Audio-Ampel - Elektor MAGAZINE

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Elektor•Post
Projekt Nr. 50
Audio-Ampel
Mit drei LEDs
Ein Audio-Aussteuerungsindikator ist ein sehr
nützliches Instrument, um zu ermitteln, ob
eine Stereoanlage übersteuert wird. Diese
Schaltung ist mit drei Indikator-LEDs in Am-
Entwurf: Sunil Malekar
(Elektor-Labor)
Text: Harry Baggen
(Redaktion NL)
pelfarben ausgestattet und für einen großen Eingangsspannungsbereich geeignet.
Pegelmesser haben wir in Elektor schon in
allen möglichen Varianten und Maßen veröffentlicht. In diesem Fall haben wir aber
von einem voll ausgestatteten VU-Meter mit
LED-Balken abgesehen, das bei einem normalen Audioverstärker auch etwas übertrieben sein dürfte. Hier reicht ein Indikator aus,
der angibt, ob ein Signal anliegt, ob noch
Spielraum (headroom) in der Aussteuerung
vorhanden ist oder ob der Verstärker übersteuert wird. Und dafür reichen zwei oder drei
LEDs völlig aus!
In diesem Fall besteht der Indikator aus drei
LEDs in Ampelfarben. Die grüne LED leuchtet
immer, wenn das Gerät eingeschaltet ist und
eine Versorgungsspannung anliegt. Die gelbe
(oder orange) LED zeigt, dass ein Audiosignal am Ausgang des Vorverstärkers liegt. So
kann man auf einen Blick erkennen, dass der
Vorverstärker ein Signal zu den Endstufen
oder zu einem Kopfhörerverstärker liefert.
Diese LED kann auch so eingestellt werden,
dass sie aufleuchtet, wenn eine Grenze von
3 dB oder 6 dB unter der Vollaussteuerung
erreicht ist. Die rote LED schließlich gibt an,
dass der Pegel des Ausgangssignals des Vorverstärkers ein Maß überschreitet, bei dem
die Endstufen übersteuern.
Schaltung
Die Schaltung zur Ansteuerung der LEDs ist
in Bild 1 zu sehen. Wir beginnen mit der einfachsten, der grünen LED LED2. Diese LED ist
mit dem Vorwiderstand R4 fest mit der Versorgungsspannung verbunden und zeigt so
an, dass das Gerät eingeschaltet ist. Die beiden anderen LEDs verfügen jeweils über einen
eigenen Signaldetektor, der den Pegel des
Ausgangssignals eines Vorverstärkers (oder
MP3-Players oder Smartphones) untersucht und
entsprechend eine oder beide LEDs aufleuchten lässt. Jeder Detektor besitzt übrigens einen
Pulsverlängerer, so dass die LEDs auch bei kurzen Signalimpulsen deutlich sichtbar aufblitzen.
elektor
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| Projekt Nr. 50 | 1
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Projekt Nr. 50
Der Detektor für die rote LED besteht aus
IC1.A, IC1.B und IC2.A, für die gelbe LED
sind IC1.C, IC1.D und IC2.B zuständig. Das
Stereo-Eingangssignal gelangt über die Klinkenbuchse K1 zur Schaltung. So können Sie
ganz einfach eine beliebige tragbare Audioquelle anschließen, aber beim Einbau in ein
Verstärkergehäuse die Buchse auch weglassen. Das rechte Eingangssignal wird über die
Trimmpotis P1 und P3 geführt, das linke über
P4 und P2. Die Schleifer von P1 (R) und P2 (L)
liegen über Kondensatoren an den nicht-inver-
tierenden Eingängen der Opamps IC1.C und
IC1.D. Diese Opamps sind als Wechselspannungsverstärker mit großem Verstärkungsfaktor (x 2200) geschaltet. Am Ausgang von
IC1.C steht also das stark verstärkte rechte
Eingangssignal, an IC1.D das ebenfalls stark
verstärkte linke Eingangssignal an. Diese beiden Signale werden von den Dioden D3 und
D4 einseitig gleichgerichtet. Die Kathoden
beider Dioden sind am Trigger-Eingang des
nachtriggerbaren monostabilen Multivibrators IC2.B angeschlossen. Der Q-Ausgang
Bild 1.
Die Schaltung misst die
Eingangspegel der zwei
Kanäle und steuert über
zwei MMVs eine gelbe und
eine rote LED an.
VCC
R11
VCC
100k
K2
3
1u
2
100k
IC1.A
1
4
D1
100k
R12
100k
4
C11
C5
K1
IC2.A
+TR
Q
D+
4
GND
R8
1
C8
7
D2
1N4148
R14
T1
1u
100k
6
5
D–
3
7
C
R22
IC1.B
100n
+5V
2
6
LED1
R3
470R
LED2
R4
470R
BC547B
R24
100k
1u
Q
2
100k
AUDIO
R
–TR
R/C
R15
100k
10k
100k
R7
8
C3
USB-B
5
10u
16
IC2
3
10u
R13
100n
11
C10
P3
C2
IC1
1N4148
R6
10k
100k
R10
P1
1
27k
C4
C1
VCC
VCC
100k
100k
100n
10
1u
9
D3
1N4148
R1
R25
100k
10u
10u
R2
C7
13
12
Q
+TR
IC2.B
Q
–TR
9
R9
10
13
100k
IC1.D
15
C
R
R21
100R
100k
R19
11
R/C
14
IC1 = LM324
IC2 = 4098N
D4
1N4148
1u
100k
100k
C13
P2
100k
R5
T2
1u
14
12
LED3
470R
C9
C12
P4
BC547B
R23
R18
100R
100k
R16
IC1.C
8
27k
R17
100k
C6
R20
VCC
140082 - 11
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| Projekt Nr. 50 | 2
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von IC2.B steuert über R9 und T2 die gelbe
LED LED3 an. Der MMV lässt die gelbe LED für
etwa 0,5 s aufleuchten, wenn das Ausgangssignal von D3 und/oder D4 größer wird als
etwa 3,5 V. Mit den Trimmpotis lässt sich die
Empfindlichkeit für das Aufleuchten der gelben LED getrennt für jeden Kanal einstellen.
Die Elektronik für die rote
LED ist identisch, lediglich
der Ver st ärkungsfaktor der Opamps
IC1.A und IC1.B
ist geringer, weil
die Eingangsempfindlichkeit bei der
roten LED nicht
so hoch sein
muss wie bei der
gelben.
Damit ist eigentlich schon die
Funktionsweise
der Schaltung
beschrieben. Nun
noch einige Details.
Die Versorgungsspannung der Schaltung
beträgt +5 V (bei einer
Stromaufnahme von maximal 50 mA).
Wenn Sie die Schaltung an ein portables
Gerät anschließen, können Sie sie über einen
USB-Anschluss (K2) versorgen. Beim Einbau
in einen Vor- oder Endverstärker entfällt diese
Buchse zugunsten von zwei Lötnägeln.
Die Spannungsteiler R11/R10, R14/R13, R17/
R16 und R20/R19 sorgen für die Gleichspannungseinstellung der vier Opamps. Bei beiden
Detektorschaltungen werden linker und rechter Kanal separat verstärkt, um zu verhindern,
dass die LED nicht aufleuchtet, wenn linker
und rechter Kanal zufällig in Gegenphase sein
sollten. So aber reagiert die Schaltung immer
auf das größere der beiden Eingangssignale.
Die Verstärkung der Opamps lässt sich leicht
verändern, indem man die Widerstände verändert (R6 für IC1A, R7 für IC1B, R1 für IC1C
und R2 für IC1D). Je größer der Widerstand,
desto geringer ist der Verstärkungsfaktor. Die
„Aufleuchtzeit“ der gelben LED wird von C9
und R25 bestimmt, die der roten LED von C8
und R24. Vergrößert man die Kondensatoren,
so leuchten die LEDs länger.
Projekt Nr. 50
Aufbau und Abgleich
In Bild 2 ist die Platine der Schaltung zu
sehen. Sie ist reichlich bemessen, so dass
Ihnen der Aufbau keine Probleme bereiten
sollte. Wie schon erwähnt, hängt es von Ihrer
Anwendung ab, ob Sie die Klinken- und die
USB-Buchse bestücken oder nicht. Wenn Sie
die Audio-Ampel in einem eigenen Kästchen
unterbringen wollen, finden Sie in der Stückliste ein geeignetes (Hammond-)Gehäuse.
Die Einstellung der LEDs hängt von Ihren persönlichen Vorlieben ab. Soll die gelbe
LED aufleuchten, wenn ein Signal am
Eingang anliegt, so drehen Sie P1
und P2 auf Null (Schleifer auf Masse)
und stellen Sie den Lautstärkeregler am
Vorverstärker/MP3-Player auf eine
niedrige Stufe. Dann drehen
Sie die beiden Trimmpotis soweit auf, dass
die gelbe
LED zu
leuchten
beginnt.
Eine andere
Möglichkeit (besonders sinnvoll in einer Vorverstärker/Endstufen-Kombination) ist es, die gelbe LED erst
bei –6 dB oder –3 dB aufleuchten zu lassen.
Dazu müssen Sie natürlich erst ermitteln,
bei welcher Ausgangsspannung die Endstufen überhaupt voll ausgesteuert sind und zu
„clippen“ beginnen. Schließen Sie das Signal
(einer Test-CD oder eines Generators) am
Eingang an, und stellen sie den Vorverstärker so ein, dass an den Endstufen die Hälfte
des ermittelten Wertes ankommt. P1 und P2
werden nun so eingestellt, dass die LED so
gerade eben aufleuchtet. Es kann erforderlich
sein, die Werte von R1 und R2 zu erhöhen,
um die Verstärkung von IC1.C und IC1.D zu
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| Projekt Nr. 50 | 3
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Projekt Nr. 50
verringern. Der Abgleich muss getrennt für
beide Kanäle erfolgen.
Die rote LED wird mit P3 und P4 so eingestellt, dass sie bei einem zu hohen Audiopegel
aufleuchtet. Bei einem MP3-Player oder Verstärker kann man diese Grenze nach Gehör
und Gusto einstellen. Eine andere Möglichkeit ist es, genau die Clipping-Grenze zu treffen. Den entsprechenden Wert kennen wir ja
schon aus der Einstellung der gelben LED. Wir
schließen nun einen Player mit Test-CD oder
einen Generator an (natürlich auch getrennt
für beide Kanäle) und drehen an P3 und P4,
bis die rote LED so eben aufleuchtet.
Wie Sie sehen, bietet die Schaltung einiges
an Einstellmöglichkeiten und Variationen, so
dass sie für viele Anwendungen geeignet ist.
(140082)
Weblink
www.elektor-magazine.de/post
Stückliste
Widerstände:
R1,R2 = 100 Ω
R3..R5 = 470 Ω
R6,R7 = 10 k
R8,R9 = 27 k
R10..R25 = 100 k
P1..P4 = Trimmpoti 100 k, liegend
Kndensatoren:
C1..C3 = 100 , Raster 5 mm
C4..C9 = 1 µ, Raster 5 mm
C10..C13 = 10 µ/50 V, Raster 2 mm
Halbleiter:
IC1 = LM324, Quad-Opamp
IC2 = CD4098BE, doppelter monostabiler
Multivibrator
T1,T2 = BC547C
D1..D4 = 1N4148
LED1 = LED rot, 3 mm
LED2 = LED grün, 3 mm
LED3 = LED gelb, 3 mm
Außerdem:
DIP-16 (IC-Fassung für IC1)
DIP-14 (IC-Fassung für IC2)
K1 = Stereo 3,5-mm-Klinkenbuchse für
Platinenmontage
K2 = gewinkelte USB-B-Buchse für Platinenmontage oder zwei Lötnägel
Platine 140082-1
Gehäuse, z.B. Hammond 1591, Abm. 122,5 x 96
x 35 mm
Bild 2. Die Platine für den Pegelindikator ist großzügig bemessen, so dass es bei
den Lötarbeiten keine Probleme gibt.
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| Projekt Nr. 50 | 4
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