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式響應，但是電路一般把響應限制在大約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械式“沖擊”會(huì )帶來(lái)誤差。當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，但是響應和精度特性方面的所有缺點(diǎn)現在都轉移到了信號處理領(lǐng)域。你可使用 DSP技術(shù)和應用數學(xué)知識，在固件中再現儀表的功能，但是，如果儀器尚未包含DSP功能來(lái)省錢(qián)的話(huà)，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，并且為了小信號必須精確充電——這是兩個(gè)互相排斥的目標。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，并且監視在40分貝范圍內變化的各種信號電平（在消費電子產(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。

　　在多數情況下，傳統電路無(wú)法同時(shí)提供預期的精度和轉換率，尤其是在較寬動(dòng)態(tài)范圍內的低信號電平時(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，它能監視輸入信號的幅度和峰值檢測輸出之間的差值。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(xiàn)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(cháng)必須大大超過(guò)小信號的電平，因此會(huì )限制動(dòng)態(tài)范圍。

　　電感L₁提供了可進(jìn)行適應性變化的充電電流源，由此解決了電容器響應問(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(cháng)降至更小的1 mV電平或更低。對于較寬的充電脈沖，電流會(huì )自動(dòng)升高到更高的電平，來(lái)提供要求的高轉換率。最小充電步長(cháng)與信號步長(cháng)大小基本成比例，因此確保了60分貝信號范圍內的恒定相對精度優(yōu)于1 分貝。-59 分貝的信號電平對應于13 mV輸入電壓，而 2V峰值電壓時(shí)0分貝的儀表刻度因數對應于典型的增益為20的音頻功率放大器把100 Wrms輸入到8Ω負載（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)運算放大級，它們基于凌特公司的高精度 LT1469 雙運算放大器。第一級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)運算放大級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量放電。