы.Если AGND используется в качестве эталона для нашего аналогового сигнала (0 В), экран должен быть подключен к заземлению. Потому что шум — это просто индукция тока в проводах из-за магнитных полей. При использовании экрана ток будет индуцироваться в экране вместо проводов нашего аналогового сигнала. Этот ток нужно отводить, поэтому мы подключаем экран к заземлению.

Падение напряжения в проводах

Поскольку мы имеем дело с напряжением, в самой проводке есть что-то, что может вызвать проблемы.Все электрические провода (проводники) имеют сопротивление и, следовательно, создают падение напряжения. Это потенциально может означать, что напряжение на аналоговом входе отличается от напряжения на передатчике. Это, конечно, имеет серьезные последствия только в том случае, если у вас длинные проводки или слишком маленькие провода.

Подключение аналогового входа по току

Вместо напряжения вы также можете использовать ток в качестве аналогового сигнала. Их может быть немного сложнее подключить, но в целом они более стабильны.В частности, один из них имеет очень умную функцию, которая делает его, вероятно, наиболее часто используемым типом аналогового сигнала.

Ток в аналоговых сигналах обычно измеряется в миллиампер (мА) . Типичный диапазон здесь составляет от 0 до 20 мА. Было бы трудно измерить меньшее, а большее вскоре стало бы опасным. Давайте посмотрим, что на самом деле означает использование тока в аналоговых сигналах.

Прежде всего, вам понадобится замкнутый контур для протекания тока.

Несмотря на то, что проводка первого типа датчика тока такая же, как и у датчика напряжения, здесь происходит нечто иное. Ток — это поток электронов от одного полюса к другому. Вот почему вам всегда понадобится замкнутый контур для измерения тока.

Шунтирующий резистор

Фактически, ПЛК даже не может измерять ток. Итак, что происходит, так это то, что внутри модуля аналогового ввода между положительным (AI) и отрицательным (AGND) резистором ставится резистор. Это не только образует замкнутый контур, но также преобразует наш текущий сигнал в сигнал напряжения.

Шунтирующий резистор на аналоговом входе для преобразования тока в напряжение

Резистор называется шунтирующим резистором и имеет определенное сопротивление. Например. в некоторых модулях аналогового ввода Siemens оно составляет 250 Ом. А благодаря закону Ома аналоговый сигнал тока теперь можно преобразовать в сигнал напряжения с помощью простых вычислений.

Напряжение (В) = Сопротивление (R) x Ток (I)

Так как у нас есть хорошо известное сопротивление 250 Ом, также можно вычислить, сколько миллиампер соответствует нашему измеренному напряжению.

Имея это в виду, давайте посмотрим на схему подключения текущих аналоговых входов. Обычно их можно разделить на три типа:

Когда мы говорим о 2-, 3- и 4-проводных проводах, то на самом деле мы говорим о передатчиках или преобразователях. Датчики тока могут быть подключены по-разному и, следовательно, с разным количеством проводов. Разница действительно в источнике питания сигнала. Иногда передатчик питает цепь, а иногда приходится использовать внешний источник питания.

2-проводной аналоговый вход

Первый и самый простой способ подключения 2-проводного передатчика — это подключение с питанием от контура. В основном это означает, что ПЛК будет обеспечивать питание токовой петли. Здесь нужно всего 2 провода. Чтобы ПЛК мог подавать ток, нам нужно использовать другую клемму на модуле аналогового ввода:

Один провод, идущий от A + через передатчик и обратно по другому проводу к AIN. Питание поступает от A +, передатчик контролирует ток, а аналоговый сигнал тока переходит в AIN.

2-проводной токовый аналоговый вход с питанием от контура

Вы также можете использовать внешний источник питания для 2-проводного преобразователя. Подключите 0 В от источника питания к AGND и 24 В через передатчик обратно к AIN. Хотя для этого практически потребуется 3 провода, это все же считается 2-проводным аналоговым входным соединением. Потому что у передатчика всего два провода.

2-проводной аналоговый вход с внешним источником питания

Одним из недостатков 2-проводных токовых петель является то, что у вас есть только одна петля для питания и сигнала.Фактически это означает, что передатчик должен потреблять менее 4 мА для своей работы. Некоторые датчики и преобразователи потребляют больше, что подводит нас к 3- и 4-проводным контурам.

3-проводной аналоговый вход

В 3-проводной токовой петле только земля используется совместно между источником питания и сигналом. Земля подключена как к AGND, так и к источнику питания (-). Но у передатчика 2 положительных (+) провода. Один идет к источнику питания (+), а другой идет к AIN.

3-проводной аналоговый вход с раздельными контурами сигнала и питания

Несмотря на то, что они имеют общую землю, 3-проводный датчик создает 2 контура. Один для сигнала и один для подачи. Теперь датчик или преобразователь может потреблять столько тока, сколько ему нужно, не мешая нашему аналоговому сигналу.

4-проводный аналоговый вход

4-проводный преобразователь также широко используется, поскольку он отделяет питание от сигнала. Отдав передатчику 4 провода, вы получите 2 провода для питания и 2 для сигнала.Естественно, для 4-проводного передатчика требуется внешний источник питания.

Подключение 4-проводного передатчика к аналоговому входу

Очевидно, что самым большим преимуществом использования 4-проводного передатчика является полное разделение между источником питания и сигналом. Они могут быть полностью изолированы или оптоизолированы, чтобы помехи в питании не влияли на сигнал.

Прочтите руководства

Здесь самое главное — знать, какой у вас датчик или датчик.Прочтите руководство и решите, как вы хотите его подключить. Не забудьте также прочитать руководство для модуля аналогового ввода. Разные производители дают разные имена клеммам на модуле. Иногда даже ставят разные инструкции по заземлению и защите от шума.

Всего. Чтобы избежать проблем с подключением… Всегда читайте и выполняйте инструкции производителя.

Масштабирование аналогового входа

Когда аналоговый входной сигнал поступает в ПЛК, вам часто придется масштабировать его в программе ПЛК.Масштабирование означает, что вы конвертируете исходное значение из аналогового входа в какое-то инженерное значение . Инженерное значение — это число, которое представляет физическое значение, например расход (м3 / с), вес (кг) или температура (градусы).

Преобразование или масштабирование выполняется просто с помощью математики. В некоторых IDE, таких как Siemens Step 7 или Tia Portal, даже есть функциональный блок, специально предназначенный для масштабирования. Здесь я покажу вам оба способа масштабирования аналогового входа.

Масштабирование с помощью математики

Ранее я объяснил, как аналоговый сигнал становится необработанным значением в ПЛК.Но это число на самом деле представляет собой ничего, кроме, например, на платформе Siemens число от 0 до 27648. Аналоговый сигнал представляет собой физическое измерение, например от 0 до 300 градусов. Удобно работать с инженерными значениями в нашей программе для ПЛК или отображать измерения на HMI.

Каким-то образом нам нужно преобразовать диапазон 0-27648 в 0-300.

Математически мы можем описать это следующим соотношением:

Исходное значение / 27648 = Техническое значение / 300

Выделив инженерное значение, мы теперь получаем уравнение, которое можем напрямую использовать в нашей программе ПЛК.Это уравнение можно использовать для масштабирования аналогового входа до инженерного значения:

Техническое значение = (Исходное значение / 27648) * 300

Конечно, самый простой вариант — использовать структурированный текст. Таким образом, мы можем масштабировать аналоговый вход с помощью всего одной строчки кода. Вот как это делается в CODESYS:

Но даже если вы можете выполнять масштабирование только с помощью математики, вам иногда предоставляют функциональные блоки для масштабирования.

Масштабирование с помощью функционального блока SCALE

Siemens, например, имеет встроенные функциональные блоки специально для масштабирования.Блок называется просто SCALE и имеет 5 входов и 3 выхода. Но я сосредоточусь только на трех входах и одном выходе.

HI_LIM и LOW_LIM — это пределы для вашего инженерного значения. Например, если вы хотите масштабировать аналоговый сигнал до 0-300 градусов, LOW_LIM должен быть 0, а HI_LIM 300. На входе, называемом IN, идет исходное значение с аналогового входа.

Наконец, результат масштабирования будет отправлен на выход блока (OUT).

Все, что здесь происходит, является той же математикой, что и показано ранее.Некоторые люди предпочитают один метод другому.

Аналоговые выходы

Аналоговые выходы имеют много общего с аналоговыми входами. Но все же есть некоторые различия как в том, как вы их подключаете, так и в том, как вы используете их в своей программе ПЛК. Как и аналоговый вход, аналоговые выходы можно разделить на два типа:

И принципы те же. В качестве аналогового сигнала мы используем напряжение или ток.

Давайте углубимся в это, посмотрев на проводку аналоговых выходов.

Подключение аналоговых выходов

Независимо от того, какой тип аналогового выхода вы используете, вы всегда должны помнить об одном. Загрузка. Потому что по сути вы подключите нагрузку к выходу. Это может быть клапан регулятора расхода, преобразователь частоты или даже аналоговый вход другого ПЛК.

Устройство, которое вы подключаете к аналоговому выходу, определяет, какой тип аналогового сигнала вы должны использовать. Если вы хотите управлять клапаном с помощью сигнала 4-20 мА, ваш аналоговый выход также должен быть 4-20 мА.

Подключение аналогового выхода по напряжению

Опять же, подключение аналогового выхода по напряжению проще всего. Для этого вам понадобится всего 2 провода. Положительная и отрицательная сторона источника напряжения. Что в данном случае является нашим аналоговым выходом напряжения. Вот как подключается простой 2-проводный аналоговый выход напряжения:

2-проводный аналоговый выход напряжения

Но иногда двух проводов просто недостаточно. Даже для выходов по напряжению. Некоторые модули Siemens имеют две дополнительные клеммы на своих аналоговых выходах.Они используются для компенсации так называемого импеданса линии , или сопротивления линии. Не вдаваясь в подробности, импеданс — это сопротивление цепи изменениям тока или напряжения. Опять же, здесь мы имеем дело с напряжением, поэтому любое сопротивление вызовет падение напряжения.

Если у вас есть аналоговый сигнал напряжения, который меняет, сопротивление еще больше. Эти два дополнительных провода предназначены для компенсации, так что уровень напряжения на аналоговом выходе совпадает с уровнем напряжения в пункте назначения.

Siemens Аналоговый выход напряжения с компенсацией полного сопротивления линии

Говоря о сопротивлении, есть еще одна вещь, о которой вы должны знать при работе с аналоговыми выходами напряжения: импеданс нагрузки . Чтобы избежать короткого замыкания аналогового выхода, нагрузка, подключенная к выходу, должна иметь минимальное сопротивление нагрузки. Обычно это от 500 до 1 кОм. Вы всегда должны обращаться к руководству как для модуля аналогового вывода, так и для нагрузки, которую вы к нему подключаете.

Проводка аналогового выхода по току

Большинство аналоговых выходов на ПЛК работают очень похоже на 3-проводный передатчик. Это может показаться странным, поскольку пока у нас было всего 2 провода. Но ПЛК часто обеспечивает внутренний источник питания, дающий нам третий провод. Источник сигнала.

Это означает, что когда вы работаете с токовыми выходами, вам в большинстве случаев потребуется только подключить токовую петлю сигнала. Конечно, в конечном итоге вам также придется подключить петлю питания. Но это часто требуется для питания самого модуля, чтобы ПЛК мог его видеть.

3-проводной модуль аналогового вывода

Одним из больших различий между выходами по току и напряжением является сопротивление нагрузки. Потому что там, где выходы напряжения требуют минимального сопротивления нагрузки, выходы тока фактически имеют максимальное сопротивление нагрузки. Помните, здесь мы говорим о протекании тока, а сопротивление (сопротивление) ограничивает ток. Если сопротивление нагрузки слишком велико, контур просто не сможет управлять необходимым током.

Типичный аналоговый токовый выход ПЛК имеет максимальное сопротивление нагрузки 300-500 Ом.

Масштабирование / снятие масштабирования аналогового выхода

Если вы знаете, как масштабировать аналоговое значение, вы также знаете, как масштабировать его. Потому что это то, что вам часто приходится делать. Под немасштабированием я подразумеваю преобразование инженерного значения в значение, которое модуль может преобразовать в выходной.

Допустим, у нас есть аналоговый выходной сигнал 0-10 В для управления скоростью двигателя. Чтобы двигатель работал на скорости 50%, мы должны сгенерировать на выходе аналоговый сигнал 5 В. Для этого нам нужно знать, какое значение отправить в цифро-аналоговый преобразователь.Другими словами, нам нужно знать наш диапазон.

Если мы возьмем ПЛК Siemens, как я использовал в качестве примера в начале этой статьи, они имеют диапазон 0-27648 .

Поскольку теперь мы знаем наш диапазон, мы можем вычислить его 50%: 13824 .

Проблема здесь в том, что оператор не вводит 13824 в HMI в качестве уставки. Обычно он устанавливает инженерное значение, в данном случае процент (%). Вот почему теперь у нас есть инженерное значение, которое мы должны преобразовать в значение в диапазоне аналогового выхода.

Отменить масштабирование можно двумя способами. С математикой или с функциональными блоками. Использование математики — хороший способ понять, что стоит за этим. Просто используйте то же соотношение, что и при масштабировании:

Raw Value / 27648 = Engineering Value / 100

Выделив Raw Value , вы теперь имеете математическое выражение для преобразования инженерного значения в необработанное значение. Вы можете реализовать это в виде структурированного текста, используя всего одну строку кода:

RawValue: = (EngineeringValue / 100) * 27648;

Разумеется, масштабирование также можно выполнить с помощью функциональных блоков.Некоторые поставщики предоставляют специальные функциональные блоки для масштабирования. Возьмем, к примеру, Siemens. У них есть блок UNSCALE. Он работает противоположно блоку МАСШТАБ. С помощью масштабирования значения в определенном диапазоне до значения от 0 до 27648. HI_LIM и LOW_LIM теперь являются пределами вашего инженерного значения.

Датчики различных типов — аналоговые и цифровые

Датчики

стали неотъемлемой частью встроенной системы. Прямо с вашего мобильного телефона на охранные системы, установленные дома.Они также становятся важными для метеорологических станций для прогнозирования погодных параметров, таких как температура, давление, влажность и многие другие.

Чтобы связать любой датчик с микроконтроллером, вы должны знать функцию датчика и различные типы датчиков, используемых в дистанционном зондировании, погодных системах, устройствах безопасности, медицинском оборудовании и т. Д. Но, прежде чем узнать о датчиках и их типах, вы должны должен знать основное определение датчика и его использование.

Что такое датчик и как он работает?

Датчик

— блок-схема

Датчик

— это модуль или микросхема, которая наблюдает за изменениями, происходящими в физическом мире, и отправляет обратную связь микроконтроллеру или микропроцессору.Для правильной работы датчика необходимо обеспечить возбуждение (питание) и заземление.

Классификация датчиков

Микроконтроллер

принимает два типа входов в зависимости от типа датчика, то есть аналоговый или цифровой.

Аналоговый датчик определяет внешние параметры (скорость ветра, солнечное излучение, интенсивность света и т. Д.) И выдает аналоговое напряжение на выходе. Выходное напряжение может находиться в диапазоне от 0 до 5 В. Logic High обрабатывается как «1» (3.От 5 до 5 В) и Logic Low отображается как «0» (от 0 до 3,5 В).

Аналоговый датчик

— блок-схема

В отличие от аналогового датчика, цифровой датчик выдает дискретные значения (0 и 1). Дискретные значения в цифровой связи часто называют цифровыми (двоичными) сигналами.

Цифровой датчик

— блок-схема

Выбор датчика [аналоговый или цифровой]

Для выбора датчика важно знать об аналоговых и цифровых схемах. Аналоговые схемы состоят из аналоговых компонентов, таких как резистор, конденсатор, операционные усилители, диоды и транзисторы.

В то время как цифровые схемы состоят из логических вентилей и микросхем микроконтроллера. Аналоговые сигналы сильно зависят от внешнего шума и создают ошибки в выходном сигнале. Но цифровые сигналы восприимчивы к шумной среде, поэтому цифровые датчики предпочтительнее аналоговых.

Примечание: Если ваше приложение требует большей точности и производительности, выбирайте цифровые датчики.

Проблема с цифровыми датчиками:

Цифровые датчики имеют малый диапазон вычислений.Например, цифровые датчики температуры, такие как HYT 271, и серии SHT, имеют более низкий температурный диапазон.

Но аналоговые датчики температуры ( RTD ) имеют более высокое разрешение (положительная и отрицательная температура). Эта особенность делает аналоговые датчики подходящими для широкого диапазона температур и стабильности. Аналоговый выходной сигнал датчика обрабатывается АЦП (аналого-цифровой преобразователь) микроконтроллера.

Как обсуждалось выше, как классифицируются датчики и как выбирать датчик, теперь пора узнать о различных датчиках в природе и о том, как они используются в промышленных приложениях.

Типы датчиков

1. Аналоговый датчик давления

Аналоговые датчики давления работают с входным напряжением и с известным значением давления. Выходной сигнал датчика давления представляет собой аналоговое выходное напряжение (нормализованное). Единицы давления: фунтов на квадратный дюйм ( фунтов на квадратный дюйм ).

Аналоговые датчики давления (барометрические)

2. Цифровой датчик давления

Цифровой датчик давления имеет встроенный блок обработки сигналов, такой как АЦП, который преобразует аналоговый входной сигнал в цифровой выходной сигнал давления.Как правило, в большинстве цифровых датчиков выводятся цифровые сигналы на основе I2c.

Некоторые области применения датчика атмосферного давления:

  • Обнаружение утечек в газовых трубах и кабелях
  • Измерение давления в экологических целях
  • Радиозонд
  • Контроль давления в шинах
  • Аналитика дыхания
  • Управление производством и технологическим процессом
  • Медицинское оборудование
  • Контроль воздушного потока
  • Дроны
  • Ингаляторы
  • Измерение уровня воды

3.Аналоговый эффект Холла / магнитный датчик (датчик положения)

Датчик Холла работает с магнитным полем. Он определяет магнитное поле и выдает выходное напряжение. Когда магнитное поле является положительным, выходное напряжение увеличивается выше нулевого напряжения (отсутствие магнитного поля и нулевой ток).

Применения датчика Холла:

  • GPS-позиционирование
  • Измерение тока
  • Определение скорости движения
  • Декодер магнитного кода
  • Металлоискатель
  • Управляющие двигатели

4.Весоизмерительная ячейка (датчики веса)

Весоизмерительные ячейки измеряют и обрабатывают вес. Существуют различные типы датчиков тензодатчиков в зависимости от использования приложения. Вот некоторые из них:

  1. Балочные весоизмерительные датчики (изгибающие датчики веса)

Они подходят для обычных измерений веса и измерения промышленного веса. Применение балочного датчика веса

  • Для заполнения машин
  • Цистерна весом
  • Масса бортового автомобиля
  • Медицинское оборудование
  • Кровать весом
  • Для упаковки техники
  1. Тензодатчик одноточечный

Одноточечные датчики веса используются для систем с малым весом.

Заявки:

  • Настольное и розничное масштабирование
  • Сбор отходов
  • Оборудование для упаковки и розлива
  1. Датчик нагрузки сжатия

Они подходят для систем масштабирования большого веса.

Приложения :

  • Медицинское оборудование
  • Измерительное оборудование
  • Устройства управления насосами
  • Устройство для проверки веса железнодорожных

5. Датчик температуры

Аналоговый датчик температуры измеряет температуру в текущем месте на основе изменения сопротивления.Значение сопротивления меняется с температурой.

Датчики

RTD лучше всего подходят по стабильности, точности и надежности. Они имеют широкий температурный диапазон.

Приложения :

  • Для измерения температуры воды
  • Измерение температуры воздуха
  • Кондиционер
  • Пластмассы
  • Пищевая промышленность

6. Датчик рефлекса

Простой рефлекторный датчик имеет секции передатчика и приемника.Датчик передатчика излучает световой луч, и при обнаружении объекта приемник улавливает и обрабатывает его как сигнал переключения.

Приложения :

  • Контролирует поток материала
  • Измерение уровня
  • Распознавание печати и цвета
  • Проверка сборки
  • Контроль колпачка
  • Регистрация количества жидкости

7. Датчик вилки

Вилочные датчики довольно близки к отражательному датчику, но эффективны при захвате и обнаружении очень маленьких объектов размером в микрометры (мкм).

Приложения :

  • Контроль склеивания
  • Размещение и сортировка мелких деталей
  • Управление питанием
  • Контроль и контроль зазоров
  • Распознавать отверстия и сверла

8. Датчик скорости / направления ветра

Датчик скорости / направления ветра, обычно называемый анемометром, использует ультразвуковой метод для определения скорости и направления ветра.

Приложения :

  • Экологические метеостанции
  • Дрифтерные буи
  • Океанографические и метеорологические станции
  • Гавани и морские порты
  • Тоннели автомобильные

9.Датчик радара

Радар передает короткие микроволновые сигналы, движущиеся со скоростью света. Радарные датчики используются для измерения уровня жидкостей. Выходной аналоговый ток (4-20 мА). Этот ток преобразуется в напряжение путем размещения резистора и считывается АЦП микроконтроллера.

10. Датчик солнечного излучения

Датчик глобального излучения (солнечного излучения) использует фотоэлектрический диод для измерения солнечного излучения.

Приложения :

  • Метеостанции
  • Гидрология и сельское хозяйство
  • Энергетические приложения
  • Орошение

11.Датчик влажности

Датчик влажности рассчитывает влажность в данном месте. Влажность — важный параметр для наблюдения за окружающей средой, бытовой электроники и медицинской диагностики.

Приложения :

  • Датчик влажности
  • Карманные устройства
  • Холодильники
  • Воздушные компрессоры
  • Метеостанции
  • Промышленные инкубаторы
  • Медицинские системы
  • Измерение росы

12.Датчик качества воздуха [датчик газа]

Этот датчик контролирует количество газов в воздухе, таких как CO2 (диоксид углерода), SO2 (диоксид серы), CO (оксид углерода) и т. Д.

Приложения :

  • Метеорологические институты
  • Медицинские учреждения
  • Дома и больницы
  • Промышленное применение
  • Вентиляционные системы
  • Очистка воздуха

13. Датчик освещенности

Датчик освещенности улавливает окружающий свет (темный / яркий) и преобразует его в ток.

Приложения :

  • Подсветка дисплея в мобильных и ЖК-дисплеях
  • КПК (персональный цифровой помощник)
  • Телевизоры, Камеры
  • Игрушки
  • Автоматическое управление уличным освещением
  • CCTV

14. Датчик дождя

Метеорологические агентства используют датчик дождя для измерения количества осадков, выпадающих в определенном месте. Количество осадков измеряется в мм . Наиболее часто используемым прибором для измерения осадков является опрокидывающийся ковш Дождемер .

15. Датчик влажности почвы

Влажность почвы измеряет количество соли и влаги в почве. Он также измеряет температуру в почве. Он основан на протоколе SDI-12.

16. Датчик уровня воды

Датчик уровня воды рассчитывает глубину воды в озерах, плотинах и реках. Существуют различные аналоговые и цифровые датчики уровня воды.

Приложения :

  • Мониторинг уровня воды
  • Экологические приложения
  • Резервуары подземных вод
  • Применение поверхностных вод

Заключение

Датчики стали жизненно важной частью бытовой электроники, промышленной электроники, робототехники и Интернета вещей.Я надеюсь, что эта статья дает вам обзор различных типов датчиков, используемых в отрасли.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Значение ПЛК Диапазон измерения
Dec Hex 0-10 V 4-20 мА
32767 7FFF 11,852 В 22,96 мА Перелив
32512 7F00 7F00 22,81 мА Диапазон превышения
27649 6C01
27648 6C00 9069 9069 9069 9007 9069 9069 9069 9069 9069 9069 9069 9069 9069 9069 Номинальный диапазон
20736 5100 7,5 В 16 мА
1 0001 361,7 мкВ 4 мА + 578.7 нА
0 0000 0 В 4 мА
-1 FFFF No
-4864 ED00 1,185 мА
-4865 ECFF Переполнение
-32769 8000