Индикаторы перегрузки усилителя и акустики на светодиоде

Схемы простых клипинг-индикаторов для усилителей мощности, а также пиковых индикаторов перегрузки для акустических систем

Индикатор перегрузки УМЗЧ представляет собой электронное устройство, которое сигнализирует о достижении усилителем максимального уровня выходного сигнала, при котором начинается клипирование, то есть искажение формы волны из-за амплитудного ограничения сигнала.
Помимо искажений сигнала (при превышении его максимального уровня), также существует вероятность выхода из строя акустики, особенно это касается ВЧ динамиков. Причём если перегрузки носят кратковременный характер, то на слух их определить достаточно сложно. Чтобы избежать этой проблемы, в состав тракта включается индикатор перегрузки (клипинг-индикатор), в котором для визуализации используется либо один светодиод на оба канала, либо 2 светодиода (по одному на каждый из стереоканалов).
В различных источниках присутствует довольно большое количество схемных построений подобных индикаторов. Однако многие из них не удовлетворяют самым простым требованиям, к основным из которых можно отнести: 1. Чёткое включение при превышении мощности (без предварительного свечения при походе к этому уровню); 2. Способность индицировать короткие перегрузки.
Поэтому в рамках данной статьи постараемся сосредоточиться на некоторых простых устройствах, лишённых перечисленных недостатков.

А начнём мы с активного индикатора перегрузки, который не требует отдельного источника питания, а использует для своей работы напряжение, поступающее с выхода УМЗЧ. Подобное построение приведено на Рис.1 и может быть востребовано для работы в составе акустических систем.

Рис.1 Схема индикатора перегрузки для акустических систем

Данная схема использовалась для индикации перегрузок в АС Radiotehnika S-50B и S-90D при подаче сигнала с уровнем, превышающим их паспортную мощность.
Причём, если в S-50B на каждую колонку ставился один индикатор, то на S-90D было уже по 3 индикатора (на каждую частотную полосу АС).
Сильно переживать за то, что устройство будет шунтировать усилитель и вносить искажения не стоит, так как, во-первых, последовательно с входом стоит резистор R1, а, во-вторых, при подаче входного сигнала конденсатор С1 быстро зарядится и не будет оказывать на УМЗЧ практически никакого шунтирующего действия вплоть до момента фиксации перегрузки.
К достоинствам приведённого схемотехнического построения можно отнести положительную ОС (через R6), обеспечивающую чёткое включение индикатора, к недостаткам – относительно долгий заряд конденсатора С2, препятствующий индикации коротких перегрузок.

В качестве следующего примера реализации пикового индикатора стереосигнала можно привести схему, построенную по мотивам статьи, опубликованной в журнале РК-2017-02 (Рис.2).

Рис.2 Схема пикового индикатора стерео сигнала (CD4093)

К сожалению, схема, приведённая в оригинале статьи, предназначена для работы с маломощными усилителями с максимальной амплитудой выходного сигнала менее 8 вольт.
Устройство, изображённое на Рис.2, напротив, позволяет индицировать перегрузку любого мощного усилителя (с максимальной амплитудой более 8 вольт) и отвечает практически всем требованиям, предъявляемым к подобного рода устройствам.

Величина входного сопротивления индикатора составляет 47 кОм, что гарантирует отсутствие какого-либо влияния на выходные цепи усилителя.

Порог срабатывания устройства регулируется подстроечными резисторами R2 (R6).
Пока не будет превышен данный порог, состояние на выходах элементов D1.1 (D1.3) соответствует нулевому уровню. При превышении этого порога на выходе элементов образуются импульсы положительного логического уровня, которые через диоды D1 (D2) заряжают конденсаторы С2 (С4).
Поскольку на входах вентилей, входящих в состав CD4093, стоят триггеры Шмитта, то переключение происходит чётко и быстро, а относительно невысокая ёмкость конденсаторов С2 (С4) обеспечивает их быстрый заряд и, соответственно, возможность индикации коротких перегрузок.

Как только напряжения на С2 (С4) достигают порога переключения триггеров Шмитта D1.2 (D1.4), на выходе триггеров появляется логический ноль, который приводит к зажиганию светодиодов HL1 (HL2). Оба светодиода вспыхивают и горят не меньше того времени, которое требуется на разрядку С2 (С4) через R3 (R7).

При желании использовать один светодиод, который будет загораться при перегрузке любого из стереоканалов, можно обратиться к схеме, приведённой на Рис.3.

Рис.3 Схема пикового индикатора перегрузки (CD4093) на 1 светодиоде

В качестве ещё одной, чуть более сложной конструкции клипинг-индикатора, можно упомянуть схему, приведённую FAI4 на форуме forum.cxem.net (Рис.4).



Рис.4 Схема пикового индикатора перегрузки на TL431 и NE555

В данном устройстве программируемый стабилитрон TL431 использован в несколько нетрадиционной для себя роли – в качестве компаратора с термостабильным источником опорного напряжения (2.495 вольта), т. е. срабатывающем при входном уровне > 2.5 В.
Входной делитель R1, R2 определяет уровень выходного напряжения усилителя, при котором происходит срабатывание компаратора и, как следствие, зажигание светодиода.

Микросхема NE555, включённая по схеме одновибратора, определяет минимальную длительность свечения светодиода при индикации кратковременной перегрузки. Величина этой длительности пропорционально зависит от номиналов цепочки С1, R4.

Для стерео усилителя потребуется два таких индикатора, однако на этой же ветке форума приводится схема, в которой оба канала объединяются для работы на один светодиод (Рис.5).



Рис.5 Схема пикового стерео индикатора на TL431 с одним светодиодом