具有60分贝动态范围的音量单位表

一种音频音量单位表能显示与峰值相关的音频幅度，来帮助精确设定录音电平，或用于显示放大器的工作状况。一个简单的二极管和电容器网络提供了经典的音量单位表的峰值加权式响应，但是电路一般把响应限制在大约23分贝的可显示动态范围，并且音量单位表指针的惯性和机械式“冲击”会带来误差。当代显示器使用了照明元件阵列来形成条形图，借此消除了惯性问题，但是响应和精度特性方面的所有缺点现在都转移到了信号处理领域。你可使用 DSP技术和应用数学知识，在固件中再现仪表的功能，但是，如果仪器尚未包含DSP功能来省钱的话，那么这种方法就会比较昂贵。 　　廉价的模拟式仪表的弱点依然是它的峰值保留元件，这个电容器必须迅速充电才能容纳大信号，并且为了小信号必须精确充电——这是两个互相排斥的目标。另外，如果二极管的全波整流和峰值保留功能特性不理想，那么还会限制模拟式音量单位表的动态范围。保持20分贝的显示动态范围，并且监视在40分贝范围内变化的各种信号电平（在消费电子产品中很典型），二者都需要一个动态范围大约为60分贝的电路。 　　在多数情况下，传统电路无法同时提供预期的精度和转换率，尤其是在较宽动态范围内的低信号电平时。图1中的电路提供了一种简单的配置，在超过60分贝的动态范围内提供了很高的精度，并提供了高质量显示器需要的快显/慢消特性。 　　电路的核心是凌特公司的LT1011比较器，即IC2，它能监视输入信号的幅度和峰值检测输出之间的差值。另外，只要4.7mF的保持电容器C6的充电状态过低，IC2还向该电容器提供充电电流。遗憾的是，比较器和非线性放大器固有的输入至输出延迟决定了最小的输出脉冲宽度。如果保持电容器快速充电来跟踪较大输入的脉冲串，那么最小充电步长必须大大超过小信号的电平，因此会限制动态范围。 　　电感L1提供了可进行适应性变化的充电电流源，由此解决了电容器响应问题。如果添加一个10 mH的电感，那么在比较器产生窄脉冲时，就会限制最高电流速率，因此把最小充电幅度步长降至更小的1 mV电平或更低。对于较宽的充电脉冲，电流会自动升高到更高的电平，来提供要求的高转换率。最小充电步长与信号步长大小基本成比例，因此确保了60分贝信号范围内的恒定相对精度优于1 分贝。-59 分贝的信号电平对应于13 mV输入电压，而 2V峰值电压时0分贝的仪表刻度因数对应于典型的增益为20的音频功率放大器把100 Wrms输入到8Ω负载（或大约40V峰值输出电压）所需的输入电平。 　　该电路还包含两个运算放大级，它们基于凌特公司的高精度 LT1469 双运算放大器。第一级IC1A在本例中提供了6倍的增益，因此2V输入峰值提供了12V输出电压。第二个运算放大级IC1B组成了一个精密逆变半波整流器。IC1A和IC1B的输出以及C6两端的正峰值检测电压在IC2的输入端组合在一起，向比较器提供零交叉阈值。当IC2的输入下降到0V以下时，它的输出切换到 Q1，并向C6提供充电，直到C6的电压达到或略微超过放大的音频电压。由R8和C4组成的反馈网络提供了最佳的音量单位计量放电。