Технические науки/6. Электроника и радиоэлектроника

Кодин Г.Г.

Кубанский государственный университет, Россия

Разработка анализатора спектра звуковой частоты

Анализатор спектра – прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот. Анализатор спектра позволяет определить амплитуду и частоту спектральных компонент, входящих в состав анализируемого процесса. Анализаторы спектра звуковой частоты бывают параллельного и последовательного типа (чаще параллельного) и предназначены для работы в диапазонах звуковых частот. Такие устройства позволяют визуально оценить спектральный состав фонограммы, обнаружить самовозбуждение какого-либо звена усилительного тракта, и используются в акустике, например, при исследовании характеристик шума, для разработки и обслуживания аудиоаппаратуры, а так же в других целях.

Разрабатываемый анализатор спектра звуковой частоты состоит из следующих основных узлов:

- масштабирующего сумматора;

- полосовых фильтров;

- пиковых детекторов;

- блока индикации;

- светодиодного индикатора.

Блок схема такого прибора приведена на рисунке 1.

Масштабирующий сумматор

Рисунок 1. Блок схема анализатора спектра звуковой частоты.

Теперь подробнее о каждом из узлов анализатора.

Входной сигнал. В качестве входного сигнала может использоваться линейный выход звуковой аппаратуры (магнитофона, персонального компьютера и т.д.). Количество полос входного сигнала может быть различно (монофонические, стереофонические, а так же многополосовые акустические системы).

Масштабирующий сумматор. Данный узел складывает сигналы нескольких каналов и усиливает их до необходимого уровня полосовых фильтров. В нашем случае, он выполнен на операционном усилителе и имеет возможность регулирования коэффициента усиления.

Полосовой фильтр – фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в некоторой полосе частот. Другими словами полосовой фильтр пропускает сигнал с частотами в диапазоне между заданными частотами среза, исключая прохождение сигналов с частотами вне этого диапазона. Это линейная система и может быть представлена в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот.

Для анализаторов спектра целесообразнее всего использовать активные полосовые фильтры, т.к. они строятся на основе усилителей, охваченных петлёй обратной связи (положительной или отрицательной), и позволяют избежать применения катушек индуктивности, что позволяет уменьшить физические размеры устройств, упростить и удешевить их изготовление.

Пиковый детектор – электронное устройство, позволяющее показывать наибольшее напряжение, наблюдаемое во входном сигнале в заданный период времени до момента возврата схемы в исходное состояние. Такое устройство необходимо для выделения положительного напряжения из сигнала, полученного с выхода полосового фильтра.

Блок индикации. Данный узел необходим для отображения полученных сигналов на экране светодиодного индикатора. Сигнал определенной амплитуды, поступающий с выхода пикового детектора, раскладывается на несколько интервалов и отображается в виде столбца на экране светодиодного индикатора. Каждому такому интервалу соответствует свой светодиод в столбце светодиодного экрана. Высота такого столбца зависит от величины положительного напряжения, полученного с выхода пикового детектора.

Светодиодный индикатор. Этот блок является самым простым и представляет собой матрицу строк и столбцов. На пересечении строки и столбца подключен светодиод. Количество столбцов зависит от количества полосовых фильтров, а количество строк – от числа интервалов, разложенных в блоке индикации.

Литература:

1. Л. Фолкенберри. Применение операционных усилителей и линейных ИС. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – 572с.

2. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. – М.: Мир, 1982. – 512с.

3. А.А. Афонский, В.П. Дьяконов. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2009. – 248с.