Меню

Измерение уровня входного сигнала



4 простые схемы индикатора уровня сигнала

Светодиодные индикаторы уровня сигнала появились не одно десятилетие назад и в некоторых областях практически полностью вытеснили стрелочные измерительные приборы. С их помощью удобно контролировать напряжение в бортовой сети автомобиля и в домовой сети. Приборы успешно используются для измерения уровня выходной мощности УМЗЧ и мощности излучения передатчиков. В этой статье мы рассмотрим несколько схем индикаторов наиболее простых в построении и собранных на доступной элементной базе.

Трехуровневый индикатор напряжения

Это устройство отлично подойдет для контроля напряжения в бортовой сети автомобиля. Он не имеет дефицитных элементов, а повторить его сможет практически каждый, имеющий общие понятия в радиотехнике.

Устройство состоит из генератора опорного напряжения, собранного на интегральном пятивольтовом стабилизаторе КР1157ЕН502А и двух индикаторных светодиодовHL1 иHL2, подключенных каждый к своему делителю (R1, R2 и R3, R4 соответственно).

Элементы делителей подобраны таким образом, что при нормально работающем генераторе (14 В на батарее при запущенном двигателе) на аноде светодиода HL1 присутствовало напряжение +1.5 В, а на катоде HL1 -2.0 В относительно вывода 3 микросхемы. При этом оба светодиода будут светиться в пол накала и с одинаковой яркостью, поскольку полупроводники включены встречно-параллельно.

По мере увеличения напряжение на АКБ HL1 начнет светиться ярче, а HL2 постепенно гаснуть. Как только напряжение поднимется выше 14, 5 В, HL2 полностью погаснет, а HL1 засветится в полную силу. При уменьшении напряжения произойдет обратная картина – яркость HL1 начнет уменьшаться, HL2 увеличиваться. Таким образом, ориентируясь всего по двум светодиодам можно определить, насколько исправен генератор и нормально ли происходит зарядка аккумуляторной батареи.

Наладка индикатора предельно проста и сводится к регулировке делителей. Номиналы резисторов подбираются такими, чтобы светодиоды вели себя вышеописанным образом.

Полезно! В схеме можно использовать любой интегральный стабилизатор на 5 В, к примеру, КР1157ЕН501 А, Б или даже КР142ЕН5А. При необходимости генератор опорного напряжения можно собрать и на дискретных элементах.

Индикатор на специализированной микросхеме

Эта схем несколько сложнее предыдущей, но она более функциональна. Во-первых, она отображает 10 уровней напряжения, во-вторых, позволяет переключать работу индикатора в режимы «точка» или «столб» («линия»). В первом случае при зажигании следующего светодиода предыдущий будет тухнуть. Во втором при увеличении напряжения будет увеличиваться количество зажженных диодов. Для примера рассмотрим схему индикатора звукового сигнала, измеряющего напряжения от 0.05 до 2 В.

Звуковой сигнал, поступающий на вход устройства, усиливается каскадом, собранным на VT1, детектируется диодами VD1 и VD2, включенными по схеме удвоения напряжения и подается на вход 5 микросхемы DA1, представляющей собой десять компараторов. В зависимости от уровня сигнала микросхема зажигает соответствующий светодиод. Резистор R5 позволяет регулировать яркость свечения индикаторов, переключатель S1 управляет режимами работы DA1 (режимы «точка»/«столб»). На месте LM3914 может работать микросхема LM3916.

Вполне очевидно, что устройство после некоторой доработки входных цепей можно использовать в качестве измерителя любого уровня сигнала, в том числе и постоянного напряжения. Для этого достаточно подобрать элементы делителей, отрегулировав напряжение на входе 5 микросхемы, а для постоянного тока исключить разделительные конденсаторы и диодный детектор.

Важно! Не следует путать LM3914 с LM3915. Первая зажигает светодиоды по линейной зависимости от уровня входного сигнала, вторая по логарифмической. Это существенно расширяет диапазон измерений, но неудобно при построении, к примеру, вольтметров постоянного напряжения.

Индикатор с фиксированным шагом измерения

Это устройство отлично подойдет для измерения величины постоянного напряжения. Количество измеряемых величин на приведенной ниже схеме равняется шести, но при желании разрядность можно нарастить, добавив любое их количество. Схема работает в режиме «столб».

Входной сигнал поступает на транзистор VT1, который служит для увеличения входного сопротивления индикатора. Как только напряжение достигнет величины 1.2 В (для КТ315) транзистор откроется и откроет VT2, который зажжет светодиод. Если увеличить входное напряжение еще на 6 в (напряжение падения на диоде VD1), откроется VT3, загорится HL2. Увеличиваем уровень сигнала дальше, открываются следующие ячейки, при этом предыдущие остаются гореть.

Таким образом приведенная схема имеет нижнюю границу измерения 1.2 В, верхнюю 1.2 + 0.6 * 6 = 4.8 В. Прелесть такой схемы в том, что она практически не нуждается в регулировке. Единственный недостаток – шаг измерений фиксированный и его невозможно изменить.

Важно! Шаг измерения можно изменить в некоторых пределах, используя диоды разных типов и мощности — кремниевые, германиевые, с барьером Шоттки и т.д.

Индикатор с тонкой регулировкой

Настройка этого индикатора займет определенное время, но зато мы можем настроить его по каждому каналу. Работает такая схема в режиме «столб».

Каждая ячейка состоит из транзистора и индикаторного светодиода. все транзисторы управляются сигналами, поступающими каждый со своего делителя. Резисторы Rx подобраны такими, что каждая из ячеек срабатывает при соответствующем уровне сигнала. Таким образом, при регулировке можно настроить каждую ячейку на желаемое напряжение.

Читайте также:  Где измерить радиацию человека

Кроме того, открытие ячеек происходит плавно, а не скачком, как на предыдущей схеме. Поэтому о величине измеряемого напряжения можно судить и по яркости последнего зажженного.

Полезно! Предлагаемая схема предназначена для оценки уровня звукового сигнала, но ее можно использовать и для измерения постоянных напряжений. При этом на вход IN нужно подавать плюс. Диод D6, а также конденсаторы С1 и С2 можно исключить.

Вот мы и убедились, что построить индикатор уровня сигнала своими руками совсем несложно. С этим справится практически каждый, отличающий транзистор от диода и умеющий держать паяльник в руках.

Источник

Как измерить TV сигнал

Настройка телевизионных антенн в условиях домашнего пользования, обычно производится с применением приемной и воспроизводящей бытовой аппаратуры, находящейся в квартире или доме. Наличие ресивера и телевизора в этом случае является достаточным для определения уровня сигнала и его коррекции. Речь, конечно же, идет о примитивном согласовании элементов цепочки, включающей в себя антенну, кабель и приемную телевизионную аппаратуру. Для более глубокой настройки специалистами применяются профессиональные измерительные приборы, которые позволяют во многом сократить время таких работ и упростить их выполнение. Использование таких устройств дает возможность в считанные минуты определить уровень сигнала и настроить принимающую антенну, в соответствии с паспортными параметрами принимающей бытовой техники.

Проверка TV сигнала без телевизора

Методика измерения уровня телевизионного сигнала без использования бытовых приборов, заключается в подключении соответствующей аппаратуры в цепь между антенной и ресивером, либо напрямую к антенному кабелю. Таким методом измерительное устройство фиксирует уровень входного сигнала, и специалист определяет его параметры. В соответствии с полученными результатами, настраивается встроенный приемный блок телевизора или же отдельно подключенного ресивера. Специалисту в этом случае, остается только правильно сориентировать приемную антенну и согласовать ее параметры с паспортными характеристиками приемной аппаратуры. Обычно антенну направляют таким образом, чтобы получить максимальный уровень TV сигнала.

Современные приборы для настройки стандартных и спутниковых антенн на сегодняшний день представлены в весьма широком ассортименте. К ним можно отнести:

  • измерители уровня телевизионного сигнала со стрелочной или цифровой индикацией;
  • приборы с встроенным компасом, определяющим положение спутника;
  • устройства с собственным программным обеспечением и возможностью ввода дополнительных параметров настройки;
  • спектроанализаторы, использующиеся для более тонкой и точной настройки принимающей аппаратуры;
  • универсальные анализаторы, работающие в режиме TV приемника с поддержкой различных форматов изображения.

Выбор вида измерительной аппаратуры напрямую зависит от типа антенны и задач, которые ставятся перед специалистом.

Уровень TV сигнала по ГОСТу

Уровень ТВ сигнала измеряется в децибелах (дБ), взятых в отношении к действующему напряжению (1 мкВ). Обозначение выглядит следующим образом — «дБмкВ». В соответствии с существующим ГОСТом величина этого параметра должна находиться в диапазоне от 60 до 78 дБмкВ (эти показатели ориентированы на пакет, включающий более двадцати программ). Оптимальный уровень телевизионного сигнала, при котором входное соотношение сигнал/шум имеет допустимые значения (26 dB), является показателем чувствительности телевизионного приемника. Этот параметр указан в паспорте устройства. Современные ТВ приемники рассчитаны на минимальный входной сигнал:

  • 32 dBmV в метровом диапазоне;
  • 37 dBmV в дециметровом диапазоне.

С учетом того, что приемлемое качество изображения наблюдается только при значении уровня сигнала, превышающем паспортный показатель чувствительности приемника на 20 dB, это значение на входе приемной аппаратуры должно варьироваться в диапазоне 52-57 dBmV.

Кроме этого показателя на характеристики сигнала оказывают серьезное влияние такие параметры, как соотношение уровней сигнала и шума, а также показатель уровня интермодуляционных (нелинейных) искажений. Обычно такие сложные измерения специалистами не производятся, но, тем не менее, качество изображения во многом зависит от них.

Согласно существующим стандартам (ГОСТ [2. 3]), величина этих параметров не должна превышать:

  • -72 дБ/мВт (70 мкВ) для метрового диапазона;
  • -69 дБ/мВт (100 мкВ) для дециметрового диапазона.

Чувствительность отдельно взятого видеоканала, с учетом ограничений, связанных с синхронизацией, напрямую зависит от минимального показателя амплитуды сигнала на входе телевизионного приемника, который обеспечивает устойчивую синхронизацию изображения. Значение этих параметров выглядит следующим образом:

  • в метровом диапазоне оно допустимо в пределах -75 дБ/мВт (40 мкВ);
  • в дециметровом — не должно превышать -72 дБ/мВт (70 мкВ).

Измерение TV сигнала с помощью мультиметра

Мультиметр – это универсальный измерительный прибор, с помощью которого можно выполнить измерение напряжения, силы тока, сопротивления, емкости, индуктивности, а также осуществить прозвонку кабеля. Некоторые типы стационарных приборов этого типа укомплектованы блоком для измерения частоты. Хочется сразу отметить, что обычным мультиметром произвести измерение уровня ТВ сигнала невозможно. Если в прибор встроен измеритель частоты, появляется возможность во время настройки определенного канала, проверить соответствие заданного значения и реального показателя этого параметра при настройке антенны. В основном же мультиметр используется для измерения сопротивления антенного кабеля и проверки его целостности.

Читайте также:  Единица измерения рабочего дня

Измерение ТВ сигнала в СКТВ

Для выполнения измерений основных характеристик телевизионного сигнала в СКТВ (система кабельных телевизионных сетей или СКС система кабельных сетей) потребуется генератор сигналов, анализатор спектра и цифровой осциллограф.

К таким измерениям относятся:

  • Уровень импульсных шумов. Выполняется методом накопления разверток, по характеристикам которых с помощью специального ПО, рассчитывается такие характеристики выходного сигнала, как ширина и амплитуда импульсов, а также их периодичность. Подобные измерения проводится совместно с фиксацией уровня суммарной помехи. Развёртка должна фиксироваться с интервалом 2-8 секунд;
  • Уровень суммарной помехи. Такие измерения выполняются с помощью спектроанализатора путём фиксации данных спектрального анализа помехи, и производятся с интервалом 8-10 секунд. Тестирование проводится в течение восьми часов. При этом полоса пропускания прибора устанавливается:
  • по промежуточной частоте на 30 кГц;
  • по видео на 10 кГц;
  • детектор выводится в пиковый режим.

С помощью соответствующего ПО отстраивается спектральная мощность и определяется соотношение уровня мощности сигнала и суммарной помехи для отдельно взятого канала;

  • Определение АЧХ тракта. Определение этих характеристик основано на методе анализа искажений тестового сигнала определенной формы, поданного импульсным генератором на вход тракта. Для выполнения таких измерений необходимо наличие следующего оборудования:
  • Генератор импульсов, используемый в качестве источника тестируемого сигнала;
  • цифровой высокочастотный осциллограф (с полосой до 50 МГц), укомплектованный интерфейсом для передачи полученной информации;
  • устройство для хранения полученных результатов, подключенное к осциллографу.

Сопротивление на входе и выходе используемых устройств должно соответствовать показателю — 75 Ом.

Измерение ТВ сигнала в оптическом кабеле

Основным элементом оптоволоконных сетей является волокно, находящееся внутри оптического кабеля. Для обслуживания и тестирования таких систем, необходимо специализированное измерительное оборудование. Вот некоторые приборы, без которых никаких измерений на оптических линиях выполнить невозможно:

  • оптический рефлектометр (ОТDR) – дает возможность определения не только уровня потерь в системе, но и места повреждения оптокабеля;
  • оптический тестер — представлен в виде независимого источника излучения и устройства для измерения мощности оптического сигнала;
  • измеритель оптической мощности – производит регистрацию показателя уровня сигнала и отображает его численное значение на своем экране в Ваттах или дБм. Основной измерительный элемент прибора — фотоприемник.
  • дефектоскоп – вызывает красное свечение на поврежденных участках оптического кабеля;
  • идентификатор активных волокон – прибор предназначен для быстрого щадящего (неразрушающего цельности кабеля) метода определения наличия сигнала и его направления в оптоволокне. Он дает возможность без отключения передающей и приемной аппаратуры зафиксировать наличие сигнала, а также определить его мощность и направление.

Давайте разберемся, о каких характеристиках оптоволоконных коммуникаций идет речь при их обслуживании и ремонте. Первый показатель, на который обращают свое внимание специалисты, является уровень затухания оптического сигнала на определенной длине волны (измеряется в дБ). Данное значение характеризует качество оптоволоконного кабеля и уровень выполнения монтажных работ при его прокладке. Основными элементами системы, являющиеся причиной возникновения этого процесса, являются:

  • оптоволокно (потери измеряются в дБ на единицу расстояния);
  • сварочные соединения;
  • разъемы;
  • коннекторы;
  • делители и т. д.

Следующей немаловажной характеристикой для оптических коммуникаций является обратное отражение. Эта величина определяет мощность отраженного к своему источнику сигнала и также выражается в дБ. Основными причинами возникновения отраженного сигнала, как правило, являются механические повреждения оптокабеля (трещины), наличие механических разъемов, обрыв кабеля в месте подключения (свободный конец).

Использование выше перечисленных устройств позволяет специалисту добиться выведения выходного сигнала на необходимый уровень и обеспечить уверенную работу приемной аппаратуры, расположенной в квартире или доме. Так что, если у вас возникают проблемы с изображением в условиях СКТВ, стоит обратиться к оператору, предоставляющему вам эти услуги.

Источник

Определение оптимального уровня входных сигналов

Drakon Rider

Статья описывает методику определения оптимального уровня входных сигналов по известным шумовым и перегрузочным характеристикам приемника. Сразу оговорюсь, что для примера используются упрощенные модели работы приемных устройств.

1. Анализ сигнальных характеристик приемника.

Пределами отношения сигнал/шум для приемника сигналов с амплитудной модуляцией являются уровни шумов приемника (коэффициент шума) и уровни помех при перегрузках.

Условные обозначения на рисунке:

  • Прямая 1 — ограничение ОСШ шумами приемника. Для линейного приемника является прямой линией, проходящей под углом 45 градусов (при выражении уровня входного сигнала и ОСШ в дБ) и сдвинутая на величину тепловых шумов внутреннего сопротивления источника сигнала (75 Ом при 300 градусов Кельвина), что составляет около 2 дБ вправо.
  • Прямая 2 — уровень шумов квантования при линейном квантовании на 256 уровней и кодированием результата 8 битами.
  • Прямая 3 — уровень шумов квантования при линейном квантовании на 512 уровней и кодированием результата 9 битами.
  • Прямая 4 — уровень шумов квантования при линейном квантовании на 1024 уровней и кодированием 10 битами.

Таким образом, график зависимости ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала будет располагаться правее и ниже прямых 1 и одной из прямых 2, 3 или 4.

Читайте также:  Давление света впервые измерил физик

Большинство приемных аппаратно-программных комплексов для ПЭВМ отдают информацию о принятом сигнале с кодированием уровней сигналов яркости 8 битами, таким образом, в большинстве случаев ограничение уровнями шумов квантования будет производиться прямой 2.

2. Характеристика идеализированного приемника.

При коэффициенте шума 0 дБ и отсутствии перегрузок при любом уровне входного сигнала зависимость ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала соответствует прямой 1 до начала ограничения шумами квантования и далее при повышении уровня входного сигнала определяется только шумами квантования.

При некотором значении коэффициента шума приемника, более 0, начальный участок зависимости ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала смещается вправо на величину Кш (в дБ). Таким образом, для получения заданного значения ОСШ О1 на выходе приемной системы, необходимо подать на вход радиочастотный сигнал с уровнем L2, который больше уровня L1, которого достаточно для идеального (не шумящего приемника) на величину Кш.

3. Характеристика идеализированного шумящего приемника с ограниченным динамическим диапазоном.

При превышении некоторого уровня входного радиочастотного сигнала (L4) начинается перегрузка приемника, которая приводит к достаточно резкому спаду выходного ОСШ по всем принимаемым каналам. Вид характеристики спада зависит от конкретного приемника. Таким образом, на характеристике зависимости ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала для идеализированного шумящего приемника с ограниченным динамическим диапазоном можно выделить три характерных участка, отмеченных на рисунке выше следующими цветами:

  • Желтая зона — область пропорционального роста ОСШ при росте уровня входного радиочастотного сигнала, для достижения максимального ОСШ уровня входного сигнала недостаточно (менее L3).
  • Зеленая зона — область неизменяемого ОСШ, ограниченного шумами квантования (для идеализированного приемника), максимальное ОСШ получено и удерживается в некотором диапазоне входных уровней (L4..L3)
  • Оранжевая зона — область спада ОСШ из-за перегрузки приемника (более L4).

4. Характеристики достаточно качественного реального приемника.

Реальный приемник при работе в заданном диапазоне частот обладает некоторым семейством зависимостей ОСШ от уровня входных радиосигналов и на него действует набор помех. На приведенном рисунке синим цветом обозначено возможное положение семейства кривых зависимостей ОСШ от уровня входного радиочастотного сигнала для некоторого достаточно качественного приемника. Основные отличия от идеализированных моделей:

  • В области малых уровней входных радиосигналов заметно влияние помех, которые приводят к разным приведенным шумовым показателям на разных частотах, для некоторых частот (пораженных помехами) значение Кш может быть заметно хуже среднего.
  • В области оптимальных уровней входных радиосигналов существует некоторое продолжение нарастания ОСШ при увеличении уровня входных радиосигналов, но намного медленнее, чем в желтой зоне.
  • Даже в области оптимальных уровней ОСШ не достигает теоретического предела для заданного уровня шумов квантования.
  • В области перегрузок также существует некоторый разброс предельных уровней входных радиосигналов, при которых начинается спад ОСШ, который сильно зависит как от конкретной реализации приемника, так и от набора входных частот и распределения уровней входных радиосигналов, если они различны (наиболее типовой случай работы приемника).

У максимально качественного приемника:

  • Разброс показателей по всему диапазону принимаемых частот минимален, т.е. минимальна ширина синей зоны.
  • В желтой зоне характеристики максимально плотно прижимаются к прямой 1.
  • Ширина и высота зеленой зоны максимальна, т.е. уровень начала оранжевой зоны расположен как можно правее (для некоторых вариантов полупроводниковых селекторов Xceive это всего около 83 дБ (мкВ), а для «классических жестяных» селекторов каналов может быть порядка 105..115 дБ (мкВ)), или что аналогично интегрированию — максимальна площадь зеленой зоны.

5. Примеры характеристик малокачественных приемников.

Повышенный коэффициент шума (плохая чувствительность):

Плохая помехозащищенность и/или сильная неравномерность Кш по частоте:

Узкий динамический диапазон:

Повышенный уровень шума на некоторых частотах и/или плохая помехозащищенность, узкий динамический диапазон:

6. Выбор оптимальных уровней радиосигналов на входе приемника.

При решении задачи выбора оптимальных уровней радиосигналов на входе приемника желательно, как минимум, укладывать их в диапазон от L3 до L4. В более качественном случае при разбросе уровней радиосигналов менее разницы L4-L3, необходимо обеспечить запас на изменения уровней радиосигналов в процессе эксплуатации и при проектировании и регулировке приемной системы располагать уровни входных радиосигналов в середине области от L3 до L4.

Далее приведен пример оптимального выбора уровней радиочастотных сигналов принимаемых каналов, подаваемых на вход приемника:

Условные обозначения на рисунке:

  • Ch1..Ch7 — принимаемые каналы на оси частот.
  • Пурпурные линии — относительные уровни радиосигналов принимаемых каналов в дБ (мкВ), минимальный уровень имеет канал Ch4, максимальный — Ch7.
  • Цветовая кодировка условного уровня качества изображения вдоль оси ОСШ: зеленый — отлично, желтый — хорошо, оранжевый — удовлетворительно, красный — плохо.

На данном примере имеется запас на возможные увеличения уровня радиосигналов в виде разницы между Lmax и началом спада ОСШ из-за перегрузки, а также запас на возможное уменьшение уровня радиосигналов в виде разницы между Lmin и началом сильной зависимости ОСШ от входного уровня радиосигналов в желтой зоне.

Источник