Пиковый индикатор выходной мощности. Пиковый индикатор уровня

LM3915 – интегральная микросхема (ИМС) производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала и выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов. Благодаря своей конструктивной особенности, ИМС получила широкое распространение в схемах индикаторов на светодиодах. Так как светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале, он нашёл практическое применение в отображении и контроле уровня сигнала в усилителях звуковой частоты.

Не стоит путать LM3915 с её родственниками LM3914 и LM3916, которые имеют аналогичное расположение и назначение выводов. ИМС серии 3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение), а ИМС серии 3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.

Краткое описание LM3915

Блок-схема LM3915 состоит из десяти однотипных операционных усилителей, работающих по принципу компаратора. Прямые входы ОУ подключены через цепочку из резистивных делителей с различными номиналами сопротивлений. Благодаря этому светодиоды в нагрузке зажигаются по логарифмической зависимости. На инверсные входы приходит входной сигнал, который обрабатывается буферным ОУ (вывод 5).

Внутреннее устройство ИМС включает маломощный интегральный стабилизатор, подключенный к выводам 3, 7, 8 и устройство для задания режима свечения (вывод 9). Диапазон питающего напряжения составляет 3–25В. Величину опорного напряжения можно задать в пределах от 1,2 до 12В при помощи внешних резисторов. Вся шкала соответствует уровню сигнала в 30 дБ с шагом 3 дБ. Выходной ток можно задать от 1 до 30 мА.

Схема индикатора звука и принцип её действия

Как видно из рисунка, принципиальная электрическая схема индикатора уровня звука состоит из двух конденсаторов, девяти резисторов и микросхемы, нагрузкой для которой служат десять светодиодов. Для удобства подключения питания и аудиосигнала её можно дополнить двумя разъёмами под пайку. Собрать такое простое устройство под силу любому, даже начинающему, радиолюбителю.

Типовое включение предусматривает питание от источника 12В, которое поступает на третий вывод LM3915. Оно же, через токоограничивающий резистор R2 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2, идёт на светодиоды. Резисторы R1 и R8 служат для снижения яркости последних двух красных светодиодов и являются необязательными. 12В также приходит на перемычку, которая управляет режимом работы ИМС через вывод 9. В разомкнутом состоянии схема работает в режиме «точка», т.е. происходит свечение одного светодиода, соответствующего входному сигналу. Замыкание перемычки переводит схему в режим «столбик», когда уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца.

Резистивный делитель, собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Более точная настройка осуществляется многооборотным подстроечным резистором R4. Резистор R9 задает смещение для верхнего уровня (вывод 6), точное значение которого определяется сопротивлением R6. Нижний уровень (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7,8) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. Именно R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле:

R5=12,5/I LED , где I LED – ток одного светодиода, А.

Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. Во избежание перегрева корпуса ИМС, не следует превышать ток LED более 20 мА. Все-таки это индикатор, а не новогодняя гирлянда.

Печатная плата и детали сборки

Печатную плату индикатора уровня звука в формате lay можно скачать . Она имеет размеры 65×28 мм. Для сборки требуются прецизионных деталей. Резисторы типа МЛТ-0,125Вт:

R1, R5 R8 – 1 кОм;
R2 – 100 Ом;
R3 – 10 кОм;
R4 – 50 кОм, любой подстроечный;
R6 – 560 Ом;
R7 – 10 Ом;
R9 – 20 кОм.

Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. ИМС LM3915 рекомендуется запаивать не напрямую, а через специальную панельке для микросхемы. В нагрузке можно применить ультраяркие LED любого цвета свечения, вплоть до фиолетового. Но это уже личные эстетические предпочтения. Для отображения стереосигнала потребуются две одинаковые платы с независимыми входами. Более подробные данные о LM3915 можно найти в техническом описании здесь.

Работоспособность данного индикатора доказана на практике многими радиолюбительскими кружками и по-прежнему выпускается в виде наборов МастерКит.

Читайте так же

Рисунок 1.

Вашему вниманию предлагается двухканальный (стереофонический) индикатор уровня с детектором пиков от Ondrej Slovak. Этот индикатор разработан на микроконтроллере PIC16F88, его так же можно собрать и на микроконтроллере PIC16F1827 и на микроконтроллере PIC16F819. Прошивки индикатора пиков для всех этих типов микроконтроллеров находятся в прикреплении (в архиве). Схемы аналогичны, различаются только прошивки. Мы будем рассматривать схему с микроконтроллером PIC16F88.
Отображение уровней и пиков в индикаторе, происходит на двух светодиодных шкалах (линейках) по 16 светодиодов в каждой, 2 х16.
Режимы, в которых может работать индикатор, изображены ниже в таблице, они такие-же, как и в предыдущей схеме (индикаторе). Их можно комбинировать и объединять установкой или снятием перемычек (джамперов). Резистором R1 изменяется чувствительность индикатора, меняется напряжение на выводе 2 микроконтроллера, причём чем меньше напряжение на выводе 2, тем выше чувствительность индикатора. Оптимальное напряжение на выводе в пределах 200-250 мВ.

Таблица 1. Выбор режимов индикации.

Шкала индикатора работает в двух режимах отображения, это в линейной и логарифмической (ниже на рисунке). Линейная шкала зашита программно в коде программы, а вот значения логарифмической шкалы можно поменять по своему усмотрению, или даже сделать обратно-логарифмической. Эти данные "зашиты" в EEPROM и их можно менять.

Рисунок 2.

Как менять самому значения данных EEPROM, рассмотрим ниже.
На рисунке №3 приведён "снимок" кодов EEPROM программы ISPROG.

Рисунок 3.

В верхней части таблицы, строчки обведённые красным цветом - это значения (логарифмические) "зажигания" каждого светодиода (16 значений), которые соответствуют значению логарифмической шкалы, на рисунке №2. Это шестнадцатеричные значения вертикальной шкалы (от 2-х до 248). Можете построить свою шкалу, например обратно-логарифмическую, и внести свои значения в эти ячейки.
Далее ниже разберём по частям;
03 - Первое значение - это время свечения светодиодов, по умолчанию установлено 12 мс (1 = 4,096 мс, то есть 03 = (4,096*3)= 12,228 мс)
08 - Это время свечения последнего светодиода, по умолчанию 33 мс.
08 - Это темп спадания пиков, по умолчанию установлено 33 мс.
7А - Это время послесвечения пиков, по умолчанию установлено 500 мс.(7А = 122* 4,096)
64 - Это коррекция яркости свечения светодиодов. Для светодиодов с током свечения 2 ма - значение 64, для светодиодов с током свечения 20 ма - устанавливается 08.

Посмотрите демонстрационное видео, работы индикатора пиков. Здесь он работает в режиме индикации с пиками в падающем режиме, шкала логарифмическая (джамперы сняты).

Конфигурация процессора PIC16F88 (установка предохранителей, "фузов").
CP:OFF, CCPMux:RB0, Debugger:OFF, WRT:Writable, CPD:OFF, LVP:OFF, BOREN:ON, MCLRE:I/O, PWRTE:Disabled, WDTE:ON, OSC:INTRC-I/O, IESO:OFF, FCMEN:OFF

Конфигурация процессора PIC16F1827 (установка предохранителей, "фузов").
FOSC:INTOSC, WDTE:ON, PWRTE:OFF, MCLRE:OFF, CP:OFF, CPD:OFF, BOREN:ON, CLKOUTEN:OFF, IESO:OFF, FCMEN:OFF, WRT:OFF, PLLEN:OFF, STVREN:OFF, BORV:HI, LVP:ON

В прикреплении в архиве, так же находятся и начальные части кодов asm для этих процессоров, в которых указаны конфигурации процессоров.

*При конструировании и налаживании своих разработок на микроконтроллерах, автор использует USB-программатор PRESTO и соответственно, прилагающее к нему программное обеспечение компании ASIX - программу ASIX UP. Конфигурации процессоров указаны для этой программы.
Я повторял эту конструкцию, использовав программатор ExtraPic и программу icprog. Конфигурации процессора не устанавливал и не контролировал. Сразу после прошивки схемы заработали (имеется в виду ещё и первая схема для 40 светодиодов), повторял несколько раз - всё начинало работать сразу после прошивки.

Рисунок 4.

Индикатор собран на печатной плате, размером 84 х 27 мм. Фото печатной платы ниже на рисунке №5. На плате резисторы R1-R8 smd.

Рисунок 5.

Ниже на рисунке №6 показаны перемычки, распаянные на плате между линейками светодиодов.

Рисунок 6.

Внешний вид собранного индикатора. На плате установлены плоские светодиоды, резисторы R1 - R8 типа smd, распаяны с обратной стороны платы, со стороны дорожек.

Рисунок 7.

Печатная плата индикатора (в формате Sprint-Layout имеется в архиве) с расположением элементов изображена на рисунке №8. На плате не указаны перемычки между линейками светодиодов, так как они расположены одна над другой. Перемычки распаиваются на места, обозначенные цифрами 1 - 7, причём сначала устанавливается перемычка №1 на место 1-1, затем - 2 на место 2-2, и т.д.

Рисунок 8.

Ниже в архиве имеются схема, рисунки печатной платы в формате Sprint-Layout, прошивки для микроконтроллеров PIC16F88, PIC16F1827, так же в архив добавлена печатная плата в формате Sprint-Layout с увеличенным расстоянием между рядами светодиодов и рассчитанная под установку круглых светодиодов, так же прошивка для микроконтроллера PIC16F819.

Если у кого-то возникнут какие либо вопросы по конструкции индикатора, задавайте их .

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 .

Вашему вниманию предлагается двухканальный (стереофонический) индикатор уровня с детектором пиков от Ondřej Slovák. Этот индикатор разработан на микроконтроллере PIC16F88, его так же можно собрать и на микроконтроллере PIC16F1827 и на микроконтроллере PIC16F819. Прошивки индикатора пиков для всех этих типов микроконтроллеров находятся в прикреплении (в архиве). Схемы аналогичны, различаются только прошивки. Мы будем рассматривать схему с микроконтроллером PIC16F88.
Отображение уровней и пиков в индикаторе, происходит на двух светодиодных шкалах (линейках) по 16 светодиодов в каждой, 2 х16.
Режимы, в которых может работать индикатор, изображены ниже в таблице, они такие-же, как и в предыдущей схеме (индикаторе). Их можно комбинировать и объединять установкой или снятием перемычек (джамперов). Резистором R1 изменяется чувствительность индикатора, меняется напряжение на выводе 2 микроконтроллера, причём чем меньше напряжение на выводе 2, тем выше чувствительность индикатора. Оптимальное напряжение на выводе в пределах 200-250 мВ.

Таблица 1. Выбор режимов индикации.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Схема индикатора изображена ниже на рисунке №4. Светодиоды применены на ток 3 мА, если ставить светодиоды мощнее, на ток 20 мА, то резисторы R1-R8 необходимо заменить на резисторы по 22-33 Ом, можно ставить на плату резисторы smd. Для оперативного переключения режимов работы индикатора, на плате установлены коммутированные перемычки ("джамперы").
Конфигурация процессора PIC16F88 (установка предохранителей, "фузов").
CP:OFF, CCPMux:RB0, Debugger:OFF, WRT:Writable, CPD:OFF, LVP:OFF, BOREN:ON, MCLRE:I/O, PWRTE:Disabled, WDTE:ON, OSC:INTRC-I/O, IESO:OFF, FCMEN:OFF
Конфигурация процессора PIC16F1827 (установка предохранителей, "фузов").
FOSC:INTOSC, WDTE:ON, PWRTE:OFF, MCLRE:OFF, CP:OFF, CPD:OFF, BOREN:ON, CLKOUTEN:OFF, IESO:OFF, FCMEN:OFF, WRT:OFF, PLLEN:OFF, STVREN:OFF, BORV:HI, LVP:ON
В прикреплении в архиве, так же находятся и начальные части кодов asm для этих процессоров, в которых указаны конфигурации процессоров.
*При конструировании и налаживании своих разработок на микроконтроллерах, автор использует USB-программатор PRESTO и соответственно, прилагающее к нему программное обеспечение компании ASIX - программу ASIX UP. Конфигурации процессоров указаны для этой программы.
Я повторял эту конструкцию, использовав программатор ExtraPic и программу icprog. Конфигурации процессора не устанавливал и не контролировал. Сразу после прошивки схемы заработали (имеется в виду ещё и первая схема для 40 светодиодов), повторял несколько раз - всё начинало работать сразу после прошивки.

Рисунок 4.