دسیبل متر

دسیبل متر دامنه سیگنال ورودی را برحسب دسیبل اندازه گیری می نماید. از این دستگاه در تجزیه کننده های طیف (spectrum analysers) و نشان دهنده های دامنه صوتی و … استفاده می شود. مدار نشان داده شده دارای تفکیک پذیری با 20 پله است. اگرچه پله ها خطی هستند، اما با مقادیر دسیبل مشابه تنظیم می شود.

مدار دستگاه که در شکل 2 نشان داده شده است بر اساس آی سی LM3914 کار می کند. این آی سی معمولا برای مدارهای تولید گراف میله ای (یک نوع مولد سیگنال که تولید خطوط نمونه برای آزمایش لامپ تصویر می نماید = bar graph generator) در نظر گرفته می شود.

ساختمان آی سی LM3914

آی سی دارای یازده آپ امپ است که یکی از آنها جهت بافر کردن ورودی و بقیه به عنوان مقایسه کننده به کار رفته است. در داخل آی سی، ورودی معکوس کننده همه مقایسه کننده ها به هم متصل و سپس به خروجی آپ امپ بافر وصل می شود. ورودی غیر معکوس کننده آپ امپ ها به ولتاژهای مبنای تولید شده به وسیله شبکه نردبانی مقاومتی وصل شده است. دو سر انتهایی شبکه نردبانی در پایه های 4 و 6 آی سی در دسترس قرار دارد.

آی سی دارای یک ولتاژ مبنای ثابت در پایه 7 می باشد. این ولتاژ خروجی مبنا با افزایش ولتاژ پایه 8 که ورودی تنظیم ولتاژ مبنا می باشد، زیاد می گردد. خروجی ها صفر-فعال (active low) هستند و جریان آنها با مقاومتی که بین پایه 7 و زمین متصل می شود، تنظیم می گردد. LM3914 دارای دو حالت کارکرد می باشد. حالت میله ای (bar mode) و حالت نقطه ای (dot mode) که با اعمال صفر یا یک به پایه 9 انتخاب می گردد.

شکل 1 ترکیب پایه های آی سی LM3914

شکل 2 نقشه شماتیک دسیبل متر

جهت داشتن 20 پله، مدار از دو آی سی LM3914 استفاده کرده است. با متوالی کردن یک آی سی دیگر، تعداد پله ها به 30 افزایش می یابد. اما در بیشتر کاربردهای عملی، داشتن 20 پله کافی است.

شکل 3 شبکه تنظیم ولتاژ

شکل 4 مدار ورودی برای کاربردهای صوتی

نحوه عملکرد مدار دسیبل متر

سر پایینی شبکه نردبانی IC1 (پایه 4) زمین شده است به طوری که کمترین دامنه سیگنال ورودی به صورت خطی آشکار می شود. به سر بالایی شبکه نردبانی، ولتاژ 1.25V از طریق پایه 7 اعمال شده است. بنابراین هر یک از مقایسه کننده ها در پله های 0.125V از سیگنال ورودی عمل می نمایند. مقاومت های R2 و R3 جریان هر یک از LED ها را در 12mA محدود می نماید.

ولتاژ مبنای IC2 با افزایش ولتاژ پایه 8 به اندازه 1.25V در 2.5V تنظیم می گردد. ولتاژ پایه 8 از پایه هفت IC1 تامین می شود. ولتاژ سرپایینی شبکه نردبانی IC2 به اندازه 1.25V افزایش می یابد تا سیگنال های بیشتر از 1.25V توسط IC2 اداره می شود. حال، ولتاژ پایه هفت IC2 برابر 2.5V است و به پایه شش از این آی سی اعمال می گردد تا ولتاژ سر بالایی شبکه نردبانی در 2.5V ثابت باقی بماند.

در کل، مدار دارای 20 مقایسه کننده با ولتاژ مبنای 0.125V است. مدار می تواند در هر رنجی کار کند. رنج دلخواه با تضعیف سیگنال ورودی به دست خواهد آمد. این کار با استفاده از یک کلید چند راهه که به هر یک از خروجی های آن یک مقاومت مناسب متصل شده است امکان پذیر می باشد. واحد بل یا دسیبل تنها نسبت دو کمیت مانند ولتاژ یا قدرت می باشد و یک کمیت مطلق نیست. بنابراین هرگاه کمیتی برحسب دسیبل بیان می شود یک مقدار مبنا نیز مطرح می گردد.

مقدار دسیبل بعضی کمیت ها به صورت زیر بیان می شود:

که P2 قدرت مورد نظر و P1 قدرت مبنا می باشد.

که V2 ولتاژ مورد نظر و V1 ولتاژ مبنا است.

در بیشتر حالت ها، قدرت 1mw تلف شده در یک مقاومت 600Ω به عنوان مبنا در نظر گرفته می شود. چنین قدرتی دلالت بر ولتاژ 0.7745V دارد. بنابراین مقدار ولتاژ 0.7745V برحسب دسیبل برابر 0dB می باشد. LED ششم نشانگر 0dB می باشد.

مقادیر دسیبل LED های دیگر از رابطه زیر به دست می آید:

که n شماره LED مورد نظر است.

جهت تغییر مقادیر بالا به مقدار دلخواه، ولتاژ ورودی را توسط پتانسیومتر مانند شکل 3 تغییر دهید. انتخاب VR1 به امپدانس ورودی مورد نیاز بستگی دارد.