Ένδειξη στάθμης ήχου 60db

vu_meter_60db_board
4.66667 5 3 Product


Τα περισσότερα κυκλώματα ένδειξης στάθμης ήχου λειτουργούν σε περιορισμένη δυναμική περιοχή και δεν προσφέρουν αρκετή ανάλυση για επαγγελματικές εφαρμογές και για χρήση στη ραδιοφωνία. Γι’ αυτό, έχει σχεδιαστεί ένα κύκλωμα ένδειξης στάθμης (VU meter) με ευρεία δυναμική περιοχή 60db που προσφέρει υψηλή ανάλυση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε «απαιτητικές» εφαρμογές. Το κύκλωμα ένδειξης στάθμης των 60db έχει εμπνευστεί από το φυλλάδιο πληροφοριών του ολοκληρωμένου κυκλώματος LM3915.
 
To LM3915 είναι ένα δημοφιλές ολοκληρωμένο  που περιέχει δέκα αναλογικούς συγκριτές και μία εσωτερική πηγή τάσης αναφοράς και είναι σε θέση να ανιχνεύει τη στάθμη μιας αναλογικής τάσης και να την απεικονίζει σε 10 LEDs, παρέχοντας  λογαριθμική ένδειξη με 3 dB / βήμα. 10 στάθμες και  3 dB / βήμα, αντιστοιχούν σε μία συνολική δυναμική περιοχή ανίχνευσης των 30 dB. Ουσιαστικά, η τιμή των 30db απέχει κατά πολύ από τα 60db του κυκλώματός μας και σε πρώτη εκτίμηση δεν διαφαίνεται η δυνατότητα επίτευξης των 60db με το LM3915. Κι όμως, η επέκταση στα 60db μπορεί να γίνει εύκολα, δεδομένου ότι 2 ή 3 LM3915 μπορούν να συνδεθούν διαδοχικά για να παρέχουν ένδειξη σε συνολική περιοχή 60 ή ακόμη και 90db. Η συγκεκριμένη δυνατότητα περιγράφεται αναλυτικά στο φυλλάδιο πληροφοριών του ολοκληρωμένου. 

Στο κύκλωμα ένδειξης στάθμης των 60dB (vu-meter) που περιγράφουμε εδώ, χρησιμοποιούμε δύο ολοκληρωμένα LM3915 και τα συνδέουμε σε διαδοχή για να πετύχουμε μια συνολική δυναμική περιοχή των 60 dB. Στην πραγματικότητα θα διαπιστώσετε ότι η «διαδοχή» αναφέρεται στη λογική σύνδεση των ολοκληρωμένων (λογική τοπολογία) και όχι στην πραγματική τους διασύνδεση που είναι στην ουσία μία παράλληλη σύνδεση.

To κύκλωμα ένδειξης στάθμης των 60dB (vu-meter)
To κύκλωμα ένδειξης στάθμης των 60dB (vu-meter)

Το LM3915 τροφοδοτεί τα LED με σταθερό ρεύμα που η τιμή του καθορίζεται από δύο αντιστάσεις που εμπλέκονται επίσης και στη ρύθμιση της εσωτερικής τάσης αναφοράς. Επειδή ουσιαστικά το LM3915 τροφοδοτεί τα LED με πηγές ρεύματος, δεν απαιτείται χρήση ξεχωριστής αντίστασης για κάθε LED, τα LED συνδέονται κατευθείαν στις εξόδους του ολοκληρωμένου δίχως αντιστάσεις και η φωτεινότητά τους (ουσιαστικά, το ρεύμα τους) ρυθμίζεται ανεξάρτητα από την  τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος.

Η αντίσταση που ρυθμίζει κυρίως το ρεύμα στα LED 11 έως 20, είναι η R5, ενώ η ίδια αντίσταση εμπλέκεται και στο δικτύωμα R5-R6-P1-R7 που καθορίζει και την τάση αναφοράς για να οριστεί η στάθμη σήματος πλήρους κλίμακας για το IC2. Η πλήρης κλίμακα για το IC2 έχει οριστεί σε 5V. Δηλαδή, το τελευταίο LED (το LED 20) ανάβει όταν η αναλογική τάση στην είσοδο του  IC2 γίνει ίση ή μεγαλύτερη από 5V.

Η πλήρης κλίμακα για το IC1 ορίζεται σε 158mV, που είναι ουσιαστικά μία τιμή τάσης ελαττωμένη κατά 30db σε σχέση με τα 5V.  Η πλήρης κλίμακα για το IC1 μπορεί να ρυθμιστεί από το ποτενσιόμετρο Ρ1. Ταυτόχρονα, το ρεύμα για τα  LED 1 έως 10 (που οδηγούνται από το IC1) ορίζεται ουσιαστικά από την R3. Η R3 επιτελεί τον ίδιο ακριβώς ρόλο με την R5 και ρυθμίζει το ρεύμα στα πρώτα 10 LED έτσι ώστε να είναι ακριβώς ίδιο με το ρεύμα των LED 11 έως 20 που οδηγούνται από το IC2. Ωστόσο, η τιμή της R3 δεν είναι η ίδια με εκείνη της R5. Στην πραγματικότητα, είναι μικρότερη από την τιμή της R5 για να αντισταθμίσει την επίδραση από τον εσωτερικό διαιρέτη τάσης του IC2, που συνδέεται παράλληλα με την πηγή τάσης αναφοράς του IC2. Η επιλεγμένη τιμή για την R3 εξασφαλίζει ότι δεν υπάρχουν διαφορές στις φωτεινότητες των LED από το  IC1 στο IC2.

Το τυπωμένο κύκλωμα του vu-meter των 60db
Το τυπωμένο κύκλωμα του vu-meter των 60db

Στο κύκλωμα υπάρχει κι ένας διπλός μεταγωγός, ο διακόπτης S1, που επιτρέπει την απεικόνιση της στάθμης σε μορφή «φωτεινής τελείας» αντί για ραβδόγραμμα – φωτεινή μπάρα  - που συνήθως επιλέγεται στις περισσότερες περιπτώσεις. Υπάρχει επίσης και ένας σταθεροποιητής τάσης, το  IC3, που χρησιμοποιείται για να μειώσει την τάση που εφαρμόζεται στα LED, σε σχέση με την τάση τροφοδοσίας, ώστε να διατηρηθεί η κατανάλωση ισχύος στα IC1 και IC2 εντός ασφαλών ορίων (δεδομένου ότι αν δεν υπήρχε ο σταθεροποιητής για να δημιουργεί πτώση τάσης, η πτώση τάσης θα συνέβαινε στα στοιχεία των πηγών ρεύματος των ολοκληρωμένων και θα «ανέβαζε» την κατανάλωση ισχύος σε αυτά).

Ο ακροδέκτης 5 του IC1, που είναι και ο ακροδέκτης εισόδου (δέχεται την αναλογική τάση προς μέτρηση) συνδέεται απευθείας με τον ακροδέκτη 5 του IC2. Αυτό σημαίνει ότι στην πραγματικότητα τα δύο ολοκληρωμένα είναι συνδεμένα παράλληλα και η λογική διαδοχή υλοποιείται λόγω των διαφορετικών τάσεων αναφοράς σε κάθε ολοκληρωμένο. Το σήμα εισόδου δεν εφαρμόζεται απευθείας στους ακροδέκτες εισόδου των IC1 και IC2, αλλά πρώτα φιλτράρεται και υπόκειται εξασθένιση από το δικτύωμα C1-R1-R2-C4. Ο C1 χρησιμοποιείται για να μπλοκάρει οποιαδήποτε DC συνιστώσα στην είσοδο. Οι R1 και R2 σχηματίζουν έναν διαιρέτη τάσης που υποβιβάζει τη στάθμη του σήματος εισόδου και ο C4 δημιουργεί έναν ολοκληρωτή (συγκράτηση στάθμης) για να παρέχει μια μικρή χρονική καθυστέρηση και να καταστέλλει την απόκριση σε υψηλές συχνότητες. Με την R1 στα 18 Κ, όπως φαίνεται στο σχηματικό, η πλήρης κλίμακα επιτυγχάνεται σε περίπου 14V (στο σήμα εισόδου), που ισοδυναμεί με 50W σε φορτίο 4Ω. Ανάλογα με την ισχύ εξόδου του ενισχυτή, στον οποίο θα προσαρμόσετε το δικό σας VU meter, η κατάλληλη τιμή για την R1 μπορεί να επιλεγεί από τον παρακάτω πίνακα:

Πίνακας τιμών για την R1
Πίνακας τιμών για την R1

Ο C4, στην πραγματικότητα χρησιμοποιείται για να ρυθμίζει το χρόνο ανόδου και πτώσης της φωτεινής μπάρας (ή τελείας) ενεργώντας ως ολοκληρωτής - σε συνδυασμό με την R2 και την R1. To VU-meter σκόπιμα "επιβραδύνει" την απόκριση του, έτσι ώστε να μην ανταποκρίνεται σε στιγμιαίες ριπές της μουσικής που συνήθως αντιστοιχούν σε θόρυβο ή δυσκολεύουν την ανάγνωση της στάθμης. Η «ταχύτητα» της μέτρησης έχει καθοριστεί ανάλογα με τις προτιμήσεις του συγγραφέα, αλλά μπορεί εύκολα να ρυθμιστεί βάσει της δικής σας προτίμησης αν αντικαταστήσετε τον C4, ή ακόμα και τις R2 και R1 με διαφορετικές τιμές και βάσει δοκιμής και λάθους θα είστε σε θέση να βρείτε τις ιδανικές τιμές σύμφωνα με τις προτιμήσεις σας.

Οδηγός συναρμολόγησης του κυκλώματος ένδειξης στάθμης 60db
Οδηγός συναρμολόγησης του κυκλώματος ένδειξης στάθμης 60db

Ο μετρητής VU απαιτεί μόνο μία απλή ρύθμιση του ποτενσιομέτρου Ρ1. Το P1 πρέπει να ρυθμιστεί για να παρέχει 158 mV (5.0 V / 31,62) στον ακροδέκτη 6 του IC1, δηλαδή, -30 dB σε σχέση με την τάση αναφοράς στις ακίδες 7 και 8 του IC2. Η προσαρμογή αυτή αντιστοιχεί σε μία αρχική βαθμονόμηση που μπορεί να επιτευχθεί εύκολα με τη χρήση ενός ψηφιακού βολτομέτρου ακριβείας.

Το κύκλωμα μπορεί να τροφοδοτηθεί από 8 έως 12V. Ένα μικρό τροφοδοτικό με τάση εξόδου περίπου 8 VDC είναι ένας φθηνός και ασφαλής τρόπος για να τροφοδοτήσετε το κύκλωμα.