Навигация по сайту Моя кладовка

Логарифмический двухполупериодный выпрямитель на микросхеме К157ДА1 для индикатора уровня

Микросхема К157ДА1 - двухканальный двухполупериодный выпрямитель среднего значения сигналов предназначен для управления приборами индикации средних уровней записываемого сигнала в стереофонических магнитофонах. Каждый канал ИС содержит буферный усилитель и преобразователь двухполярного сигнала в однополярный.

Функциональная схема ИС К157ДА1 и типовая схема ее включения приведены на рисунке ниже, здесь: 1 - буферные усилители, 2 - преобразователи двухполярного сигнала, 3 - стабилизатор режима. Выходные напряжения на нагрузке каждого канала микросхемы (конденсаторах фильтра С1, С2 и стрелочных измерительных приборах P1, P2) имеют положительную полярность. Уровни выходных напряжений соответствуют с высокой точностью средневыпрямленным значениям входных сигналов в диапазоне свыше 50 дБ, что позволяет использовать эту ИС в самых различных устройствах не только бытовой аппаратуры магнитной записи, но и в измерительной технике, в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Типовая схема включения микросхемы К157ДА1

Величины резисторов R7, R8 и подстроечников R3, R6 зависят от чувствительности стрелочного индикатора. Емкость конденсаторов определяет постоянную времени устройства. Важная (и приятная) особенность микросхемы - из ее выходов (12 и 10) ток только вытекает, и не втекает. То есть, конденсатор заряжается довольно быстро выходным током, но не разряжается через микросхему. Это позволяет реализовать довольно точный пиковый детектор.

В общем, это очень неплохая и полезная микросхема, не имеющая аналогов зарубежом. Вот ее основные параметры:

Основные электрические параметры микросхемы К157ДА1
Номинальное напряжение питания, В
±15
Коэффициент усиления по напряжению
7... 10
Выходное напряжение, В
не менее 9
Выходное напряжение покоя, мВ
не более 50
Входной ток каждого канала, нА
не более 200
Потребляемый ток в отсутствие сигнала (по двум каналам), мА
не более 1,6
Выходной ток каждого канала, мА
не менее 2,5...6
Предельно допустимые режимы эксплуатации
Диапазон питающих напряжений
±3...±20
Верхняя граничная частота, кГц
не менее 100
Рассеиваемая мощность (в диапазоне температур -25...+25 °С), мВт
не более 500
Диапазон рабочих температур, °С
-25...+70

Из таблицы видно, что микросхема довольно хорошо усиливает сигнал, поэтому для большинства стрелочных индикаторов чувствительность по входу составит около 20...50 мВ. Если же нужно измерять уровень выходного сигнала усилителя мощности (большой амплитуды), то на вход микросхемы сигнал нужно подавать через делитель напряжения.

Еще одно большое достоинство микросхемы, это то, что из нее довольно просто получается логарифмический выпрямитель - такой, что его постоянное выходное напряжение (при двухполупериодном выпрямлении) пропорционально логарифму входного. Это полезно, когда требуется показывать широкий диапазон амплитуд сигналов. Например, если использовать линейный индикатор в 100-ватном усилителе мощности, то стрелка будет заметно отклоняться при мощности несколько ватт, то есть довольно громком звуке. Если же использовать логарифмический индикатор, то он покажет уровеньдаже очень тихого звука.

Для этого микросхема включается немного не по типовой схеме, но ее работе не нарушается и никаких вредных последствий не происходит. Рассмотрим подробнее как это все работает.

Каждый канал микросхемы содержит предварительный усилитель и преобразователь двуполярного сигнала в однополярный. Вот схема половинки (одного канала) 157ДА1:

 

Предварительные усилители являются операционными усилителями, причем корректирующие конденсаторы и резисторы цепи общей ООС, определяющие коэффициент передачи, сделаны на кристалле. Входные каскады усилителей обоих каналов выполнены по дифференциальной схеме на транзисторах VT1 и VT9. Вторые каскады - усилители напряжения - собраны на транзисторах VT11 и VT13. Усилители мощности — транзисторы VT17, VT18 - двухтактные, без начального смещения. Коллекторы каждого из транзисторов усилителя мощности подключены к токовым зеркалам на парах транзисторов VT21, VT23 и VT27, VT32. Нагрузкой каскада служит делитель R1, R5 в цепи отрицательной обратной связи.

Воздействие на входе усилителя сигналов отрицательной или положительной полярности приводит к появлению импульса тока в цепи коллектора р-п-р или п-р-п транзистора усилителя мощности (выходного для ОУ), которые затем подводятся в виде импульсов тока одной полярности к токовому зеркалу VT27, VT32 и в результате ток коллектора VT32 пропорционален модулю входного напряжения. Вывод 13 заземляют, и на R16 выходной ток превращается в напряжене по закону Ома. Которое и усиливается выходным повторителем VT36. VT30 компенсирует падение напряжения на базовом переходе выходного повторителя.

А логарифмический выход получается, если мы игнорируем повторитель VT36, а используем непосредственно ток коллектора VT32. Если его (ток) пропустить через маломощный диод, то в силу его (диода) ВАХ, напряжение будет = ln(IкVT32) = К * ln (Uвх), где К - некоторый коэффициент.

Вот эта схема:

Схема включения микросхемы К157ДА1 в качестве логарифмирующего двухполупериодного выпрямителя

 

Особенности схемы:

  1. Максимальное выходное напряжение ~0,5...0,6 вольт. Если нужно больше - включаем последовательно несколько диодов. При двух диодах будет ~1,0...1,2 вольта, при трех ~1,5...1,8 вольт, и т.д.
  2. Диоды лучше использвать не выпрямительные, а универсальные (ВЧ), например, КД509, КД503 и т.п.
  3. Ток индикатора должен быть < 1 мА.
  4. R3, R6 задают уровень максимального отклонения стрелки. Пользуются ими так: на вход устройства подается сигнал максимального уровня и изменяя сопротивления R3 и R6, устанавливают стрелки на конечное деление шкалы. Если это сделать не удается - увеличивают количество диодов (см. п. 1).
  5. R* задают линейность при минимальнм отклонении стрелки. То есть, если при тихом-тихом сигнале стрелка отклоняется довольно сильно, то уменьшением сопротивления R* можно снизить "логарифмичность" зависимости и сделать отклонение стрелки индикатора меньше. Сравните на графике красную и синюю кривые - при меньшем сопротивлении выходное напряжение (отклонение стрелки) нарастает не так резко. Если поведение индикатора на маленьком сигнале всех устраивает, то R* можно исключить.
  6. Если к выходу подключен стрелочный, а не электронный индикатор, то устанавливать R* нет необходимости - сопротивление резисторов и самой головки индикатора играет роль R*.
  7. Наличие R* искажает зависимость выходного сигнала от входного, делаа ее "менее" логарифмической при малых уровнях сигнала.

 

 

Приведенная выше схема дает очень хорошую аппроксимацию логарифмической зависимости, но для этого требуется, чтобы сопротивление устройства, подключенного параллельно диоду (т.е. индикатора) было не менее мегома. Это легко достижимо в электронных индикаторах (например, на микросхеме А277 или U180).

Кроме того, выходной ток микросхемы по используемым выходам не превышает 1 мА. Если же нужно получить больший ток, то можно использовать "усиленные" выходы эмиттерного повторителя микросхемы:


В этой схеме на последовательно соединенных диодах производится логарифмирование сигнала, а потом полученное напряжение через повторитель на транзисторе VT36 (см. принципиальную схему микросхемы) поступает на выход. Поскольку выходное напряжение в этом случае есть сумма напряжений на диодах плюс падение напряжения на резисторе R16 микросхемы, логарифмичность зависимости заметно нарушается (см. черную линию на графиках). Чем больше диодов, тем больше их доля напряжения по сравнению с напряжением на R16, и тем ближе характеристика к логарифмической. Для улучшения точности, количество диодов в каждом плече можно увеличить до восьми.

Помните, что при этом все равно действует правило: Uвых ~ (0,5...0,6) * количество_диодов

 

28.09.2006

 

Счетчик 

Яндекс.Метрика