音响频谱显示器是一种新型的音响信号幅频显示装置，在国内外电子音响产品中逐渐被采用。本刊曾在1987年第7期上向读者介绍过一种扫描式实时频谱显示器，本文在这里再向读者介绍一种瞬态音响频谱显示器，这两种显示器的工作原理有着本质的区别，前一种显示器的工作原理为实时扫描法，后一种显示器的工作方法为频压法，即将频率信号转换成电压信号驱动显示器的方法。这种方法精度虽不高，但成本较低，完全可满足监视和观赏的需要。
图1为这种瞬态音响频谱显示器的原理框图。图2为显示器电路图。两块发光显示驱动集成电路SL322C承担X、Y轴驱动，BG\(_{1}\)～BG10、D\(_{1}\)～D9完成行选择，四运放集成电路LM324完成隔离放大、瞬时频率提取、频压转换。
在图2中，由运算放大器IC\(_{3}\)A组成的交流反相放大器，一方面将输入的信号放大，以使在信号较弱的情况下显示屏也能正常工作；另一方面利用反相运算放大器输入阻抗高的特点，使音响设备（即本显示器的信号源）与显示器电路有效隔离。放大后的信号经C3耦合，一路施加于IC\(_{3B}\)反相输入端，另一路馈送给IC1（SL322C）的信号输入端第1脚，信号波形如图3中的V\(_{A}\)所示。IC1的每一个驱动端都并接着一行发光二极管，至于这一行中哪一只发光二极管被点亮，取决于三极管BG\(_{1}\)～BG10哪一只管子导通，而三极管的导通（瞬时只有一只三极管导通）与否完全受控于输入信号的瞬时频率。
下面分析一下输入信号的瞬时频率是如何实现对三极管BG\(_{1}\)～BG10的控制的。IC\(_{3B}\)是一个单限比较器。放大后的输入信号送至IC3B的反相输入端，而同相输入端约有+0.2伏的比较电压，当信号电压高于0.2伏时，输出端便出现低电平，而低于0.2伏时输出端便出现高电平。这样便将变化的输入信号转变成宽度不等的脉冲波，如图3中V\(_{B}\)所示。输入信号的瞬时频率愈低，脉冲宽度则愈宽。由R19、C\(_{4}\)组成的微分电路将单限比较器输出的不规则脉冲波微分变成尖脉冲。如图3中VC，通过C\(_{5}\)的耦合，一路送给运算放大器IC3C的反相输入端，另一路送给由D\(_{1}\)0、C6组成的半波整流电路，产生约2.5伏的负直流电压。该直流负压经R\(_{21}\)、R22分压后，也加在IC\(_{3C}\)的反相输入端，使运算放大器IC3C通常处于正饱和状态。当微分后的正向脉冲通过R\(_{2}\)0加于运算放大器反向输入后，IC3C的输出端便跃变为负饱和。经C\(_{7}\)、R23值决定的时间间隔后，输出端又自动恢复为正饱和。由此可见，IC\(_{3C}\)组成单稳电路，它可将间隔不等的尖脉冲转变成脉冲宽度相等的脉冲，见图3中VD，脉冲再经R\(_{24}\)、C8组成的积分电路积分，在E点输出缓变的直流电压，如图3中的V\(_{E}\)所示。
由上述分析可知，如果输入信号的瞬时频率高，经过一系列转换电路，在E点产生的直流电位也就高，如瞬时频率低，则E点电位也低。R\(_{25}\)及IC2的输入电阻（约25kΩ）并接于C\(_{8}\)两端形成放电回路，使得E点电位总是随信号的瞬时频率的变化而变化。D11起反向隔离作用。E点缓变的直流信号送到IC\(_{2}\)的输入端1脚，这样各驱动端电位也就受控于输入信号，实现了用输入信号的瞬时频率变化来控制一列发光二极管的点燃。从图2可见，由于二极管D1～D\(_{9}\)的加入，三极管BG1～BG\(_{1}\)0在瞬间只有一只导通。例如IC2的14脚驱动电平高，致使BG\(_{7}\)导通，BG7集电极上的一列发光二极管也被点亮。同时由于D\(_{6}\)导通，便使BG6的发射极电位箝至仅比14脚的驱动电平低0.4伏（ 2CK1导通时的压降约0.4伏），这样加在BG\(_{6}\)基、射极的电压位差只有0.4伏，小于该管发射结导通电压Vbe，所以BG6处于截止状态。同理，BG\(_{1}\)～BG5截止。而BG\(_{8}\)～BG10则由于相应的驱动端电平太低也处于截止状态。所以，只有BG\(_{7}\)一只三极管导通。从上面的分析可看出，这个由二极管矩阵组成的显示器，其图形的变化由输入信号的瞬时幅度和瞬时颁率共同决定。信号的瞬时幅度决定了纵向发光二极管点燃的个数，而瞬时频率的高低则决定了哪一纵列二极管导通。随着瞬时频率的变化，纵向二极管被点亮而形成的“光柱”会左右移动。由于发光二极管的余辉及人眼视觉的“滞留效应”，显示器上的图案给人们的感觉是连续变化的。
印刷线路板可自行设计，调试时，将音频信号发生器接在输入端，用示波器分别观察A、B、C、D点的波形便可判断电路工作是否正常。在输入端改变音频信号发生器的输出频率，使其在125Hz～8kHz范围内变化，（录音机B级机频响指标），则E点的电位应随着输入信号频率的改变线性地从OV变到10V。如果电压变化范围不够，可改变C\(_{4}\)R19及C\(_{7}\)R23的数值，以满足要求。
由于本电路结构简单，因此对制作工艺无特殊要求。只要元器件良好，焊接正确，不用调整，即可装成。（陈永强 张家洪）