具有60分貝動(dòng)態(tài)范圍的音量單位表

　一種音頻音量單位表能顯示與峰值相關(guān)的音頻幅度，來(lái)幫助精確設(shè)定錄音電平，或用于顯示放大器的工作狀況。一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管和電容器網(wǎng)絡(luò)提供了經(jīng)典的音量單位表的峰值加權(quán)式響應(yīng)，但是電路一般把響應(yīng)限制在大約23分貝的可顯示動(dòng)態(tài)范圍，并且音量單位表指針的慣性和機(jī)械式“沖擊”會(huì)帶來(lái)誤差。當(dāng)代顯示器使用了照明元件陣列來(lái)形成條形圖，借此消除了慣性問(wèn)題，但是響應(yīng)和精度特性方面的所有缺點(diǎn)現(xiàn)在都轉(zhuǎn)移到了信號(hào)處理領(lǐng)域。你可使用 DSP技術(shù)和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，在固件中再現(xiàn)儀表的功能，但是，如果儀器尚未包含DSP功能來(lái)省錢的話，那么這種方法就會(huì)比較昂貴。

　　廉價(jià)的模擬式儀表的弱點(diǎn)依然是它的峰值保留元件，這個(gè)電容器必須迅速充電才能容納大信號(hào)，并且為了小信號(hào)必須精確充電——這是兩個(gè)互相排斥的目標(biāo)。另外，如果二極管的全波整流和峰值保留功能特性不理想，那么還會(huì)限制模擬式音量單位表的動(dòng)態(tài)范圍。保持20分貝的顯示動(dòng)態(tài)范圍，并且監(jiān)視在40分貝范圍內(nèi)變化的各種信號(hào)電平（在消費(fèi)電子產(chǎn)品中很典型），二者都需要一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍大約為60分貝的電路。

　　在多數(shù)情況下，傳統(tǒng)電路無(wú)法同時(shí)提供預(yù)期的精度和轉(zhuǎn)換率，尤其是在較寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的低信號(hào)電平時(shí)。圖1中的電路提供了一種簡(jiǎn)單的配置，在超過(guò)60分貝的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供了很高的精度，并提供了高質(zhì)量顯示器需要的快顯/慢消特性。

　　電路的核心是凌特公司的LT1011比較器，即IC₂，它能監(jiān)視輸入信號(hào)的幅度和峰值檢測(cè)輸出之間的差值。另外，只要4.7mF的保持電容器C₆的充電狀態(tài)過(guò)低，IC₂還向該電容器提供充電電流。遺憾的是，比較器和非線性放大器固有的輸入至輸出延遲決定了最小的輸出脈沖寬度。如果保持電容器快速充電來(lái)跟蹤較大輸入的脈沖串，那么最小充電步長(zhǎng)必須大大超過(guò)小信號(hào)的電平，因此會(huì)限制動(dòng)態(tài)范圍。

　　電感L₁提供了可進(jìn)行適應(yīng)性變化的充電電流源，由此解決了電容器響應(yīng)問(wèn)題。如果添加一個(gè)10 mH的電感，那么在比較器產(chǎn)生窄脈沖時(shí)，就會(huì)限制最高電流速率，因此把最小充電幅度步長(zhǎng)降至更小的1 mV電平或更低。對(duì)于較寬的充電脈沖，電流會(huì)自動(dòng)升高到更高的電平，來(lái)提供要求的高轉(zhuǎn)換率。最小充電步長(zhǎng)與信號(hào)步長(zhǎng)大小基本成比例，因此確保了60分貝信號(hào)范圍內(nèi)的恒定相對(duì)精度優(yōu)于1 分貝。-59 分貝的信號(hào)電平對(duì)應(yīng)于13 mV輸入電壓，而 2V峰值電壓時(shí)0分貝的儀表刻度因數(shù)對(duì)應(yīng)于典型的增益為20的音頻功率放大器把100 Wrms輸入到8Ω負(fù)載（或大約40V峰值輸出電壓）所需的輸入電平。

　　該電路還包含兩個(gè)運(yùn)算放大級(jí)，它們基于凌特公司的高精度 LT1469 雙運(yùn)算放大器。第一級(jí)IC_1A在本例中提供了6倍的增益，因此2V輸入峰值提供了12V輸出電壓。第二個(gè)運(yùn)算放大級(jí)IC_1B組成了一個(gè)精密逆變半波整流器。IC_1A和IC_1B的輸出以及C₆兩端的正峰值檢測(cè)電壓在IC₂的輸入端組合在一起，向比較器提供零交叉閾值。當(dāng)IC₂的輸入下降到0V以下時(shí)，它的輸出切換到 Q₁，并向C₆提供充電，直到C₆的電壓達(dá)到或略微超過(guò)放大的音頻電壓。由R₈和C₄組成的反饋網(wǎng)絡(luò)提供了最佳的音量單位計(jì)量放電。