СВЕТОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА «ELECTRIC DELIGHT-712»

В теме представлена самодельная светодинамическая установка «ELECTRIC DELIGHT-712». СДУ названа по первому треку «Электрический восторг» из альбома «Plasteroid» (1979г.) популярной в свое время французской группы «Rockets». Число «712» означает 7 рабочих каналов и напряжение питания установки 12V.

К особенностям можно отнести:

  1. Семь частотных каналов;
  2. Выбор цвета фоновой подсветки;
  3. ШИМ управление яркостью;
  4. Микрофонный усилитель с АРУ;
  5. Тональные декодеры в фильтрах.

Принципиальная электрическая схема показана на РИС.1:

Источник питания:

Применяется стандартный AC/DC преобразователь Uвых=12V для питания RGB-светодиодных лент с максимальным выходным током Iвых=2А (P=24W). Допустимо использовать любой другой источник питания со схожей характеристикой и мощностью. Напряжение U=12V через диодно-конденсаторный фильтр VD1-С2 поступает на стабилизатор DA1 с Uвых=9V и далее на стабилизатор DA3 с Uвых=5V. Выходное напряжение DA1 используется для питания формирователя пилообразного напряжения и остальной части схемы управления СДУ.

Формирователь пилообразного напряжения:

Задающий генератор DA2 (таймер LM555 в режиме мультивибратора) вырабатывает импульсы с частотой следования около Fраб=100Гц и длительностью Т=10mS. Частота импульсов определяется элементами R2, VD2, VD3, R1 и емкостью С1, а их длительность зависит от положения движка подстроечного резистора R1. Амплитуда импульсов при Uпит=9V на выводе 3DA2 достигает U=8V. Коллектор внутреннего разрядного транзистора (выв.7DA2) подключен к коллектору транзистора VT1. Транзистор VT1 вместе со светодиодом HL1 и резисторами R3, R4, R6 представляют собой стабилизатор тока, к выходу которого подключен конденсатор С5. Напряжение на С5 увеличивается по линейному закону, но, как только внутри таймера DA2 открывается разрядный транзистор, конденсатор С5 быстро разряжается через R5. Когда транзистор внутри таймера закрывается, конденсатор С5 опять начинает заряжаться. В итоге на конденсаторе формируется нарастающее пилообразное напряжение. Амплитуда «пилы» зависит от положения движка подстроечного резистора R4. Резистор R5 ограничивает ток через переход К-Э открытого транзистора внутри таймера при разрядке С5. Для работы узлов управления яркостью требуется спадающая «пила», которую формирует ОУ DA4.1. Нарастающая «пила» через R7 подается на его инвертирующий вход (R10 – обратная связь), а на неинвертирующий вход подается напряжение смещения с регулируемого делителя R8-R9. Движком подстроечного резистора R9 нижние пики спадающей «пилы» устанавливают на «нулевой» уровень.

Микрофонный усилитель с АРУ:

С выхода стабилизатора DA3 напряжение U=5V поступает на микрофонный усилитель DA5. Резисторы R11, R12 и конденсатор С9 образуют цепь питания электретного микрофона BM1. Через разделительный С8 микрофонный сигнал поступает на исток транзистора VT2 и резистор R13. Переход И-С транзистора VT2 и резистор R16 образуют управляемый аттенюатор. Выходной сигнал с DA5 через R19 и разделительный С12 подается на активный детектор VT3. Во время отрицательных полуволн VT3 открывается и на С13-R20 напряжение увеличивается. Поступая на затвор VT2, напряжение приводит к запиранию транзистора и, как следствие, амплитуда микрофонного сигнала на входе DA5 уменьшается. Коэффициент усиления по напряжению (Кус) операционного усилителя определяется сопротивлением И-С транзистора VT2 и резистором в цепи обратной связи R17. Делитель R14-R15 формирует напряжение на неинвертирующем входе DA5, равное Uпит/2, что необходимо при однополярном питании. Резистор R13, уменьшает влияние увеличения сопротивления канала И-С транзистора VT2 на перезаряд конденсатора С8, т.е. выравнивает АЧХ усилителя. Подстроечным резистором R21 устанавливают выходное напряжение усилителя не более ~Uвых=300mV от пика до пика. С выхода микрофонного усилителя сигнал поступает на частотные фильтры и узлы управления яркостью.

Частотные фильтры:

В частотных фильтрах работают тональные декодеры DA6-DA8 типа LM567. Элементами, подключенными к выводам 5 и 6, определяются частоты внутренних генераторов. На схеме указаны диапазоны перестройки частоты с установленными элементами. Подстроечными резисторами R29, R36 и R43 задают центральную частоту (Fц=1/R*C) для каждого декодера. Для НЧ-фильтра настраивают Fц=150Гц, для СЧ-фильтра Fц=1кГц и для ВЧ-фильтра Fц=7,5кГц. Регуляторами R24, R31 и R38 настраивают амплитуду сигнала на входах декодеров в процессе эксплуатации СДУ. Чем больше амплитуда (движок перемещают вверх по схеме), тем меньше селективность фильтров, следовательно, более широкий частотный диапазон будет приводить к изменению сигнала на выходе декодера. Конденсатором на выводе 2 определяется диапазон захвата входной частоты B=1070*√﴾Vе/(Fц*Свыв.2)﴿, где Vе — эффективное входное напряжение. Конденсатором на выводе 1 определяется время отклика (реакции) на входную частоту. К выходам декодеров (выв.8) подключены интегрирующие цепочки R28-C19, R35-С27 и R42-C35. В исходном состоянии конденсаторы через резисторы заряжены почти до Uпит – на выходе декодеров высокий уровень напряжения. Когда частота входного сигнала окажется в диапазоне захвата, внутренний транзистор декодера откроется и разрядит конденсатор – на выходе высокий уровень напряжения сменится низким. Логические элементы DD1.1-DD1.2, DD1.3-DD1.4 и DD1.5-DD1.6 формируют более крутые фронты и управляют транзисторными ключами, соответственно, VT4, VT5 и VT6. Без сигнала на выходе декодеров эти транзисторы открыты. По светодиодам HL2-HL4 можно контролировать работу фильтров – светодиоды включатся, когда транзисторы VT4-VT6 закроются.

Узлы управления яркостью:

Узлы выполнены по одинаковым схемам и содержат маломощные УМЗЧ типа LM386 DA9-DA11 и ОУ типа LM358 DA4.2, DA12. Через разделительные конденсаторы С14, С22 и С30 сигнал от микрофонного усилителя должен постоянно поступать на входы DA9-DA11, но открытые транзисторы VT4-VT6 шунтируют входы и закрываются только после переключения выходов декодеров в низкий уровень. В результате усиленный по напряжению переменный сигнал на выходах DA9-DA11 появляется согласно поступившим частотам: при НЧ-сигнале на выходе DA9, при СЧ-сигнале на выходе DA10, при ВЧ-сигнале на выходе DA11. Резисторы R23, R30 и R37 устраняют влияние на сигнал микрофонного усилителя открытых транзисторов VT4-VT6. Использование LM386 обусловлено тем, что коэффициент усиления по напряжению этих УМЗЧ без внешних элементов обвязки внутрисхемно задан Кус=20. К выходам УМЗЧ подключены однополупериодные выпрямители на диодах VD4-VD5, VD7-VD8 и VD10-VD11. На резисторах R45, R47 и R49 благодаря конденсаторам, соответственно, С40, С43 и С46 формируется постоянное напряжение, уровень которого пропорционален уровню звукового сигнала. Это напряжение подается на неинвертирующие входы ОУ DA4.2, DA12.1 и DA12.2. На инвертирующие входы поступает сигнал спадающей «пилы». ОУ работают без петли обратной связи, т.е. в режиме компаратора, поэтому на выходах формируются импульсы высокого уровня с изменяемой скважностью. Длительность импульсов становится больше, если амплитуда сигнала на выходе УМЗЧ увеличивается. Переменными резисторами R44, R46 и R48 регулируют уровень сигнала на выходах УМЗЧ, значит, управляют длительностью импульсов.

Формирователь рабочих каналов:

Для формирования рабочих каналов применяется дешифратор DD2 типа К561ИД1. На его входы 1, 2, и 4 (вход 8 не используется, поэтому заземлен) от компараторов поступают импульсы с изменяемой скважностью. На выходах 1-7 получаем сигналы также с изменяемой скважностью. Таким образом, семь частотных каналов формируются на уровне электрических сигналов в дешифраторе. Это самый простой способ увеличить число рабочих каналов с трех до восьми, ставший уже классикой. Но, в отличие от распространенного «классического», в котором на входы 1, 2, 4 дешифратора поступают обычные логические уровни сигналов (лог.0 или лог.1), а для управления яркостью используется избыточный вход 8, в этой схеме импульсы с изменяемой скважностью поступают на входы 1, 2 и 4. Получилось интересное смешивание цветов в экранном устройстве, цвета как бы «перетекают» из одного канала в другой. Яркость излучателей от громкости стала меняться не одновременно, а индивидуально в каждом канале. Например, при сильном НЧ-сигнале ярко вспыхивает фонарь, подключенный к каналу 1. При сильном СЧ-сигнале, ярко вспыхивает фонарь, подключенный к каналу 2. Если уровень сигнала в каналах НЧ и СЧ увеличивается почти одновременно, то ярче начинает светить фонарь в канале 3, а яркость фонарей в каналах 1 и 2 снижается. К такому схемному решению привели эксперименты со светодиодными лентами – при подаче обычных логических сигналов на входы 1, 2 и 4 дешифратора основные каналы (1, 2 или 4) и сформированные «виртуальные» каналы (3, 5, 6 или 7)  всегда включались по отдельности.

Фоновая подсветка:

С увеличением длительности импульсов на входах 1, 2, или 4 дешифратора DD2, на его выходе 0 длительность импульсов, наоборот, уменьшается, и этот выход можно было бы использовать для управления каналом фоновой подсветки. Но здесь фоновая подсветка реализована по-другому. К стоку транзистора VT7 переключателем SA1 можно подключить один из каналов 1, 2, 4 или 7, т.е. выбрать подходящий цвет фоновой подсветки: красный, зеленый, синий или белый. В исходном состоянии (без сигнала) транзисторы VT8-VT14 закрыты. Напряжением на затворе через R50 транзистор VT7 открыт и коммутирует выбранный переключателем SA1 канал на минус питания. Конденсатор С47 заряжен почти до Uпит. Если хотя бы в одном частотном канале появится сигнал (лог.0), то один из диодов VD6, VD9 или VD12 откроется и разрядит С47. Транзистор VT7 закроется, коммутация каналов будет осуществляться с выходов DD2. За время следования сигналов с уровнем лог.0 на выходах частотных каналов через R50 конденсатор С47 не будет успевать заряжаться до порогового уровня затвора VT7, и транзистор будет оставаться закрытым. В паузе между музыкальными треками С47 заряжается и транзистор VT7 открывается – подсветка включается.

Источники света:

В качестве источников света применяются RGB-светодиодные ленты одного типа и производителя. Разные цвета свечения получены соединением минусовых питающих шин в лентах. Например, для получения белого цвета в канале 7 вместе соединены шины всех трех цветов.

Практическая конструкция:

Перед сборкой для проверки работоспособности отдельные узлы СДУ собирались на макетных платах, затем элементы схемы размещались на плате устройства. Печатная плата не разрабатывалась. Монтаж проведен на заводской перфорированной плате проводом МГТФ минимального сечения. Сначала предполагалось, что СДУ будет управлять лампами накаливания посредством симисторных оптронов, но позже было решено подключить светодиодные ленты. Поэтому, в схеме остались некоторые узлы от предыдущей версии схемы. Так, например, задающий генератор на LM555 появился в схеме взамен транзисторов КТ315Б, которые осуществляли синхронизацию узла управления яркостью с сетевым напряжением. По этой же причине в схеме остался узел на DA4.1, преобразующий нарастающее пилообразное напряжение в спадающее. На рисунке показан первоначальный вариант формирователя пилообразного напряжения вместе с тестовым узлом управления яркостью:

На фото показан вариант на транзисторах, затем был установлен таймер:

Чтобы понять и оценить, какой источник приобретать для питания RGB-светодиодных лент, были измерены токи потребления каждой линейки (R, G и B — цветов) в одной светодиодной ленте (ток, измеренный прибором, показан в амперах):

Были проверены приобретенные MOSFET-транзисторы вместе со светодиодными лентами:

Далее произведен монтаж элементов схемы на плату:

Проверка работы микрофонного усилителя, частотных фильтров и настройка формирователя пилообразного напряжения без силовых ключей:

Нашелся корпус от БУ-шной лампы дневного света. Начинка для крепления ламп и элементы электрической схемы были удалены. Основание корпуса (тонкий металл) укреплено куском фанеры. Далее были установлены регуляторы R24, R31 и R38 (от ручной регулировки яркости R44, R46 и R48 отказался), переключатель SA1, плата устройства, светодиодные ленты и произведен монтаж:

На базе представленной выше электрической схемы был собран второй вариант СДУ, работающей со светодиодными фонарями (ELECTRIC DELIGHT-812). Показывать схему второго варианта нет смысла – в нем работают такие же функциональные узлы, что и в первом варианте с некоторыми несущественными отличиями. Выход 0 дешифратора К561ИД1 управляет фонарем фоновой подсветки. Всего восемь фонарей – семь частотных каналов и один фоновый. Вместо трех регуляторов уровня сигнала на входах тональных декодеров применяется один для одновременной регулировки. Остальные два регулятора — для регулирования яркости фоновой подсветки в отсутствие сигнала и регулирование яркости рабочих каналов от уровня громкости. Схема управляет фонарями от китайской светодинамической установки «Огонек», о которой подробно рассказано в теме, опубликованной ранее. Плата размещена в фонаре фоновой подсветки:

Заключение:

В составе представленной схемы работают в основном типовые узлы, без которых, наверное, сегодня не обходятся СДУ, реализованные аппаратно. Поэтому, возможна доработка, модернизация или упрощение. Например, если применить микросхемы УМЗЧ с режимом «Shoot down» и выходной сигнал декодера подать на вход управления этим режимом, то надобность в микросхеме К561ЛН2 и транзисторах КП501А отпадет. Или, допустим, можно ограничиться управлением одной светодиодной лентой, которую размещают по периметру натяжного потолка. В этом случае дешифратор исключают, а токовые ключи подключают непосредственно к выходам компараторов:

Для использования в большом зале схему несложно переделать для управления софитами с мощными лампами накаливания.

Александр Борисов.

Автор публикации

не в сети 20 часов

Radan

0
Комментарии: 933Публикации: 179Регистрация: 30-11--0001
Поделиться

Отправить ответ

Пожалуйста, чтобы добавить комментарий.
Войти с помощью: 
  Подписаться  
Подписаться на