这个设计实例(DI)为(模拟)音频套件提供了一个实用的附加功能。例如,将其内置在混音器中,当任何阶段的输出接近削波时,它就会显示出来,这可能是由于过度的低音或高音增强导致的。它作为一个独立单元内置在工程箱中,在电路开发过程中非常方便。它可能不会显示问题出在哪里,但会显示某个阶段有超载的危险。如图1所示。
图1:二极管将要监测的信号组合起来,比较器检查其中是否有信号接近您选择的限值(无论是负限值还是正限值)。如果是,LED就会闪烁。
需要监控的电路的输出(数量由您选择)分别连接到一对输入二极管。输入的最大正峰值和最大负峰值(小于二极管压降)会出现在R1上。输入端没有可测量的负载,它们之间也不存在任何明显的相互作用。
比较器A1和A2将这些峰值电压与由R2/3/4确定的参考电压进行比较,当超过相关限制时,它们的公共输出就会拉低。这将使C1迅速放电,打开Q1,从而打开LED1。C1通过R5和R6缓慢充电,在回充的同时保持Q1导通。Q2是一个n沟道JFET,用作恒流二极管,将LED电流限制为其IDSS或饱和漏极电流值,对于所示的2N5485,该值约为7-8mA,并且与从<9V到>30V的轨电压基本无关。要确保器件可以承受峰值电源电压,尽管数据手册中的值通常比较保守。当内置于电源固定的设备中时,可以使用合适的电阻器代替,但对于电源会有所变化的独立版本,最好使用JFET。
根据所示值,可检测到>~10µs的峰值,相当于20kHz的半周期,根据电源电压,LED闪烁持续时间约为20–50ms。如果该电压大到足以导致Q1的栅极源保护二极管击穿,则闪烁时间将有所减少,因为R5实际上会部分短路,但由于电阻值较高,不会造成损坏。要延长闪烁时间,请增加R5/R6,增加C1则将缩短响应时间。高于或低于相关限制的直流电平将使LED持续点亮。
只需要+V和-V电源轨,不需要中央接地,因此可以自由地与单个或分离电源一起使用,总电压最高可达30V左右。将C2连接到LED旁边的电源上也是一种不错的做法,尽管后者的电流脉冲很小。U1上不需要添加额外的去耦电容。
为了适应不同的电源电压、输入摆幅和余量,只需改变R3,可使用以下公式:
R3 = (R2 + R4) / (VSS / (VCLIP × 10^(-h / 20)) - 2 VF) - 1)
其中:
举几个例子:使用±15V电源轨、±14V最大输入摆幅、3dB余量以及R2=R4=10k,R3为32736Ω或33k。单个12V电源轨、±4.5V输入摆幅和2dB余量为R3提供19663Ω或20k。(对于独立版本,我使用了一个50k电位器和一个10k电阻器来应对所有可能发生的情况。)
请注意,R2两端的电压必须大于2V,否则LM393会出现异常。虽然它可以检测到地电位或低于地电位(在这里我们不关心这一点),但比较器至少有一个输入必须低于正极轨2V以上。
虽然原理图上没有显示,但输入线应该使用屏蔽导线(应接地),最好在输入端有几百欧姆的电阻,以将被监控级与导线的电容隔离。
虽然这个电路很简单,但我发现它有助于警告级联音频级增益的不匹配。在使用中,它通常只会在音乐峰值处闪烁,如果不是,则可能是没有使用完整的动态范围或信噪比。如果它大部分时间都在闪烁,那可能只是因为放的是马勒、瓦格纳或死亡金属,但如果它一直闪烁,请检查某处是否有运算放大器烧毁了!当然,你可能也已经能听的出来了。
(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Visual overload alert,由Ricardo Xie编译)