在簡(jiǎn)單對(duì)數(shù)音頻表DI 的最后，我承諾展示如何升級(jí)它以更好地工作。通過(guò)這些修復(fù)，它現(xiàn)在具有接近數(shù)字的性能、更快的響應(yīng)和更流暢的操作。即使是這個(gè)超大版本也有兩種口味，一種相對(duì)簡(jiǎn)單，另一種則是極限。它現(xiàn)在可以超越標(biāo)準(zhǔn)峰值節(jié)目表 (PPM) 規(guī)格(這是一個(gè)很好的參考)，并且跨度超過(guò) 60 dB，可以輕松設(shè)置所需的最小和最大電平。

　　用您獨(dú)特的設(shè)計(jì)讓工程界驚嘆： 設(shè)計(jì)理念提交指南

　　雖然原始版本的目標(biāo)是生產(chǎn)簡(jiǎn)單且實(shí)用的東西，但此 DI 的目的是看看我們可以在多大程度上匹配幾行 DSP 代碼的性能，無(wú)論需要多少硬件。最初的版本僅使用一個(gè)雙運(yùn)算放大器;這種方法將其擴(kuò)充為兩個(gè)四包。超過(guò)頂部：當(dāng)然。具有啟發(fā)性的樂(lè)趣：當(dāng)然，至少對(duì)我們模擬人來(lái)說(shuō)是這樣。

　　基本原理與以前相同——強(qiáng)制電流通過(guò)二極管，測(cè)量產(chǎn)生的電壓(與輸入的對(duì)數(shù)成正比)，并捕獲峰值——但實(shí)現(xiàn)方式不同。圖 1顯示了基本電路。

　　圖 1我們?nèi)≥斎胄盘?hào)的對(duì)數(shù);其峰值電平被C2捕獲，緩慢線性放電;溫度和電平校正應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)儀表的電流源。

　　現(xiàn)在，要測(cè)量的音頻輸入通過(guò) R1(一個(gè) 10k 固定電阻器而不是熱敏電阻)施加。熱敏電阻通過(guò)縮放(線性)輸入來(lái)補(bǔ)償二極管的溫度系數(shù);使用固定電阻器，我們稍后將在電路中對(duì)(記錄的)信號(hào)應(yīng)用偏移，以達(dá)到相同的結(jié)果。 A1 的輸出是輸入的對(duì)數(shù)壓縮版本。目前，我們只需要它的正峰值。

　　A2 和 Q1 構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的峰值檢測(cè)器。只要 A1.OUT 大于 C2 上的電壓，A2/Q1 就會(huì)將電流轉(zhuǎn)入 C2，直到電壓匹配。使用晶體管而不是二極管大大提高了速度;如圖所示，當(dāng) R2 = 22R 時(shí)，它將捕獲 20 kHz 的單個(gè)半周期，如圖2所示，這比 PPM 規(guī)范要求的速度要快得多。 (為了獲得更慢、更真實(shí)的響應(yīng)，請(qǐng)?jiān)黾?R2。1k5 的響應(yīng)時(shí)間約為 5 毫秒，最終讀數(shù)誤差在 1 dB 以內(nèi)。)這可能看起來(lái)是幾個(gè)運(yùn)算放大器缺少“適當(dāng)?shù)摹狈逯禉z測(cè)器，但它完成手頭的工作：這是蒙澤德。 (Muntz?他是誰(shuí)?這會(huì)解釋。)直接從 C2 取 A2.IN-(這似乎更常見(jiàn))會(huì)導(dǎo)致過(guò)沖或減慢響應(yīng)，具體取決于串聯(lián)電阻的值。

　　圖2攻擊或積分時(shí)間非?？?衰減或返回時(shí)間，慢得多，并且是線性的。

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì) C2 進(jìn)行了快速充電，我們需要緩慢地對(duì)其進(jìn)行放電。 A3 緩沖其電壓，通過(guò) D3/R4 自舉 R3，在 1.7 秒內(nèi)提供相當(dāng)于 20 dB 的線性電壓下降，這正是我們想要的，這更多是出于偶然，而不是設(shè)計(jì)。

　　現(xiàn)在我們將信號(hào)通過(guò) D4，其溫度系數(shù)約為 -2 mV/°C，補(bǔ)償了 D1/2 的溫度系數(shù)。它還使電平下降了約 600 mV 的 V F，需要恢復(fù)。 D5 顯示為通用 1.25 V 并聯(lián)穩(wěn)定器，其確切類型或值并不重要。 (我使用了手邊的 LM385;有了干凈、穩(wěn)定的負(fù)電源軌，就可以設(shè)計(jì)出來(lái)。)它提供了一個(gè)精確的源，不僅可以抵消 D4 的 V F，還可以抵消整個(gè)信號(hào)，以設(shè)置米針的零點(diǎn)。 R8 允許將其從大約 -62 dBu (R8 = 10k) 調(diào)整到 +1 dBu (R8 = 0)。

　　A4 驅(qū)動(dòng)儀表移動(dòng)，緩沖來(lái)自 D4 的電壓，通過(guò) R9 應(yīng)用偏移電壓補(bǔ)償。 A4 將電流驅(qū)動(dòng)通過(guò)儀表進(jìn)入 R11，由此產(chǎn)生的電壓通過(guò) R10 反饋以閉合反饋環(huán)路。儀表串聯(lián)了 D6 以防止擺動(dòng)不足，D5 捕獲 A4 上的負(fù)擺動(dòng)。 (遺憾的是我們不能對(duì) A2 做同樣的事情。)

　　校準(zhǔn)很簡(jiǎn)單。在輸入端施加最小輸入電平，或在R1信號(hào)端施加最小負(fù)峰值對(duì)應(yīng)的直流電壓，調(diào)節(jié)R8使儀表上指示為零?，F(xiàn)在應(yīng)用最大電平(我選擇 +10 dBu)并將 R11 設(shè)置為滿量程偏轉(zhuǎn)。必須先設(shè)置 R8，然后設(shè)置 R11。

　　溫度穩(wěn)定性好。根據(jù) LTspice 的說(shuō)法，溫度系數(shù)在 +1 dBu 輸入附近為零，在其他電平上也比較合理，在 15 至 35°C 的溫度下，在 -50 dB 左右時(shí)讀數(shù)誤差在 1 dB 以內(nèi)。令人沮喪的是，我只能通過(guò)在 R10 周圍的網(wǎng)絡(luò)中添加額外的電阻和熱敏電阻來(lái)獲得更好的補(bǔ)償，這些值根據(jù)所需的跨度而不同：交互太多。額外的階段可以解決這個(gè)問(wèn)題，但是。 。 。圖 3顯示了儀表的模擬響應(yīng)和實(shí)時(shí)響應(yīng)。

　　圖 3設(shè)置 50 dB 跨度和 +10 dBu 最大讀數(shù)時(shí)的模擬和測(cè)量響應(yīng)，顯示溫度和運(yùn)算放大器偏移的影響。

　　我們現(xiàn)在擁有了一款高性能儀表，具有接近數(shù)字的精度甚至精確度。但它仍然只是半波傳感，并且還存在一些殘留的錯(cuò)誤。對(duì)于全波操作，我們可以將反相器 A5 等添加到 A1 的輸出，以及第二個(gè)峰值檢測(cè)級(jí) A6 和 Q2(與 A2 和 Q1 有效并聯(lián))，以添加正向的貢獻(xiàn)輸入：見(jiàn)圖4。如果 A1 和 A5 具有零失調(diào)電壓，或者如果將微調(diào)器產(chǎn)生的幾毫伏施加到 A2.IN+ 和 A5.IN+，則可以省略 C3?，F(xiàn)實(shí)世界(且廉價(jià))運(yùn)算放大器固有的輸入偏移限制了跨度，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致低電平的不準(zhǔn)確，而要測(cè)量的信號(hào)與它們相當(dāng)。

　　添加雙極檢測(cè)的另一種方法是在輸入端使用全波整流器，但額外的運(yùn)算放大器偏移使得這種方法在沒(méi)有混亂的微調(diào)的情況下變得太不準(zhǔn)確。

　　圖 4可以添加額外的組件進(jìn)行全波檢測(cè)。

　　該電路的響應(yīng)速度比儀表的移動(dòng)速度還要快。 C2 可能會(huì)因瞬變而幾乎瞬時(shí)充電，但其電壓將以指示的 11.8 dB/秒(或 1.7 秒內(nèi) 20 dB)衰減。因此，如果儀表需要 85 毫秒響應(yīng)，則該瞬態(tài)讀數(shù)會(huì)低 1 dB。圖 5顯示了如何解決這個(gè)問(wèn)題。

　　圖 5最后添加的內(nèi)容：“加電復(fù)位”和單穩(wěn)態(tài)，可在峰值后提供約 100 毫秒的保持時(shí)間，以允許儀表移動(dòng)趕上。

　　A7和A8形成單穩(wěn)態(tài)，由C2電壓急劇上升觸發(fā)，并在A7.OUT處產(chǎn)生正脈沖。通過(guò)二極管將其連接到 R4(不再連接到 Vs-)可以解決該問(wèn)題：當(dāng) A7.OUT 為低電平時(shí)，C2 將以正常方式放電，但當(dāng)它為高電平時(shí)，C2 的放電路徑實(shí)際上是開(kāi)路。如圖所示，對(duì)于 +/-6 V 電源軌，該保持時(shí)間約為 100 ms。調(diào)整 C5 或 R16 來(lái)改變這一點(diǎn)。結(jié)果如圖2所示。

　　最后一步是上電復(fù)位，也如圖 5 所示。(數(shù)字電路通常都有它們，那么我們?yōu)槭裁匆慌懦谕饽?)Q3 上的正軌急劇上升，這可能是幾乎任何 n- MOSFET——持續(xù)幾百毫秒，將 C2 鉗位至地，同時(shí)電路穩(wěn)定。如果沒(méi)有這個(gè)，C2 可能會(huì)在加電時(shí)充電到高電平，需要很多秒才能恢復(fù)。

　　盡管顯示了 100 μA 的儀表移動(dòng)，但 A4 可以輕松驅(qū)動(dòng)幾毫安。選擇或調(diào)整 R11 以適應(yīng)。

　　雖然您可能不想構(gòu)建這樣的完整儀表，但此處使用的技術(shù)和想法很可能對(duì)其他項(xiàng)目派上用場(chǎng)。但如果您這樣做，請(qǐng)務(wù)必使用硬橡膠外殼機(jī)芯，配有拋光黃銅鑲嵌件，并配有基于維多利亞時(shí)代市政廳時(shí)鐘分針的指針。電子朋克生活!

　　— Nick Cornford 在 10 歲時(shí)建造了他的第一臺(tái)水晶裝置，從那時(shí)起就設(shè)計(jì)了專業(yè)音頻設(shè)備、許多數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品和技術(shù)安全套件。他終于退休了。大多。有點(diǎn)。