Schemat wskaźnika VU meter stereo: sumator L+R, MAX(L,R), LM358, TL072, balistyka 300 ms

Pytanie

schemat pojedyńczego wskaźnika VU meter dla dwóch kanałów

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Nie wolno zwierać wyjść L i R. Aby zasilić jeden wskaźnik VU z dwóch kanałów, zastosuj:
  1. pasywny sumator L+R (np. 2×47 kΩ) i dalej prostownik/układ całkujący sterujący miernikiem, lub
  2. aktywny sumator na wzmacniaczu operacyjnym z „prostownikiem precyzyjnym” i RC o stałej ok. 300 ms (balistyka VU), z kalibracją 0 VU przy 0 dBu (0,775 Vrms) lub +4 dBu (1,228 Vrms).
• Alternatywnie: układ „MAX(L,R)” (miernik pokazuje większy z kanałów) – diodowy OR dwóch obwiedni po prostowaniu.

Kluczowe punkty:

• Sumowanie przez duże rezystancje (separacja kanałów).
• Prostownik o małym progu (Schottky/germanowe) lub najlepiej prostownik precyzyjny na op-ampie.
• RC dobrane do ~300 ms (standard VU).
• Jedna gałka kalibracji dla ustawienia 0 VU.

Szczegółowa analiza problemu

• Główne aspekty:

  • Celem jest uzyskanie pojedynczej obwiedni reprezentującej sygnał stereo bez wprowadzania przesłuchów i z balistyką VU (czas narastania/opadania około 300 ms).
  • Masz trzy typowe tryby pracy: L+R (mono), MAX(L,R) lub przełączane L/R. L+R daje „średni” poziom programu, MAX(L,R) jest bliższy kontroli przesteru, przełączane L/R bywa najprostsze mechanicznie.

• Teoretyczne podstawy:

  • Sumowanie pasywne realizuje superpozycję napięć przez duże rezystancje, minimalizując sprzęganie zwrotne między kanałami.
  • Prostownik precyzyjny w pętli sprzężenia wzmacniacza operacyjnego eliminuje próg przewodzenia diody, co poprawia wskazania przy cichych sygnałach.
  • Stała czasowa RC obwiedni definiuje balistykę: τ ≈ R·C. Dla klasycznego VU dążymy do odczytu ~0 dB w 300 ms dla skoku sygnału 1 kHz.

• Praktyczne zastosowania:

  • Wskaźnik wychyłowy (200…500 µA FS, typ. rezystancja cewki ~3,9 kΩ) z zasilaniem pojedynczym 9–15 V.
  • Opcjonalnie dioda „PEAK” (np. +3 dB) na komparatorze.

Proponuję dwa sprawdzone schematy (tekstowo, z wartościami):

1. Rozwiązanie proste – pasywny sumator + prostownik pół/pełnookresowy

• Wejścia:
  • IN_L → R1 = 47 kΩ
  • IN_R → R2 = 47 kΩ
  • Drugi koniec R1 i R2 łączysz w węźle A (sumator L+R).
• Prostownik:
  • Z węzła A → kondensator C1 = 1 µF (sprzęgający) → mostek Graetza z diod Schottky (4×BAT85/BAT54) lub 2× diody Schottky w układzie podwajacza; wyjście „+” mostka → węzeł B.
• Obwiednia (balistyka):
  • Węzeł B → C2 = 10 µF do GND (całkowanie), równolegle R3 = 27 kΩ (określa opadanie). Dla wolniejszej odpowiedzi zwiększ C2 (np. 22–47 µF) lub R3.
• Miernik i kalibracja:
  • Z węzła B → potencjometr montażowy VR1 = 10 kΩ → szeregowo R4 (dobierz 1–3,3 kΩ) → (+) miernika.
  • (–) miernika do GND.
• Uwagi:
  • Proste, bez zasilania, ale mniej liniowe przy małych poziomach (spadki na diodach).

2. Rozwiązanie zalecane – aktywny sumator + prostownik precyzyjny + RC (VU)

• Zasilanie: pojedyncze 12 V (9–15 V). Wirtualna masa Vref = VCC/2.

• Układy scalone: LM358 (tani, single-supply) lub lepiej NE5532/TL072 (lepsze audio; wtedy zapewnij Vref i zakres napięć).

• Wytworzenie Vref:

  • Dzielnik R9 = 47 kΩ do VCC, R10 = 47 kΩ do GND; węzeł środkowy → C9 = 10 µF do GND oraz C10 = 100 nF (stabilizacja).

• Sumator (A1 – 1/2 op-amp):

  • IN_L → Rin1 = 47 kΩ do wejścia odwracającego (–).
  • IN_R → Rin2 = 47 kΩ do wejścia odwracającego (–).
  • Sprzężenie A1: Rf = 47 kΩ równolegle Cfb = 100 pF między wyjściem A1 a wejściem (–).
  • Wejście nieodwracające (+) A1 do Vref.
  • Wyjście A1 (to ~L+R, odniesione do Vref) → C3 = 1 µF do kolejnego stopnia.

• Prostownik precyzyjny (A2 – 2/2 op-amp, „ideal diode”):

  • Konfiguracja: na A2 dioda D1 (Schottky) w pętli sprzężenia wyjście→wejście (–) oraz klasyczny prostownik precyzyjny; dla uproszczenia przyjmij:
    • Z C3 → R5 = 10 kΩ do wejścia (–) A2.
    • D1 (BAT54) od wyjścia A2 do wejścia (–) (kierunek przewodzenia z wyjścia do wejścia).
    • Wejście (+) A2 do Vref.
  • Wyjście A2 → węzeł ENVELOPE.

• Balistyka VU:

  • ENVELOPE → R6 = 33 kΩ równolegle C4 = 10 µF do Vref (czas opadania).
  • Dla czasu narastania bliższego VU możesz dodać szeregowo z C4 diodę równoległą do R6 (asymetria ładowania/rozładowania), ale w praktyce dobiór R6/C4 22–47 kΩ / 10–33 µF daje dobre rezultaty (~0,2–0,5 s).

• Sterowanie miernikiem:

  • Z ENVELOPE → potencjometr VR2 = 10 kΩ (kalibracja) → R7 = 1 kΩ → (+) miernika.
  • (–) miernika do Vref (ważne: miernik odniesiony do wirtualnej masy).
  • Jeśli chcesz lepszą niezależność od rezystancji miernika, użyj wtórnika emiterowego (np. NPN 2N3904) lub prostego źródła prądowego: dodaj rezystor pomiarowy w emiterze (Re = 100 Ω), a napięcie z ENVELOPE podaj na wejście op-ampa sterującego tranzystorem tak, by utrzymywać spadek na Re proporcjonalny do obwiedni (transkonduktancja). Do DIY zwykle wystarcza tor napięciowy z VR2.

• „MAX(L,R)” zamiast L+R:

  • Zamiast sumatora przetwórz każdy kanał w swoim prostowniku precyzyjnym (A1L, A1R), a ich wyjścia złącz przez „ideal diode OR” (dwie diody Schottky lub diody w pętli buforów op-amp). Dalej ten sam RC i tor miernika. Wskazanie odpowiada większej obwiedni z pary.

• Typowe wartości i poziomy:

  • 0 VU: wybierz 0 dBu (0,775 Vrms) – konsumencko, lub +4 dBu (1,228 Vrms) – pro. Ustaw VR2 tak, aby przy sinusie 1 kHz i wybranym poziomie miernik pokazywał 0 VU.
  • Dla miernika 200 µA FS i cewki ~3,9 kΩ suma Rser (R7 + nastawa VR2 w torze) zwykle mieści się w kilku kiloohmach; dokładne ustawienie robisz kalibracją.

Aktualne informacje i trendy

• W praktyce amatorskiej utrzymuje się popularność prostych układów na LM358/TL07x z prostownikiem precyzyjnym i RC ~300 ms; dla wskaźników LED powszechne są drivery o skali log (np. „16/15” rodzina) lub realizacje dyskretne, ale do pojedynczego wskaźnika analogowego najlepsza jest wersja aktywna z Vref i ideal-diode.
• Coraz częściej dodaje się diodę PEAK z krótkim podtrzymaniem (ok. 1 s) – łatwe na komparatorze z kondensatorem „hold”.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego nie zwierać L i R: wyjścia źródła widzą się wzajemnie, co generuje przesłuch, zniekształcenia i może uszkodzić stopnie buforujące.
• Dobór RC:
  • Przybliżenie: τ = R·C. Dla 300 ms możesz zacząć od 33 kΩ i 10 µF (0,33 s), potem koryguj „na ucho” i pod generator.
• Diody:
  • Schottky/germanowe przy pasywnym prostowaniu (niższy próg), w aktywnym prostowniku typowe krzemowe też się sprawdzą, ale Schottky zmniejsza błędy przy małych poziomach.

Aspekty etyczne i prawne

• Zachowaj separację galwaniczną od sieci. Zasilacze sieciowe używaj izolowane, z uziemieniem obudowy wzmacniacza, aby uniknąć pętli masy i brumu.
• Nie ingeruj w urządzenia objęte gwarancją bez świadomości skutków; pamiętaj o zgodności EMC, jeśli montujesz wskaźnik wewnątrz komercyjnego sprzętu.

Praktyczne wskazówki

• Prowadzenie mas:
  • GND analogową i Vref traktuj jak węzły wrażliwe; stosuj gwiazdę i krótkie ścieżki, kondensatory 100 nF przy pinach zasilania op-ampów.
• Ekranowanie:
  • Wejścia L/R prowadź przewodem ekranowanym, ekran do GND tylko z jednej strony (przy płytce).
• Uruchomienie:
  • Najpierw sprawdź Vref = VCC/2 (np. 6,0 V dla 12 V). Potem podaj 1 kHz o poziomie odniesienia i kręć VR2 do 0 VU.
• Dodatki:
  • Przełącznik trybów: L+R / MAX / L / R (czteropozycyjny) ułatwi diagnostykę i porównania.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Pasywny wariant pogarsza liniowość przy cichych sygnałach (próg diod) i wprowadza większe tłumienie.
• Balistyka „książkowa” VU jest trudna do idealnego odtworzenia bez wyskalowanego, dedykowanego ruchu wskaźnika – spodziewaj się niewielkich różnic między egzemplarzami mierników.
• MAX(L,R) lepiej pokazuje ryzyko przesteru, ale zaniża średni poziom w materiale mocno panoramowanym.

Sugestie dalszych badań

• Zgłębienie balistyki VU vs PPM i wpływu asymetrii ładowania/rozładowania RC.
• Logarytmizacja charakterystyki (precyzyjny detektor RMS lub log-amp) – jeśli chcesz skalę w dB bardziej wierną standardom.
• Źródła do nauki: opisy prostowników precyzyjnych, noty aplikacyjne wzmacniaczy operacyjnych single-supply i sterowników wskaźników VU.

Krótkie podsumowanie

• Najbezpieczniej zsumować L i R przez 2×47 kΩ, zastosować aktywny prostownik na LM358/TL072, dobrać RC ≈ 300 ms i skalibrować 0 VU przy 0 dBu lub +4 dBu. Dla „ostrzejszej” ochrony przed przesterem użyj wariantu MAX(L,R). Jeśli chcesz, przygotuję kompletny rysunek PCB i listę elementów pod Twój konkretny miernik (podaj prąd pełnej skali i napięcie zasilania).