实时频谱显示是近年来在收录机等音响设备上出现的一种新的电平显示装置。它的特点是不仅能显示出音响设备输出电平的高低，还能以醒目的不断变化着的图形方式，直观地实时地显示出音乐信号里的各个频率成分及各个频率成分的峰值电平变化。显示屏通常是由许多个发光二极管组成的矩阵，矩阵的横坐标方向代表各信号频率成分的频率高低，纵坐标方向代表各信号频率成分的幅度大小。如果将这种实时频谱显示器安装在高保真扩音系统里，聆听者则可以根据显示屏上显示出来的节目信号的频谱，把扩音设备内的频率补偿装置调节到最佳状态，得到更完美的音响效果。
本文介绍的实时频谱显示器采用LED（即发光二极管）显示方式。它首先把由扩音设备输出端（即扬声器两端）送来的全频带信号按2.4倍频程的间隔分成8段，其中心频率分别为32赫、76赫、180赫、430赫、1050赫、2500赫、6000赫、14500赫。每个频段输出电平的大小分别通过一列由8个LED管组成的纵向光柱来显示，8个频段则共有8个纵列光柱。为了减小LED显示器在发光时的电流消耗，本机采用了动态扫描方式。所谓动态扫描，就是通过控制扫描信号发生器电路，使显示器中的LED矩阵，能按一定周期，让每纵列发光单元顺序循环轮流工作。这样便使驱动LED的比较放大器减少到8个，每一瞬间点亮的LED数目，最多也只有8个（一纵列）。这样就大大减少了电流消耗。本机所用的动态扫描频率约125赫，也就是说，对于显示屏上的8个纵列发光二极管，每秒钟要扫描125次。由于人眼具有视觉残留的生理特点，使显示屏上点亮的发光二极管不会出现闪烁的感觉。
电路工作原理
本机电路如图1。它由带通滤波、整流积分、动态扫描、比较放大和LED矩阵等部分组成。IC\(_{1}\)、IC2、R\(_{1}\)01～R108、R\(_{2}\)01～R208、R\(_{3}\)01～R308、C\(_{1}\)01～C108、C\(_{2}\)01～C208组成8个有源带通滤波器，把输入端送来的全频信号分割成8个频段。图2为单个带通滤波器的原理图，它的几个电路参数可以这样求出：中心频率f\(_{o}\)=\(\frac{1}{2πc}\)·\(\sqrt{R}\)1+R\(_{2}\);R1·R\(_{2}\)·R3；在中心频率f\(_{o}\)处的增益为Ao=\(\frac{R}{_{3}}\)2R1；Q值的求法为Q=1;2·\(\frac{R}{_{3}}\)·(R1+R\(_{2}\)）R1·R\(_{2}\)；带宽为B=1;π·R3·C。
D\(_{1}\)01～D108、R\(_{4}\)01～R408、C\(_{3}\)01～C308分别组成各频段的整流积分电路，其作用是把各滤波器输出交流信号的幅值转换成直流电平的高低，经过模拟开关选择后，送入直流电平比较器，驱动LED矩阵发光。
电平比较器由IC\(_{6}\)、IC7以及R\(_{5}\)01～R508等元件组成。R\(_{5}\)01～R508是分压器，它把12伏直流电压按一定比例分压后，分别加到IC\(_{6}\)、IC7各运算放大器的反相输入端，作为各比较放大器的参考电压。由图1可以看出，8个比较器的反相输入端所加的参考电压是不一样的，由下往上（即由IC\(_{7d}\)至IC6a方向）参考电压一个比一个高。而经模拟开关选通后送出的直流信号电压则同时加到IC\(_{6}\)、IC7各运算放大器的同相输入端，用以和比较器各自的参考电压相比较。比较的结果：输入的直流信号电压越高时，则自下而上（即由IC\(_{7d}\)至IC6a方向）就有越多的比较放大器输出高电平，把相应的LED管点亮。我们便可以根据每纵列光柱中被点亮的发光二极管个数，来判断某频率信号的强度。点亮的LED数越多，证明该频率信号越强；点亮的LED数越少，则证明该频率信号越弱。图1中的R\(_{6}\)01～R608是限流电阻，用来保护运算放大器。
下面介绍一下动态扫描电路的工作原理。BG\(_{1}\)09与BG110组成一个多谐振荡电路，产生频率约1千赫的方波，作为激励集成电路IC\(_{5}\)的时钟脉冲。IC5是一个十进制计数器脉冲分配器，只要从它的第14脚输入时钟脉冲，便能在脉冲到达的同时，在它的输出端（Q\(_{0}\)～Q9端）按顺序逐个输出高电平脉冲。本机每扫描一个周期仅需8个控制脉冲，因此Q\(_{9}\)（第11脚）脚可空置不用，并且把Q8（第9脚）端与复位端（第15脚）连接起来，以便在一个工作周期结束后，让计数器清零，开始下一个不作周期。由图1可知，IC\(_{3}\)、IC4各模拟开关的通断和开关晶体管BG\(_{1}\)01～BG108的导通与截止，均由IC\(_{5}\)的输出脉冲控制。例如，当IC5的Q\(_{0}\)端（第3脚）输出高电平时，在模拟开关部分只有IC3a接通，由IC\(_{6a}\)～IC6a及IC\(_{7a}\)～IC7d组成的8个直流比较器只对中心频率为32赫频段的信号进行比较。与此同时，BG\(_{1}\)01也因正脉冲的到来而导通，BG101集电极处于低电位状态。如果比较器IC\(_{7d}\)的同相输入端所加的32赫信号的强度，大于其反相输入端所加的参考电位，那么IC7d将输出高电平，发光二极管A\(_{1}\)将点亮。因为32赫信号同时加在8个比较器的同相输入端，所以该信号越强时，8个比较器中输出高电平的也就越多，发光二极管A1\(_{8}\)中自下而上点亮的个数也就越多。
当下一个时钟脉冲到来时，IC\(_{5}\)的Q0端输出变为低电平，Q\(_{1}\)端输出高电平，同时IC3a断开，IC\(_{3b}\)闭合，BG101截止，BG\(_{1}\)02导通，比较放大器此时只对中心频率为76赫的这一频段的信号进行比较。根据这一频段信号强度的大小，发光二极管B1\(_{8}\)也相应点亮。其余各频段的情况照此类推。这样直到扫完H1～H\(_{8}\)这一纵列发光二极管为止，这就扫完了一个周期。下一个周期又重新从扫A1\(_{8}\)这一纵列发光二极管开始，依次扫下去。因时钟脉冲的频率为1千赫，发光二极管共有8个纵列，所以扫描的频率为
制作与调试
本机共用了十只晶体管和七块集成电路。晶体管均选用9014，要求h\(_{FE}\)≥400。集成电路IC1、IC\(_{2}\)、IC6、IC\(_{7}\)均为四运算放大器，型号是LM324，国产SF324可直接代用。IC3、IC\(_{4}\)是模拟开关集成电路，各含有四组双向模拟开关，型号为CD4066，国内对应型号为C544。IC5是十进制计数器脉冲分配器，型号是CD4017，可使用国产C187直接代换。这几种集成电路的功能示意图及引出脚接线图见图3。
本机只要元件选用正确，焊接无误，一般不用调试便可工作。如果发现工作不正常，可按下列步骤来检查和调整：
（1）检查电源电压，正常值为±12伏。
（2）用万用表交流10伏档串联一只0.1微法电容器，测量BG\(_{11}\)0的集电极，应有电压读数，然后测量IC5的8个输出端，也应有脉冲电压输出。
（3）用47千欧电位器，两端分别接+12伏电压和地，中间端接IC\(_{6}\)、IC7的同相输入端（图1中P点），从零开始调节电位器中点的输出电压，这时LED矩阵应从最下一排逐排向上点亮，最后LED矩阵全部点亮。
（4）输入音频信号，改变信号的频率，观察LED矩阵各频段的显示情况是否与信号频率一一对应。
（5）输入需显示的节目信号，调W1，使输入灵敏度符合要求。
图4是本机的印刷电路板图。图1中虚线框内的发光显示部分单独采用了一块双面印刷电路板（见图5），可将64个发光二极管按要求焊接在印刷电路板上，并按照图4、图5给出的要求将有关连线连接好即可。（新力）
