Главная         Цифровой S-метр          Заглавная №2

   

Цифровой S-метр.

     Сила сигнала принимаемого корреспондента является одной из основных его характеристик. Чаще всего для определения количественной оценки этой характеристики применяют S-метр в качестве индикатора, которого используют стрелочный прибор. Самым большим достоинством такого прибора является простота конструкции. Шкала прибора позволяет определить силу сигнала с точностью до нескольких знаков после запятой. Однако при передаче в эфире, как правило, силу сигнала дают дискретно в целых числах баллов. Поэтому гораздо удобнее, когда индикатор силы сигнала выдает значения непосредственно в цифрах, что устраняет одну из причин появления морщин на лбу. Принципиальная электрическая схема такого S-метра, оценивающего силу сигнала непосредственно в баллах и отображает показания непосредственно цифрами, показана на рисунках 1а, 1б, 1в.

    

Рис.1а. Рис.2. Увеличить?      Рис.1б. Увеличить?

     S-метр включает в себя входной усилитель VT1, разветвитель сигнала VT2…VT5, компараторы DA1…DA4 на выходах которых поочередно по нарастающей появляются логические единицы (уровней ТТЛ микросхем) по мере плавного увеличения уровня входного сигнала, дешифратора DD1…DD8 преобразующего поочередно нарастающие входные сигналы в последовательно сдвигающийся логический ноль на выходе, а также совместно с генератором DD9 позволяющий считывать показания второго уровня сигналов (выше 9 баллов) при использовании одного и того же цифрового индикатора заставляя мигать цифры с частотой 3 герца и дешифратора VD11…VD22, VT6…VT12 преобразующего код последовательно сдвигающегося логического нуля в код семисегментного цифрового индикатора VD3…VD10.

     Входной сигнал, снятый с выхода предварительного усилителя низкой частоты приемника (до регулятора усиления по НЧ), подается на резистор R2 регулировки уровня входного сигнала через С1 и R1. R1 служит для предотвращения шунтирования цепей УНЧ приемника при верхнем положении движка R2. На транзисторе VT1 собран каскад усиления входного сигнала. К его выходу подключен амплитудный детектор сигнала, выполненный на диодах VD1 и VD2 по схеме удвоения. Этот детектор имеет малое время заряда и большое время разряда конденсатора С8, что достаточно для удержания на пиках сигнала в зажженном состоянии цифры индикатора, с целью удобства ее считывания. Это особенно хорошо заметно при быстрых QSB сигнала, а так же при приеме CW. С выхода детектора выпрямленный сигнал положительной полярности поступает на вход расширителя, реализованного на транзисторах VT2…VT5, каждый из которых включен по схеме эмиттерного повторителя. Резисторы R11, R30, R49, R68 осуществляют развязку между каскадами по базовым цепям, а резисторы R10, R29, R48, R67 по коллекторным. Эмиттер каждого транзистора через четыре развязывающих резистора (R13, R14, R15, R16 для первого каскада и аналогичные согласно схеме для других ЭП) подключен к входам + микросхем DA1…DA4 (выводы 3, 5, 10, 12). Каждая микросхема К1401УД2Б включает в себя четыре отдельных усилителя, объединенных только общей цепью питания. На каждой микросхеме реализованы четыре компаратора. Каждый инверсный вход усилителя подключен к подстроечному резистору, служащему для установки уровня сравнения (R17…R20 для первой микросхемы и аналогичные для других) через ограничивающие резисторы (R21…R24). Резисторы R25…R28 создают небольшие положительные обратные связи, что обостряет четкость срабатывания компараторов. Наличие резисторов R13…R16 (и аналогичные для других микросхем) сводит к минимуму влияние положительной обратной связи на соседние компараторы. Уровни сигналов, поступающие на входа сравнения компараторов с резисторов R17…R20 (об их величине будет рассказано в разделе настройки) установлены таким образом, что при постепенном увеличении силы входного сигнала на выходах компараторов 1А…16А будут последовательно по нарастающей появляться высокие уровни напряжений соответствующие по величине уровню логической единице микросхем ТТЛ логики. Эти логические единицы подаются на входы дешифратора DD1…DD8 (рис.1б). При отсутствии логических единиц на входе дешифратора, на выходе элемента DD1.1 присутствует логическая единица, что обуславливает на выходе элемента DD6.1 (вывод 1 или шина ШБ) наличие логического нуля, который, воздействуя на базу транзистора VT12, заставляет его закрыться. На всех остальных выходных шинах дешифратора 1Б…9Б присутствуют логические единицы. Транзистор VT13 при этом открыт. В результате чего гаснет элемент G семисигментного индикатора – высвечивается цифра Ш. Запятая АЛС (VD3), обозначающая прирост силы входного сигнала на пять децибел (при индикации сигналов второго уровня) не светится, так как выходные транзисторы логических элементов DD8.2, DD8.3, DD8.4, DD9.1 закрыты. Тактовый генератор, выполненный на элементах DD9.2, DD9.3, DD9.4, заторможен.

После появления первой логической единицы на входе 1А дешифратора, на выходе 3 элемента DD1.1 и на входах 2,3 гальванически с ним связанных элемента DD6.1, появляется логический Ш, а на выходе 1 DD6.1 – логическая единица. Логическая единица, присутствующая на шине 1А воздействует так же и на входы 1 DD5.1 и 5 DD6.2. При этом на входе 2 DD5.1 присутствует логический ноль. Логическая единица, поданная на вход 13 DD5.1 с выхода 8 DD3.3 на работу элемента DD5.1 влияния не оказывает. Вышесказанное приводит к появлению логического нуля на выходе 4 элемента DD6.2. В результате появления логической единицы на выходе 1 DD6.1 и логического нуля на выходе 4 DD6.2, при наличии логических единиц на остальных выходах дешифратора 2Б…9Б, цифра Ш гаснет и загорается цифра 1.

Таким образом, аналогично описанному выше, при появлении логических единиц на последующих входах дешифратора, на его последующих выходах появляется логический ноль. При этом на всех остальных выходах, включая и предыдущий, на котором до этого присутствовал логический ноль, будут логические единицы. В результате поочередно после появления логических единиц на очередных входах дешифратора будут загораться цифры от нуля до девяти (вывод 8Б дешифратора остается свободным, так как у цифры 8 все элементы индикатора светятся, и гасить нечего, но он будет использован при применении индикатора другого типа). Так будет продолжаться до появления логической единицы на входной шине 10А дешифратора. При этом логическая единица появится не только на входах 1 DD3.1 и 5 DD8.2, но и на входе 10 элемента DD9.3, что приведет к запуску тактового генератора, выполненного на элементах DD9.2, DD9.3, DD9.4, который начнет вырабатывать прямоугольные импульсы частотой 3 герца. Эти импульсы, воздействуя на базу транзистора VT13, заставляют мигать цифру 9 с такой же частотой. Одновременно на выходе 4 элемента DD8.2 появляется логический ноль (открывается выходной транзистор логического элемента с открытым коллектором) заставляя светиться (не мигая) запятую цифрового индикатора, что сигнализирует об увеличении сигнала на пять децибел сверх девяти баллов. Мигание цифр с частотой 3 герца достаточно хорошо отличается от миганий цифр при наличии быстрых QSB или работы CW-станций, что легко приводит к пониманию о переходе S-метра к индикации сигналов второго уровня (когда уровень сигнала превышает 9 баллов).

При появлении логической единицы на входной шине дешифратора 11А, цифра 9 и запятая гаснут, а зажигается цифра 1 в мигающем режиме (3 герца). Это происходит из-за подачи логического нуля с выхода 8 элемента DD3.3 на вход 13 элемента DD5.1, что сигнализирует о повышении входного сигнала до уровня десяти децибел сверх девяти баллов.

При появлении логической единицы на входной шине 12А, к мигающей единице прибавится постоянно светящаяся запятая, что будет означать увеличение силы сигнала до пятнадцати децибел сверх девяти баллов. При дальнейшем увеличении уровня входного сигнала начнет мигать цифра 2, а запятая погаснет. Так будет происходить (с дискретностью 5 децибел) до достижения уровня сигнала 9 баллов плюс 35 децибел.

Такая сигнализация второго уровня сигналов приводит к значительной экономии радиоэлементов устройства.

При уменьшении уровня входного сигнала все процессы будут протекать в обратном порядке.

Диод VD23 защищает выход элемента DD9.1 (элемент с закрытым коллектором) от открытых выходных транзисторов логических элементов (с открытым коллектором), связанных гальванически с ним. Использование элемента DD9.1 с закрытым коллектором сделано с целью экономии (дабы не использовать лишний корпус микросхем).

Дешифратор VD11…VD22 преобразующий полученный с шин ШБ…9Б сигнал в код семисегментного индикатора работает по принципу гашения ненужных (избыточных) элементов знака. Такое схемное решение дает значительную экономию примененного количества диодов. В нем использованы как кремниевые, так и германиевые диоды. Германиевые диоды применены в том случае, если в сигнальной цепи оказываются включенными последовательно два или три диода с целью выравнивания напряжений, что положительно сказывается на равномерности свечения сегментов знакосинтезирующего индикатора (ибо применение только кремниевых диодов в некоторых случаях приводит к очень слабому свечению отдельных элементов). Транзисторы VT6…VT12 обеспечивают необходимый режим по току для нормального свечения сегментов знакосинтезирующего индикатора.

Данный S-метр при отсутствии сигнала на входе потребляет ток 180 миллиампер. Максимальное потребление по току (при индикации силы сигнала в 9 баллов плюс 35 децибел) составляет 220 мА.

На рисунке 1В показана схема стабилизатора +5 вольт цифрового S-метра.

Рис.1в. Рис.3. Рис.4. Увеличить?

Вместо дешифратора показанного на рисунке №1Б, можно применить индикатор, показанный на рисунке 2. Он подключается к шинам 1А…16А. В этом случае при увеличении уровня сигнала на входе S-метра будет увеличиваться столбик светящихся светодиодов. В некоторых случаях данный индикатор может оказаться предпочтительней индикатора, синтезирующего цифру.

Можно применить также и индикатор «бегущий огонек», показанный на рисунке 4. Этот индикатор подключается к выходным шинам дешифратора ШБ…11Б (в этом случае будет задействована и ранее свободная шина 8Б). При использовании этого индикатора по мере увеличения уровня входного сигнала по цепочке будет перемещаться один светящийся светодиод. При отсутствии сигнала на входе будет светиться светодиод VD1. По мере увеличения сигнала свыше девяти баллов поочередно будут моргать светодиоды VD10, VD2, VD3, VD4 с частотой 3 герца. Светодиод VD11 будет зажигаться каждый раз (не мигая) при очередном увеличении входного сигнала на 5 децибел (при наличии сигналов второго уровня, то есть более девяти баллов) и гаснуть, когда сигнал достигнет уровня целого числа десятков децибел. Светодиод VD11 следует располагать справа от светодиода, обозначающего цифру 1 (VD2), с целью получения большей наглядности. Достоинство этого индикатора – экономия светодиодов.

S-метр аналогичного типа, но включающий в себя гораздо меньшее число радиоэлементов можно изготовить по схеме показанной на рисунке 3. Однако он обладает и меньшими возможностями. Этот S-метр индицирует уровни входных сигналов, начиная с трех баллов и кончая уровнем 9 баллов плюс десять децибел. Отличается он от предыдущего не только меньшим числом элементов, но и наличием резисторов R48, R49, а также увеличенным номиналом резисторов положительной обратной связи R25…R28, R44…R47 из-за применения повышенного напряжения питания до 9 вольт (причем запитывается данный S-метр только одним напряжением +9 вольт). Индикация представлена в виде увеличивающегося светящегося столбика по мере увеличения входного сигнала. Максимальное потребление по току этого S-метра составляет 48 миллиампер. Его желательно использовать с приемником, обладающим невысокой чувствительностью и небольшой динамикой.

В данных конструкциях применены резисторы МЛТ-0,125, МЛТ-0,25, МЛТ-1, СП4-1, конденсаторы КТ, КМ, К53-4, К50-6, К50-12, К50-16, диоды КД503 можно заменить любыми маломощными кремниевыми, диоды Д9Д – любыми маломощными германиевыми. Микросхемы К155ЛА3 можно заменить МН7400S (TESLA), К155ЛА4 на МН7410S (TESLA), К155ЛА8 на МН7401S (TESLA). В качестве знакосинтезирующего индикатора можно применить любой с общим анодом.

S-метры выполнены на печатных платах из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5мм. Виды печатных плат со стороны установки деталей и со стороны печатных проводников показаны на рисунках 5…8.

Настройка: Перед подачей питания на схему следует движки всех подстроечных резисторов установить в верхнее по схеме положение. После включения питания и при отсутствии сигнала на входе должен высвечиваться на знакосинтезирующем индикаторе ноль. Включить АРУ приемника. Подключив вход устройства к выходу предварительного усилителя низкой частоты приемника (до регулятора основного усиления по НЧ) подают на вход Rx сигнал амплитудой 2700 микровольт, что соответствует силе сигнала 9 баллов плюс 35 децибел. Подключают щупы авометра, установленного в режим измерения постоянного напряжения, между корпусом и эмиттером транзистора VT2. Подстраивая движок резистора R2, добиваются увеличения напряжения на эмиттере до 4,5 вольт (или несколько ниже, если при вращении движка R2 прирост напряжения прекращается). Снимают щупы и подают на вход приемника сигнал с ГСС амплитудой 0,2 микровольта. Вращая движок резистора R20, добиваются зажигания цифры 1. Далее поочередно увеличивая сигнал на входе приемника, согласно таблице №1 и поочередно подстраивая резисторы R19, R18, R17, затем R39, R38 и далее по аналогии, добиваются зажигания последующих цифр.

Таблица №1.

U,мкВ

0,2

0,4

0,8

1,5

3

6

12

25

50

90

150

270

500

900

1500

2700

S

1

2

3

4

5

6

7

8

9

9+5

9+10

9+15

9+20

9+25

9+30

9+35

После зажигания цифры 9 подстраивая резистор R57 (при напряжении сигнала на входе приемника 90мкВ) добиваются зажигания запятой знакосинтезирующего индикатора, при этом цифра 9 должна замигать. После подачи на вход Rx сигнала амплитудой 150мкВ подстройкой резистора R56 добиваются гашения запятой, при этом должна замигать цифра 1. И так по аналогии до зажигания цифры 3 в мигающем режиме и запятой (постоянное свечение), что будет означать наличие сигнала на входе приемника величиной 9 баллов плюс 35 децибел.

Путем подбора номиналов конденсатора С8 и резистора R8 можно изменить время удержания зажженной цифры на пике сигнала, а подбором С9, R94 – частоту тактового генератора. Подборкой номиналов резисторов R86…R92 можно добиться одинаковой яркости свечения различных сегментов индикатора.

Схему, показанную на рисунке 3 настраивают аналогично описанному выше, только на вход приемника подают уровни сигналов, начиная с 3 баллов и заканчивая величиной 9 баллов плюс 10 децибел (согласно таблицы 1).

Рис.5 Печатная плата цифрового S-метра. Вид со стороны деталей.

 

Рис.6. Печатная плата цифрового S-метра. Вид со стороны печатных проводников.

Рис.7. Печатная плата S-метра с индикацией на излучающих светодиодах. Вид со стороны печатных проводников.

 

Рис.8. Печатная плата S-метра с индикацией на излучающих светодиодах. Вид со стороны деталей.

Казахстан, Астана, Рубцов В.П. UN7BV.

73!

 
     
Используются технологии uCoz