AT001- Circuito Vu meter stereo cambiacolore a giusta sensibilità

Molti amplificatori stereo sono dotati dei classici Vu meter a lancetta, quelli che presentano una buona sensibilità ai segnali deboli ma eccessiva ai segnali forti.
Il segnale audio essendo di tipo non lineare, a basso volume (o con segnali deboli) le lancette degli strumenti sono quasi sempre vicine allo zero, alzando il volume, sembra che vadano a sbattere a fondo scala con estrema facilità.
Questo circuito vu meter al variare dell'ampiezza del segnale in ingresso aumenta in maniera inversamente proporzionale la sensibilità.

Questo problema è dovuto al fatto che il dosaggio del segnale (tramite il controllo volume) avviene in modo logaritmico (l’ orecchio umano ha una percezione logaritmica) e la stessa potenza sonora è frutto di una funzione quadratica (Pu = Vu x Vu :Rl, dove Vu è la tensione alternata sinusoidale ai capi dell’ altoparlante e Rl è la resistenza della cassa acustica stessa) quindi se Vu = 4V e Rl = 4Ω, Pu sarà pari a 4 x 4 : 4 = 4W, raddoppiando la tensione Vu, la potenza invece non raddoppia ma quadruplica, infatti per Vu = 8V, si avrà 8 x 8 : 4 = 16W, per questo motivo le scale dei wattmetri non sono lineari.
Quindi spesso si ha a che fare con dei segnali inferiori a 2V ai quali vanno sottratti almeno 1,2V di caduta diodi, ecco un altro motivo per cui le lancette sono spesso ferme a inizio scala per poi muoversi improvvisamente andando verso il fondo in presenza di segnali molto forti.

La soluzione ideale? Avere uno strumento la cui sensibilità cala progressivamente all’ aumentare dell’ ampiezza del segnale, si capisce subito come possa essere complicato, in quanto bisogna ricorrere a operazionali con circuiti complessi o addirittura a amplificatori logaritmici appositamente dedicati (e costosi)
Un giorno, mi sono trovato tra le mai dei piccoli Vu meter acquistati a basso prezzo in uno stock a una fiera, da li pensai di dotare il mio 40W a mosfet di un Vu meter che fosse più sensibile ai segnali bassi per diminuire poi all’ aumento del livello di uscita, ma che desse pure un’ indicazione luminosa cambiando colore.

Schema elettrico:

Per ottenere l’ effetto “calo di sensibilità” sono ricorso ai classici diodi al silicio, infatti per un segnale in ingresso di 2Vac, sui condensatori C2 e C4 è presente una tensione di 4,4V, ovvero il valore della tensione picco picco meno la caduta di tensione dei due diodi D1-D2 e D5-D6 (Vi x 2,82 – Vd1-Vd2 pari a 2 x 2,82 – 1,2 = 4,4V).
Questa tensione equivale a una potenza di 0,5W su 8Ω oppure 1W su 4Ω, per avere una visione piuttosto lineare dell’ andamento, ecco come cambia l’ attenuazione.
Partendo da tensioni inferiori a 0,8V (sempre riferite a C2 e C4) tutta la corrente passerà attraverso R3 e R12 e tramite R5 e R6 arriva direttamente allo strumento (R14 e R15 per l’ altro canale), quando la tensione si C2 supera gli 0,8V, il diodo D3 inizia a condurre e per circa 0,2V la sua corrente aumenta in modo logaritmico come in tutti i semiconduttori, quindi buona parte della corrente che percorre R3 viene deviata verso R4 e D3 lasciando allo strumento una minima parte (1° principio di Kirchhoff), quindi per una buona fetta di funzionamento la sensibilità dello strumento risulta inferiore rispetto ai segnali più deboli, ma quando il segnale in ingresso aumenta ulteriormente (oltre i 3V su C2) entrano in conduzione il diodo D4 e il “diodo virtuale Q1” ovvero la giunzione base – emettitore di Q1 che oltre a comportarsi come un diodo, manda pure in conduzione Q1 stesso.
In questo caso anche R8 viene posta in parallelo a R4 creando un ulteriore attenuazione della sensibilità dello strumento.
Tutto questo è ottenuto in modo semplice e passivo, senza ricorrere a circuiti attivi, ma lo stesso Q1 ha una duplice funzione, quella di intervenire sull’ attenuazione del segnale e quella di accendere dei led rossi per l’ illuminazione della scala dello strumento stesso, che avendo una caduta di tensione di soli 1,8V contro 1 3V di quelli blu, provoca lo spegnimento dei led blu stessi creando l’ effetto “cambia colore” funzione questa finora mai usata negli apparecchi commerciali

Elenco componenti AT001:

R1 = 10KΩ trimmer C1 = 10uF 25V elettrolitico
R2 = 470Ω 0,25W C2 = 10uF 25V elettrolitico
R3 = 6,8KΩ 0,25W C3 = 10uF 25V elettrolitico
R4 = 3,9KΩ 0,25W C4 = 10uF 25V elettrolitico
R5 = 10KΩ trimmer D1 – D8 = 1N4148
R6 = 4,7KΩ 0,25W Q1 = transistor NPN tipo BC237
R7 = vedi articolo Q2 = transistor NPN tipo BC237
R8 = 1,5KΩ 0,25W DL1 = diodo led rosso alta luminosità
R9 = 6,8KΩ 0,25W DL2 = diodo led rosso alta luminosità
R10 = 10KΩ trimmer DL3 = diodo led blu alta luminosità
R11 = 470Ω 0,25W DL4 = diodo led blu alta luminosità
R12 = 6,8KΩ 0,25W DL5 = diodo led rosso alta luminosità
R13 = 3,9KΩ 0,25W DL6 = diodo led rosso alta luminosità
R14 = 10KΩ trimmer DL7 = diodo led blu alta luminosità
R15 = 4,7KΩ 0,25W DL8 = diodo led blu alta luminosità
R16 = vedi articolo M1 = strumento con scala graduata
R17 = 1,5KΩ 0,25W M2 = strumento con scala graduata
R18 = 6,8KΩ 0,25W

Tutto il circuito necessita di un’ alimentazione ausiliaria, la corrente massima è di circa 8mA per canale, quindi 16mA in stereo, con simili valori risulta inutile impiegare un ulteriore alimentatore, ma piuttosto meglio ricorrere all’ alimentazione dell’ amplificatore al quale sarà collegato.
Proprio per questo motivo le resistenze R7 e R16 si possono calcolare secondo la formula riportata:

R7 = (Vcc- VDL3-VDL4) : ID (ma) che per Vcc = 12V sarà pari a (12-3-3):8 = 750Ω

Non essendo un valore standard è possibile usare una resistenza di valore vicino come 680Ω oppure 820Ω o volendo essere precisi die resistenze da 1,5KΩ in parallelo.

Non essendo un valore critico (anche con correnti di 7 o 10mA la cosa non cambia) sia per R7 che per R16 si possono usare i valori indicati nella tabella e tra parentesi gli amplificatori ai quali può essere applicato prelevando l’ alimentazione dall’ amplificatore stesso.

Vcc = 9V, R7 = R16 = 560Ω (AA004a AA004b AA 004c AA004d 9V)
Vcc = 12V, R7 = R16 = 820Ω (AA004a AA004b AA004c AA004e AA004f AA010)
Vcc = 15V, R7 = R16 = 1,2KΩ (AA002)
Vcc = 18V, R7 = R16 = 1,5KΩ (AA002)
Vcc = 24V, R7 = R16 = 2,2KΩ (AA007 AA007-38W)
Vcc = 36V, R7 = R16 = 3,9KΩ (AA006 AA007-52W)
Vcc = 40V, R7 = R16 = 4,7KΩ (AA005)
Vcc = 50V, R7 = R16 = 5,6KΩ (AA001)

Taratura:

La taratura di questo strumento è facilissima e priva di criticità, infatti è sufficiente ruotare R1 e R10 a massa e alimentare con la tensione desiderata a seconda del valore di R7 e R16., si accenderanno i led blu.
Inserire una pila alcalina da 1,5V tra Tpi+ e massa e costatare il passaggio di colore dal blu al rosso e regolare i trimmer R5 e R14 in modo da portare la lancetta dello strumento a ¾ della scala (tra 0dB e 3dB), togliere la pila e applicare l’ amplificatore con un generatore sinusoidale in ingresso.
Escludento l’ altoparlante e inserendo un carico da 8Ω e un oscilloscopio (un voltmetro elettronico o un wattmetro) e pilotare l’ amplificatore stesso fino all’ 80% della sua potenza prima della saturazione e regolare i trimmer R1 e R10 fino a far coincidere la lancetta col valore di fondo scala.
Per chi non disponesse di tali strumenti (nemmeno il nostro generatore con burst o il wattmetro) la taratura può essere fatta anche con un tester comune, basta disporre di un trasformatore a 220V con secondario 9V (corrispondente a 10W su 8Ω ) e fare la taratura così (12V equivalgono a circa 18W su 8Ω e 36 su 4Ω, cosi come 15V corrispondono a 28W su 8Ω e 46 su 4Ω e 24V a 70W su 8Ω e così via); semplicemente collegando il secondario del trasformatore su R1 e R10 e regolare questi ultimi fino a far deviare la lancetta a fondo scala o in prossimità di esso.

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