Схема световых эффектов на светодиодах: Автоматы световых эффектов

Автоматы световых эффектов « схемопедия

Об автоматах световых эффектов уже немало сказано и написано, здесь будет предпринята попытка систематизировать все возможные варианты.

Условно все автоматы световых эффектом можно разделить на два основных типа – «бегущие огни» и «цветомузыки».

«Бегущие огни» – это устройства, управляющие светоизлучающими приборами строго в соответствии с логикой своего построения. По схемотехническим решениям различаются как аппаратные и программные. Аппаратные автоматы, как правило, легко повторяемы из-за отсутствия дополнительного оборудования, но имеют существенный недостаток – чем больше эффектов автомат может выполнить, тем большее количество интегральных элементов использовалось. Программные автоматы достаточно просты, содержат не большое количество микросхем, при огромнейших возможностях по созданию эффектов, но требуют дополнительного оборудования – программатор, а иногда и компьютер. И программные, и аппаратные «бегущие огни» могут быть либо с ручным управлением, либо полные автоматы. В последнее время получили широкое распространение комбинированные автоматы из-за своей универсальности.

«Цветомузыки» – это автоматы световых эффектов целиком и полностью управляемый звуковым сигналом (как правило, музыкой). В подавляющем большинстве все «цветомузыки» построены на принципе разложения звукового сигнала на частотные составляющие и в зависимости от них «зажигают» тот, или иной светоизлучающий прибор. Некоторые, более сложные конструкции, имеют дополнительные выходы на каждый канал и помимо частотной составляющей отслеживают и ее уровень. Различают аналоговые (построенные с использованием только аналоговых элементов) и цифровые (на входе таких устройств стоят АЦП и дальнейшую обработку сигналов производят цифровые микросхемы, иногда даже процессоры).

Оба типа автоматов можно разгруппировать на низковольтные и высоковольтные. К низковольтным относятся те приборы, у которых напряжение нагрузки не превышает 42 В. С точки зрения безопасности – это идеальные приборы, но для освещения достаточно большого помещения сетевой трансформатор такого устройства будет иметь не приемлемые габариты, не говоря уже о требованиях к выходным каскадам. Высоковольтные автоматы лишены мощного сетевого трансформатора (как правило мощность трансформатора для питания устройства управления не превышает 20-30 Вт), т.к. в нагрузку подают напряжение питания сети 220 В. Количество и мощность ламп в каждом канале таких устройств, практически зависит от типа используемого выходного каскада.

Мультивибраторы

Рис. 1

Схема простейшего «автомата» световых эффектов изображена на рис. 1. Очень широкое распространение эта схема получила из за своей простоты и дешевизны, особенно в импортных переносных магнитолах. Это обычный мультивибратор, нагруженный на лампы накаливания или светодиоды. К достоинствам этой схемы можно отнести то, что она очень не критична к используемым деталям, напряжению питания и типу нагрузки.

В момент подачи напряжения питания на базы транзисторов через резисторы R1 и R2 подастся напряжение смещения и они начнут открываться. Один из транзисторов окажется открыт сильнее, чем другой, так как, пусть даже небольшой, но разброс по коэффициенту усиления у транзисторов есть.  Этого вполне достаточно, чтобы один транзистор открылся чуть сильнее другого. Допустим что сильнее открылся VT1, в этом случае на время заряда конденсатора С1 на базу VT2 не будет поступать положительное смещение создаваемое резистором R2 и он закроется. Лампа HL1 будет светиться, а HL2 – нет. Как только С1 зарядится на столько, что уже не сможет компенсировать подаваемое через R2 напряжение смещения, транзистор VT2 откроется и лампа HL2 загорится. В это же время с базы VT1 будет снято напряжение смещения заряжающимся конденсатором С2 и он закроется, лампа HL1 потухнет. На коллекторе VT1 создастся напряжение большее чем на базе VT2 и емкость С1 начнет разряжаться. После зарядки С2 откроется VT1 и естественно закроется VT2. Эти процессы будут повторятся пока на схему подано напряжение питания.

Время заряда конденсаторов сильно зависит от их емкости, сопротивления резисторов смещения, коэффициента усиления транзисторов и тока, протекающего через них, следовательно от этих параметров будет зависеть и частота мерцания ламп. Изменить частоту мерцания ламп можно повлияв на какой либо параметр, но наиболее приемлемый способ, это либо изменить номинал резисторов R1, R2, либо конденсаторов С1, С2. Если необходимо частоту мерцания регулировать оперативно, то можно в схему ввести регулировочный резистор R3. Введение в схему конденсатора С3 позволило исключить взаимное влияние открывающихся транзисторов (рис.2):

Рис. 2

На использовании изменения подаваемого напряжения смещения на базы транзисторов основана схема, изображенная на рисунке 3.

Рис. 3

Здесь в качестве переменного резистора используется транзистор, на базу которого подается напряжение зависимое от уровня входного сигнала. В качестве входного сигнала используется выходной сигнал усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Резистором R5 регулируется уровень входного сигнала, который детектируется диодами VD1, VD2 и емкостями С4, С5 (выпрямляется), и попадет на базу VT3. В зависимости от уровня сигнала транзистор VT3 будет открываться или закрываться. При достаточно большом уровне входного сигнала транзистор VT3 открыт до насыщения и на смещающие резисторы приложено, практически, напряжение питания, следовательно, что время зарядки конденсаторов увеличится, а частота мерцания уменьшится. Соответственно, что при отсутствии звукового сигнала, или его маленьком уровне, транзистор VT3 будет закрыт и на резисторы будет приложено гораздо меньшее напряжение, следовательно время зарядки емкостей уменьшится, а частота увеличится. Резистор R4 – токоограничивающий, он не позволяет схеме вносить дополнительные искажение в звуковой сигнал и предотвращает выход из строя детектора от перегрузки, когда движок резистора R5 находится в верхнем по схеме положении. R3 не позволяет мультивибратору «остановится» на момент отсутствия музыки.

Рис. 4

Немного систематизировать порядок мерцания позволяет схема трех фазного мультивибратора (рис.4). Принцип работы этой схемы такой же, как и у обычного мультивибратора, только каналов стало три и это позволило «огню» не мерцать, а двигаться, «бежать». Введение четвертого канала еще более увеличит эффект «бега», но тут уже сильно снижается устойчивость работы всей схемы и может потребоваться подбор транзисторов по коэффициенту усиления, номиналов резисторов и конденсаторов, а это в свою очередь увеличивает трудоемкость и стоимость устройства.

Транзисторы мультивибратора должны иметь ток коллектора в 3-4 раза больший, чем ток лампы накаливания, т.к. в момент подачи напряжения нить накала еще холодная и имеет сопротивление намного меньшее, чем в разогретом (светящемся) состоянии. При токах ламп более 0,5А целесообразно использование радиаторов для снятия тепла с корпусов транзисторов. Использование ламп накаливания с током более 1А не рекомендуется, лучше воспользоваться последовательно соединенными лампами на меньшее напряжение. Все номиналы указаны для соединенных последовательно 4 ламп на 2,5V  0,15А в цепи коллектора каждого транзистора и напряжении питания 10V. При увеличении тока нагрузки наверняка потребуется подбор номиналов конденсаторов С1, С2 и резисторов R1, R2.

В качестве источника питания можно использовать любой, даже нестабилизированный, источник питания. При выборе питающего напряжения лучше всего отталкиваться от имеющихся в наличии ламп, мощность же сетевого трансформатора должна быть равна мощности используемых ламп. При установке подобных конструкций в уже имеющуюся аудио аппаратуру, рекомендуется воспользоваться низкоточными лампами, для того, что бы взять питание со штатного сетевого трансформатора. Если частота мерцания не устраивает, то можно подобрать емкость конденсаторов, желательно, чтобы их номиналы были одинаковыми. В случае, когда будут использоваться мощные лампы (ток потребления более 0,3А), то рекомендуется установить транзисторы на теплоотводы и воспользоваться составними транзисторами (например КТ972), поскольку сильно увеличатся токи базовых переходов и потребуется установка конденсаторов больших емкостей (более 220мкФ).

Аппаратные «бегущие огни»

Для получения более эффектной свето иллюминации необходимо организовать работу минимум четырех каналов. Без использования цифровых интегральных компонентов решить эту задачу можно, но не оправдано возрастет трудоемкость, габариты и стоимость конструкции. Поэтому в качестве простейших будут рассмотрены автоматы уже с использованием микросхем.

Рис. 5

Практически любые аппаратные «бегущие огни» используют в своей основе работу последовательных регистров сдвига, последний выход которых подан на вход регистра. Таким образом записанная в регистр информация перемещается внутри регистра по кругу. Регистр можно организовать либо на D-триггерах, либо использовать уже готовый из набора используемой серии микросхем. И в ТТЛ, и в КМОП сериях можно выбрать не один регистр, идеально подходящий для создания «бегущих огней».

Рис. 6

Принципиальная схема простейшего автомата изображена на рисунке 5, чертеж печатной платы – на рис.6 (а – сторона проводников, б – деталей), расположение деталей – на рис. 7. На элементах DD2-DD4 построен регистр сдвига. Следует отметить, что D-триггеры, в силу своей конструктивной особенности, информацию на выходе меняют чуть позже, чем она в них записывается (время распространения), а поскольку практически все регистры построены на D-триггерах, их можно использовать для создания «кольцевого» перемещения информации.

Рис. 7

На элементах DD1.1 – DD1.4 собран задающий генератор, от рабочей частоты зависит скорость «бега огня». При подаче напряжения питания информация на входе DD1.1 не определенна, но по уровню она все же ближе к уровню лог. «0», следовательно на выходе этого элемента сформируется лог. «1». На выходе DD1.2 появится лог. «0» и через незаряженный конденсатор С1 еще больше приблизит напряжение на входе DD1.1 к уровню лог. «0». Однако на выходе DD1.3 будет присутствовать уровень лог. «1» и он через соединенные последовательно резисторы R1 и R2 начнет заряжать емкость С1. Напряжение на входе DD1.1 начнет медленно увеличиваться и когда оно приблизиться к уровню лог. «1» элемент DD1.1 на своем выходе изменит состояние на лог. «0». Это сформирует на выходе DD1.2 лог. «1» и емкость С1 начнет разряжаться. На выходе DD1.3 появится лог. «0», тем самым уменьшая время разряда емкости С1 и заряжая ее другой полярностью. На входе DD1.1 напряжение начнет уменьшаться и по достижению уровня близкого к уровню лог. «0» элемент DD1.1 изменит свое состояние на противоположное. Таким образом цикл зарядки/разрядки конденсатора С1 будет повторяться снова и снова. Из описания видно, что время зарядки/разрядки конденсатора зависит от величины сопротивлений R1 и R2,  и емкости этого конденсатора, следовательно чем больше будет сопротивление резисторов и емкость конденсатора, тем дольше будут длиться циклы, однако следует отметить, что чрезмерное уменьшение емкости С1 и увеличение сопротивлений R1 и R2 может привести к потере устойчивости в работе генератора, тоже будет, в случае увеличения емкости и уменьшения сопротивлений.

Если SA8 находится в разомкнутом состоянии, то на входе DD1.4 будет присутствовать уровень лог. «1», который разрешит работу этого элемента. Если же контакты SA8 замкнуть – уровень лог. «0» запретит работу элемента, и импульсы на его выходе перестанут формироваться.

Прямоугольные импульсы с выхода элемента DD1.4 подаются на входа «С» элементов DD2.1-DD4. 2 и с приходом каждого фронта импульса информация находящаяся на входах «D» будет появляться на выходах этих элементов. Под «фронтом» импульса подразумевается промежуток времени, в котором уровень сигнала изменяется от состояния лог. «0» в состояние лог. «1», под «спадом» будет подразумеваться промежуток времени, в котором уровень сигнала будет изменяться от состояния лог. «1» в состояние лог. «0».

Поскольку выхода предыдущих триггеров подключены на входа последующих, а выход последнего на вход первого, то информация с каждым фронтом тактового сигнала будет опускаться от верхнего, по схеме, элемента вниз. Дойдя до нижнего триггера, информация запишется в верхний триггер, и цикл повторится.

Кнопка SA7 служит для одновременной записи во все триггера лог. «0» (заведена на все входы принудительной установки лог. «0»), т.е. общего сброса информации. Для записи информации в триггеры необходимо, прежде всего, запретить смещение информации по получившемуся регистру, во избежания ошибок ввода. Для этого замыкают контакты SA8. Для записи уровней лог. «1» в каждый триггер предусмотрены индивидуальные кнопки SA1-SA6 для каждого триггера. После записи контакты SA8 размыкают, элемент DD1.4 разрешает проход на входа «С» триггеров тактовых импульсов и «огонь» начинает свой бесконечный «бег».

Построение автомата именно таким образом позволяет без особых усилий увеличивать количество каналов, что придает устройству некую универсальность: сколько требуется каналов – столько и возможно организовать.

В качестве силовых ключей можно использовать вариант, изображенный на рисунке 8.

Рис. 8

Этот вариант относится к низковольтным и в качестве ключа использует мощный, биполярный транзистор, на базу которого подается напряжение с эмиттерного повторителя. Введение эмиттерного повторителя обосновано тем, что выходные токи микросхем не очень велики, а для открытия мощного транзистора иногда требуется до 0,5-1А. Количество силовых ключей равно количеству выходов (каналов) устройства управления, в рассмотренном выше варианте это количество равно шести.

На транзисторах VT1, VT2 собран регулятор яркости свечения, которая регулируется резистором R1. Ток коллектора транзистора должен быть рассчитан на суммарный ток потребления всех каналов. Обязательное условие – VT1 установлен на теплоотвод, поскольку при токе нагрузке 1А и подаче на нагрузку половины 24 вольтового питания на нем будет выделятся, порядка 12V х 1А = 12W  тепловой энергии. Из этого следует, что использование подобного регулятора возможно при небольших токах нагрузки, в противном же случае от него лучше отказаться (потребуются слишком мощные транзисторы и огромные теплоотводы) .

При больших токах нагрузки, естественно потребуется установка силовых транзисторов на теплоотводы, и в случае горения ламп не в полный накал – уменьшение номинала резисторов R3, R4, Rn, Rn+1.

В качестве источника питания самих ламп можно использовать нестабилизированный источник на напряжение, чуть меньшее чем напряжение используемых ламп (примерно на 10-15%). Это несколько снизит яркость свечения, но увеличит срок эксплуатации гирлянд, поскольку при повышении сетевого напряжения запас не даст выйти из строя лампам слишком быстро.

Использование готовых регистров позволит существенно разнообразить работу автоматов, для примеров будет рассмотрено использование регистров К155ИР11 и К155ИР13.

Рис. 9

Принципиальная схема «бегущих огней» с использованием регистров К155ИР11 приведена на рис. 9, на рис. 10 (а – сторона проводников, б – деталей) и 11 чертеж печатной платы и расположение деталей.

Рис. 10

На элементах DD1.1-DD1.3 собран тактовый генератор, на DD2 и DD3 – счетчик делитель, разрешающий через определенное количество тактов изменить направление «бега огня» (определяется положением галетного переключателя SA1). У DD2 и DD3 несколько не стандартная схема включения, что позволило сделать чертеж печатной платы компактней.

Рис. 11

При подаче напряжения питания счетчики не обнуляются, поэтому их состояние может оказаться в любой комбинации. Допустим, что на 12 выводе DD2 в момент включение сформировался уровень лог. «0», а переключатель SA1 находится в верхнем по схеме положении. В этом случае «0» окажется и на входах S0 регистров DD4, DD5, а на входах S1 появится «1» с выхода DD1.4. При этой комбинации с приходом каждого фронта импульсов тактового генератора содержимое регистров будет смещаться от нижнего, по схеме, выхода вверх. С приходом каждого спада импульса тактового генератора счетчик увеличивает свое содержимое на единицу и через какое-то количество тактов на 12 выводе DD2 появится уровень лог. «1». Теперь на входе S0 будет «1», а на S1 – «0». При такой комбинации регистры будут сдвигать свое содержимое от верхнего выхода вниз. Через 8 тактов генератора на 12 выводе DD2 появится лог. «0» и регистры снова изменят направление движения «огня».

На диодах VD1-VD4 собраны два логических элемента «ИЛИ», позволяющих производить, путем смены положений контактов SA2, параллельную загрузку информации. Увеличение количества выходов позволяет создать большее количество эффектов, в тоже время увеличивается и количество органов управления. Для наглядности и исключения ошибок при вводе введены светодиоды VD5-VD13, которые устанавливаются на передней стенки корпуса прибора. Переключатели SA4-SA11 типа П2К с индивидуальной фиксацией, SA2, SA3 – любого типа.

Рис. 12

На рисунке 12 приведена принципиальная схема автомата на базе К155ИР13, на рисунке 13 и 14 – чертеж расположение печатных проводников и расположение деталей. Отличительная особенность этой схемы – отсутствие «клавиатуры» установки «эффекта», поскольку это происходит автоматически, по прошествию определенного количества тактовых импульсов, которое выбирается положением переключателем SA1.

Рис. 13

На элементах DD1.1-DD1.4 построен тактовый генератор, на DD2, DD3 – счетчик-делитель, определяющий через какое количество тактов необходимо произвести изменение направления «бега» и комбинации зажжённых -потушенных  светоизлучателей (эффекта). На DD4, DD5 выполнен формирователь самих эффектов. С приходом каждого спада на вывод 1 DD4 содержимое счетчиков увеличивается на единицу. С появлением фронта на этом выводе, а он соединен через конденсатор С2 в входом DD6.4, на этом входе кратковременно формируется «1». Допустим, что на выходах DD4 и DD5 установлено какое то двоичное число, следовательно, что логический элемент «ИЛИ», на диодах VD9-VD16, «пропустит» напряжение высокого уровня и на втором входе DD6.4 будет тоже лог. «1». При такой комбинации, когда на обоих входах элемента «И-НЕ» присутствует лог. «1», на его выходе сформируется лог. «0», который запретит работу элементов DD6.2 и DD6.3 и на их выходах появится уровень лог. «1». В этом случае на входах S0 и S1 микросхемы DD7 появляется комбинация, при которой регистр записывает информацию с параллельных входов и с появлением фронта на входе «С» он запишет состояние, в котором на данный момент находятся счетчики DD4 и DD5. Как только конденсатор С2 зарядится эта комбинация исчезнет и регистр с приходом каждого фронта  на вход «С» начнет сдвигать записанную в него информацию в ту или иную сторону (это уже определяется на каком из входов, S0 или S1 присутствует «0», а на каком «1»).

Рис. 14

На элементах DD6.1-DD6.4 собран формирователь «направление-запись». На диодах VD1-VD8 собран элемент логического «И». Как только счетчики DD4, DD5 «досчитают» до состояния, когда на всех их выходах присутствует лог. «1» на входах принудительной установки нулевого состояния появится лог. «1» и счетчики «обнуляться». При появлении на всех выходах DD4, DD5 уровня лог. «0» на входе DD6.4, через элемент логическое «ИЛИ» на диодах VD9-VD16, сформируется уровень лог. «0», который запретит работу элемента. Поскольку DD6.4 заблокирован, на входы разрешения параллельной записи разрешающий импульс проходить не будет и информация в регистре не изменится. Так будет продолжатся до тех пор пока хоть на одном из выходов DD4 или DD5 не появится уровень лог. «1». Принудительная установка нуля и блокировка при его появлении необходимы для исключения появлении в регистре комбинаций, при которых все лампы горят или все лампы потушены. Положением переключателя SA2 определяется, через какое количество тактовых импульсов «огонь» изменит направление «бега».

Поскольку предлагаемые устройства уже более- менее серьезны, то использование совместно с ними сетевых силовых ключей будет вполне оправдано.

При питании нагрузки сетевым напряжением, в качестве силовых ключей очень часто используются тиристоры или симисторы. Их использование серьезно облегчает повторяемость схемы, но влечет две существенных проблемы: при использовании нагрузки, не превышающей даже 100W, в звуковоспроизводящем тракте аудио аппаратуры достаточно хорошо прослушиваются коммутационные помехи, создаваемые открывающимися тиристорами или симисторами; для безопасной эксплуатации требуется введение гальванической «развязки» от сети питания 220V.

Рис. 15

Решая первую проблему, практически на всех, автоматах световых эффектов с тиристорными-симисторными выходами на входе устройства устанавливают фильтр. Для увеличения эффективности подавления помех, как правило, фильтр имеет «Г» или «Т» построение и состоит из L-C элементов (рисунок 15). Индуктивность для фильтра, при суммарной мощности нагрузки до 1 кВт, можно изготовить на ферритовом сердечнике типоразмера К42 х 25 х 11  проницаемостью 2000 порядка 30-40 витков проводом ПЭВ-2, диаметром 1,4-1,6мм на каждую полуобмотку. Подобное включение обмоток дросселя позволяет серьезно уменьшит габариты, при той же эффективности, поскольку встречное включение обмоток, за счет взаимной компенсации магнитных полей, сильно ослабляет импульсные помехи. Обмотки, для увеличения надежности, лучше расположить по разные стороны кольца, что исключит возможность короткого замыкания, в случае нарушение изоляции провода. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400V, а емкость, можно суммарная соединенных параллельно конденсаторов, 2-4мкФ. При больших мощностях нагрузки можно сложить вместе два кольца того же типоразмера и намотать такое же количество витков, но диаметр провода должен быть не менее 1,7мм.

Кроме того, тиристоры требуют, если необходимо свечение излучателей в полный накал, введение диодного моста, поскольку тиристор не в состоянии пропускать обе полуволны сетевого напряжения. При больших нагрузках, например 4 канала по 200 Вт суммарный ток, приблизительно, составит 4 А, но это ток потребляемый лампами в светящемся состоянии, а в момент подачи напряжения питания лампа накаливания потребляет в 3-5 раз больше. Следовательно, 3А умножается на 5 и, для надежности, к получившимся 15 амперам добавляется еще 25-35%. Полученная величина  (20 А), это и есть ток, на который должен быть рассчитан диодный мост, и использование популярных выпрямительных диодов (типа Д242) становится практически невозможно.

Рис. 16

На рис. 16 приведена схема линейки тиристорных ключей для «бегущих огней» без гальванической развязки. Здесь входной сигнал поступает непосредственно на усилители тока, так как выходного тока интегральных микросхем недостаточно для открытия тиристоров. Через токоограничивающие резисторы R1-Rn+1 напряжения высокого уровня попадают на базы обратных транзисторов VT1-VTn+1 (количество ключей не указано преднамеренно, поскольку оно может колебаться в широких пределах, и соответствует требуемому количеству каналов в каждом индивидуальном случае) и открывают их. Протекая через их переходы коллектор-эмиттер, ток открывает соответствующие транзисторы VT2-VTx+1, а они создают требуемые для открытия тиристоров токи на управляющих электродах. Использование двух транзисторных формирователей позволило сделать ключи универсальными, и брать питание для них до стабилизатора напряжения, что в свою очередь сильно облегчило его работу. Универсальность же заключается в том, что тиристоры могут быть практически любого типа, т.е. очень мощные, а ведь для мощных тиристоров требуются гораздо большие токи открывания. Открывающий ток тиристоров можно регулировать либо величиной напряжения питания, либо номиналом токоограничивающих резисторов R2-Rx+1. Например, при использовании тиристоров Т112-16-6 и напряжении питания Uип равным 10V, номинал резисторов R4, R8, … Rn, Rn+1 составил 620 Ом. Использовать тиристоры типа КУ201, КУ202 можно, но в последнее время их качество оставляет желать лучшего. Поэтому лучше воспользоваться промышленными тиристорами серии «Т112», «Т116», что в свою очередь позволяет серьезно сэкономить на габаритах и не ограничиваться на мощности нагрузки, поскольку, в зависимости от типа, можно выбрать тиристоры с номинальным током от 10 до 25 ампер.

Диодный мост для подобных ключей лучше использовать тоже на промышленных диодах, типа «Д132», «Д142» и т.д. Естественно, что при мощностях нагрузки более 100 Вт на канал требуется установить тиристоры и диоды на теплоотводы, причем площадь теплоотвода для диодов должна быть много больше площади теплоотвода для тиристора, поскольку через них течет суммарный ток.

Для гальванической развязки устройства управления и сетевого напряжения, как правило, используют или оптронную «развязку», или трансформаторную. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки, при использовании оптронов приходится серьезно потратиться – они не дешевы, при использовании трансформаторов требуется много времени на их изготовление. «Развязку», как правило, производят либо на входе устройства, либо непосредственно перед силовыми ключами. Первый вариант наиболее приемлем для «цветомузык», поскольку на входе имеется сигнал в виде переменного напряжения. Для «бегущих огней» от гальванической «развязки» можно отказаться вообще, но только в случае использования тиристорных силовых ключей и изоляционных элементов управления работой автомата (переключатели, ручки регуляторов скорости «бега»  и т. д.).

При использовании симисторных выходов наиболее предпочтительна трансформаторная «развязка» непосредственно перед ключами, поскольку нагрузка питается переменным напряжением и естественно на управляющий электрод симистора требуется подавать переменное напряжение, для того чтобы он пропускал обе полуволны напряжения питания.

Рис. 17

На рис. 17 приведена схема выходных ключей с использованием симисторов с трансформаторной гальванической «развязкой». На транзисторах VT1-VT2 выполнен задающий генератор, на транзисторе VT3 – усилитель мощности. Принцип работы подобных генераторов подробно описан в главе «Регуляторы», поэтому на этом внимание заостряться не будет. Номиналы генератора подобраны таким образом, чтобы его частота составляла 28-34 кГц, что собственно и позволяет уменьшить размеры «развязывающих» трансформаторов. Сигналы с платы управления открывают тот или иной транзистор из линейки VT4-VTn+1 и тем самым «подключают» второй, нижний по схеме, вывод первичной обмотки трансформатора к общему проводу. Поскольку напряжение пульсирующее, то во вторичных обмотках трансформаторов начинает наводиться напряжение, которое, пройдя через токоограничивающий резистор, открывает соответствующий симистор. Подобное решение позволяет избавиться от мощного диодного моста и серьезно снизить габариты за счет установки всех симисторов на один общий теплоотвод.

В качестве магнитопровода можно использовать сердечник от любого, вышедшего из строя, телевизионного «ТМС». Причем одного сердечника хватает для изготовления 2-х трансформаторов. Для этого необходимо вытащить сердечник из пластмассовой оправки, откусив бокорезами верхнюю «шляпку» «ТМС». Затем треугольным надфилем, посередине длины сердечника, делается пропил на глубину 2-3мм и сердечник на месте пропила «перекусывается» бокорезами. Затем на сердечник наматывается два слоя бумаги, с использованием клея, и наматывается, в навал, равномерно распределяя витки, первичная обмотка. Она содержит 400 витков провода ПЭВ-2, диаметром 0,1мм. После этого делается еще одна двухслойная бумажная «прослойка» и наматывается вторичная обмотка, тем же проводом, но сложенным вдвое. Количество витков вторичной обмотки – 250. Номинал токоограничивающих резисторов (R10) возможно, придется подобрать, особенно при использовании мощных симисторов, в оригинале же это были резисторы МЛТ-0,5 30 Ом, использовались симисторы типа «ТС122-25-8» и мощность нагрузки составляла 300 Вт на канал.

Подобный трансформатор можно изготовить и на других сердечниках, например на одинаковой длины (15-20 мм) кусочках круглого ферритового стержня магнитной антенны радиоприемника. Количество витков можно оставить таким же. Следует так же отметить, что количество витков никаким образом не рассчитывалось, а наматывалось «на глаз», однако даже при питании линейки транзисторов напряжением 15 вольт повышения температуры коммутирующих транзисторов не наблюдалось. Снижение же КПД подобных трансформаторов из-за «лишних» витков, при более низком напряжении питания на функциональности самого устройства никак не сказалось.

Рис. 18

Для максимального подавления помех, при очень больших нагрузках, используют дополнительные, следящие формирователи, которые разрешают открытие силовых ключей только в момент перехода синусоиды питающего напряжение через ноль. Такой узел ввести можно и в предлагаемую схему, воспользовавшись оптроном, например, АОТ127 (рисунок 18). Пока сетевое напряжение имеет достаточное напряжение светодиод оптрона светится и фототранзистор шунтирует базу транзистора VT1, тем самым запрещая работу генератора. Как только напряжение снизится настолько, что транзистор оптрона закроется, генератор начнет вырабатывать импульсы и соответствующие симисторы будут открыты.

Рис. 19

Иногда возникает необходимость регулировки яркости свечения гирлянд, для этого можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 19. Эта схема одинаково эффективно может использоваться и с тиристорами, и с симисторами. По сути это регулятор мощности, «отсекающий» часть полуволны синусоиды напряжения питания (рисунок 20).

Рис. 20

Принцип его работы основан на задержке открывания симистора VS1 на некоторое время, что уменьшает действующее значение приложенного напряжения и уменьшает яркость свечения излучателей. Время задержки определяется номиналами конденсаторов С1, С2 и резисторов R3, R4. На VS1 собран аналог динистора и как только С1 зарядится до напряжения стабилизации стабилитрона VD5, он открывается и накопленную в С1 энергию подает на управляющий электрод симистора VS1. Диоды VD1-VD4 служат диодным мостом для «динистора», поскольку регулировать задержку открытия симистора надо при обоих полуволнах переменного напряжения питания. Резистором R3 регулируется время заряда С1, а значит время задержки открытия VS1, следовательно что от положения его движка будет зависеть величина действующего значения поданного на нагрузку напряжения, или, другими словами – яркость свечения светоизлучателей. Остается только добавить, что номинальный ток симистора VS1 должен быть рассчитан на суммарный ток всех каналов и что подобный регулятор создает очень сильные сетевые помехи, поэтому настоятельно рекомендуется использовать на входе подобного варианта фильтр питания.

Рис. 21

В качестве источников питания и первого, и второго устройства можно использовать схему, приведенную на рис. 21. Мощность сетевого трансформатора должна быть не менее 10 Вт, выходное переменное напряжение должно составлять 8-9 В. Конденсатор С1 на напряжение не ниже 16 вольт, С2 – 6,3 В. Емкость обоих конденсаторов составляет 330-470 мкФ. Интегральный стабилизатор DA1 – КРЕН5А (LM7805) установлен на теплоотвод, выполненный из алюминиевой полосы толщиной 1-1,5 мм и размерами 30 х 60 мм. При большем напряжении вторичной обмотки сетевого трансформатора площадь теплоотвода DA1 необходимо увеличить, однако превышение переменного напряжения более 12 В может вызвать слишком большое выделение тепла на DA1 и вызвать тепловой пробой стабилизатора. В качестве выпрямительных диодов можно использовать КД209 (1N4007, FR157 или любые другие, рассчитанные на ток не менее 0,5 ампера). Выключатель SA1 – типа ПКН, предохранитель – 0,25 А, при условии, что на силовые ключи будет установлен отдельные предохранители, на каждый канал индивидуально. Ток этих предохранителей должен составлять 50% от максимального тока, на который рассчитаны используемые силовые ключи (тиристоры или симисторы).

Прежде чем приступить к описанию программных автоматов световых эффектов следует, хотя бы поверхностно ознакомится с принципами составления самых программ. Для этого необходимо знать, в каком виде эти программы составляются, и как примерно это делается.

При составлении программ следует учитывать, что самый верхний разряд счетчика, дешифратора и т.д. является самым младшим. Однако написание программ в двоичной системе счисления, в которой собственно и работает цифровая техника, весьма затруднительно, поскольку имея, например, 8 разрядов какой либо микросхемы информация может находиться в любой из 256 комбинации и в двоичной системе счисления иметь вид от «00000000» до «11111111». Во-первых это уже восьми разрядное число и запомнить любую промежуточную комбинацию весьма затруднительно, во-вторых подобные наборы двоичных чисел занимают много места при очень маленькой информативности. Именно поэтому для написания программ пользуются шестнадцатеричной системой счисления. Использование  этой системы счисления позволило существенно уменьшить количество разрядов в числе и в этом отношении она даже «экономнее» десятичной, общечеловеческой, системой счисления. Описывая состояние на тех же 8 разрядах информация может иметь вид от «00» до «FF», последнее и означает число 255 (в цифровой технике принято за первую цифру считать цифру «0»). Конечно, шестнадцатеричная система счисления немного трудновата в понимании, но немного освоившись и привыкнув, написание программ для подобного рода устройств не составит большого труда.  Для наглядности в таблицу 1 сведено соответствие десятичных, двоичных и шестнадцатеричных чисел для первых четырех разрядов.

В случае, когда разрядов более 4, то младшая «четверка» пишется справа, а старшая – слева. Если общее количество разрядов не кратно четырем, то недостающие разряды понимаются условно, как будто они есть. Например, разрядов 6, то максимальное число в двоичном виде будет иметь вид «11 1111», где первые 2 единицы показывают состояние на старших разрядах, а остальные – на младших (самый младший разряд располагается справа). В шестнадцатеричном виде это же число будет иметь вид  «3F». Для более удобного понимания подобные коды компонуются парами, в случаях, когда требуется описать состояние более восьми разрядов.

Программные «бегущие огни» строятся на базе оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) или постоянных запоминающих устройств (ПЗУ).

Построение подобных устройств на ОЗУ позволяет в любой момент времени изменить иллюминацию, но такие устройства требуют после каждого включения записывать все эффекты снова, а при больших объемах ОЗУ это занимает очень много времени. Собственно по этой причине подобные устройства не так популярны. Содержимое ПЗУ записывается один раз и на протяжении всего времени эксплуатации не меняется, а поскольку современная элементная база позволяет применять ПЗУ очень больших объемов, то недостаток эффектов практически не замечается.

Для начала будут рассмотрены принципы простейшего автомата на базе перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ), с использованием микросхемы К573РФ2 (РФ5).

Рис. 22

Как правило, подобные автоматы содержат тактовый генератор, набор счетчиков с количеством разрядов, равным количеству адресных входов микросхемы ППЗУ, и собственно само ППЗУ. После ППЗУ обычно идут силовые ключи, но об этом чуть позже. Принципиальная схема приведена на рисунке 22, на рисунке 23 – чертеж печатной платы (а – сторона печатных проводник, б- сторона деталей), на рисунке 24 – расположение деталей.

Рис. 23

Рис. 24

На микросхеме DD1 собран тактовый генератор (R1 регулирует скорость «бега»), на DD2, DD3 счетчик, DD4 – ППЗУ. Тактовые импульсы с генератора поступают на вход ЕС DD2.1 и с приходом каждого спада (перехода от состояния лог. «1» в состояние лог. «0») содержимое счетчика увеличивается на единицу. Выхода счетчика заведены на первые четыре адресных разряда ППЗУ, в которое записана программа. Тут необходимо сделать небольшое отступление и подробней рассмотреть методы составления программ для подобных устройств.

ППЗУ К573РФ2 имеет 10 адресных разрядов и 8 разрядов данных. Это означает, что у микросхемы имеется 10 входов, от комбинации лог. «0» и лог. «1» на которых зависит, что именно будет на ее выходах, а поскольку коды компонуются парами и входов более 8, то комбинация на входах может иметь вид от «00 00» до «07 FF»(2048 комбинаций). Поскольку выходов 8 (один выход – бит, 8 бит –1 байт), то записанная информация может иметь вид от «00» до «FF». Таким образом, составив грамотно программу для ППЗУ  и подав на адресные входы выхода считающего тактовые импульсы счетчика, можно заставить информацию на выходах ППЗУ меняться  в последовательности, которая создаст эффект работы регистра, т.е. перемещения ее от младшего разряда к старшему. Тут следует отметить, что подобная программа будет самой примитивной из того, что можно записать  в ППЗУ, поскольку имея 8 выходов можно «зажигать» любой из них в любой последовательности, тем самым создавая самые разнообразные эффекты.

Собственно по этому принципу и построена предлагаемая схема. Счетчик на DD2, DD3 считает импульсы с генератора и постоянно увеличивает свое содержимое. Выхода счетчика поданы на адресные входа ППЗУ, причем 5-й и 7-й разряды не используются вообще, а для продолжения информация снимается с 6-го или 8-го разрядов (переключатель SA1). Это позволяет через каждые 16 тактов информации, записанной в ППЗУ, повторится, что и будет повтором «эффекта». Это сделано для увеличения зрительного восприятия. Остается лишь добавить, что эта схема управления обеспечивает статическую индикацию, т.е. в любой момент времени может быть включено все восемь светоизлучающих прибора.

О том, как быстро составлять программы для подобных схем, впрочем, как и о программаторах, здесь упоминаться не будет, для начинающих это тяжеловато, им предлагается вариант «прошивки» ППЗУ, опытным же радиолюбителям в конце книги предложен список литературы.

Объем ППЗУ РФ2 не очень велик, но они имеют вход выбора разрешения работы, позволяющий несложными действиями «параллелить» несколько микросхем, тем самым увеличивая объем информации. Для этого можно напаять, прямо друг на друга несколько корпусов ППЗУ и подавая на 20-й вывод лог. «0» разрешить работу тому или иному корпусу ППЗУ. При наличии лог. «1» на 20-ом выводе микросхема переходит в «третье» состояние, при котором ее выхода находятся в «обрывном» состоянии и находящаяся на них информация с других источников никак не искажается. Тут следует оговориться, что предлагаемые схемы основаны на К573РФ2 (РФ5), имеющих объем 2048 байт, однако можно использовать микросхемы с большими объемами, например К573РФ4 (РФ6) имеет объем 8192 байта,  а К573РФ8 – 32768 байт. Использование именно РФ2 объясняется их большой популярностью и отсутствием дефицита этих микросхем.

В качестве силовых ключей можно использовать ключи любого типа из описанных выше или ключи описанные далее.

Поскольку информация может изменяться на выходах в произвольном, необходимом программисту порядке, то, добавив несколько микросхем, стало возможным построение устройства управления 64 индикаторами, причем силовых ключей всего 16. Подобные характеристики стали возможны при динамической индикации, т.е. свечение всех 64 ламп лишь только кажется, а в любой момент времени горит не более 8 ламп. Поскольку зажигание той или иной восьмерки ламп происходит довольно быстро и регулярно, то благодаря инерционности спиралей ламп накаливания и человеческого глаза складывается впечатление полноценного свечения всех индикаторов.

Рис. 25

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 25, на рисунке 26 – чертеж печатной платы (а – сторона печатных проводник, б – сторона деталей), на рисунке 27 – расположение деталей (на схеме не показан электролитический конденсатор, установленный по питанию – 100,0мкФ х 6,3В). На элементах DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 собраны 2 генератора. Первый служит для создания необходимого разноса во времени разрешения свечения, второй тактовый и определяет скорость «бега».

Рис. 26

Рис. 27

Для наибольшей ясности примем схему выходных каскадов, приведенную на рисунке 28, а расположение индикаторов в виде квадрата 8 х 8 лампочек (рисунок 29) и пронумеруем столбцы латинскими буквами от «A» до «H», а строки цифрами от «1» до «8» (как в «морском бое»). Теперь запишем первые коды программы в виде «01 02 04 08 10 20 40 80» (приведенный фрагмент не более как пример для рассмотрения принципа работы устройства).

Рис. 28

На микросхемах DD2.2-DD4 собран 20 разрядный счетчик, причем первые 3 разряда элемента DD2.1 используются для дешифратора DD6, который осуществляет выбор столбцов матрицы. С каждым спадом тактового импульса содержимое счетчика DD2.1 увеличивается на единицу, следовательно на выходах дешифратора DD6 происходит передвижение лог. «1» от нулевого выхода до седьмого (поскольку четвертый разряд входов дешифрации соединен с общим проводом). Эта «плавающая» единица, усиленная по току транзисторами VT1, открывает тот или иной силовой транзистор, VT2, разрешения свечения столбца (поскольку элементы каждого столбца аналогичны друг другу, то описываться будет первый столбец и первая строка). Теперь если на базу, через токоограничивающий резистор, например VT3 подать открывающую лог. «1» он откроется, тем самым, открывая VT4. Поскольку транзисторы VT2 открываются поочередно в каждом столбце, то сначала загорится лампа «A1», затем лампа «B1» и т.д. пока не загорится лампа «h2» и цикл не начнет повторяться. В связи с тем, что открытие транзисторов VT2 происходит сравнительно быстро (тактовая частота генератора на DD1.1, DD1.2 составляет 300-500Гц), то естественно, что поочередное зажигание ламп не будет видимо, а появится ощущение их равномерного свечения. Теперь допустим, что генератор на DD1.3, DD1.4 остановлен, а на все, кроме первых трех, адресные входа DD5 подан лог. «0». Выше было оговорено, что первые коды программы имеют вид «01 02 04 08 10 20 40 80», следовательно, что при ситуации, когда на выходах счетчика DD2.1 будут все лог. «0», то согласно программе на самом верхнем выходе DD5 появится лог. «1». В тоже время транзистор VT2 будет открыт, благодаря лог. «1» на нулевом выходе DD6 (вывод 3) и лампа «А1» засветится. С приходом следующего спада содержимое счетчика увеличится на единицу и изменит состояние на адресных входах DD5  на следующую по порядку. Это повлечет появление лог. «1» на втором выходе данных, откроется транзистор VT4 следующей строки, на DD6 тоже изменится состояние, теперь лог. «1» будет на первом выходе дешифратора, что в свою очередь откроет транзистор VT2 следующего столбца. В этой ситуации будет зажжена лампа «В2». С приходом следующего спада тактового импульса снова адресная информация увеличится на единицу, соответственно на втором выходе (вывод 2) DD6 появится лог. «1» и теперь уже будет светится лампа «С3». Так будет происходить пока не загорится лампа «Н8», а поскольку тактовая частота высокая, то видимая картина матрице будет выглядеть диагональной линией, идущей от левого верхнего угла до правого нижнего (рисунок 29).

Рис. 29

Из выше сказанного следует, что для получения какой либо «картинки» программа должна содержать последовательность из восьми шагов, которые собственно и образуют «картинку». Смена же самих «картинок» и будет составлять эффект «бега огня», и направления его движения возможно уже в двух плоскостях, т. е. помимо традиционных «влево-вправо» появилась возможность его перемещения и «вверх-вниз», а так же комбинированного движения по диагоналям, периметру и т.д. Скорость смены «картинок» зависит от частоты генератора на DD1.3, DD1.4.

Положением переключателя SA1 определяется через сколько повторов сменится набор «картинок», последний же счетчик DD4.2, совместно с дешифратором DD5 образуют управление выбора корпуса ППЗУ. Использование нескольких ППЗУ позволяет существенно увеличить набор эффектов, но и требует не мало усидчивости при программировании, поэтому увеличивать объем памяти можно постепенно, уже эксплуатируя готовое устройство. Если одной микросхемы достаточно, то DD5 и следующие за ним инверторы на транзисторах VT1-VT4 можно не запаивать в плату вообще.

Рис. 30

Лампы можно расположить и в виде восьми конечной звезды, в этом случае столбцы лучше сделать лучами, пример приведен на рисунке 30. Единственно, что надо будет учесть, что построение программ несколько изменится, поскольку зрительное восприятие одного и того же эффекта для матрицы и звезды весьма разнятся. Для примера, если на матрице создать эффект поднятия горизонтальной линии вверх, то для звезды это будет выглядеть как движение «огня» от центра к краям.

Поскольку питание на лампы подается кратковременно, то, несмотря на ровность свечения, они гореть будут не на полную яркость, поэтому при выборе ламп и напряжения питания следует использовать лампы минимум в 2 раза меньшие, чем напряжение питания (при напряжении питания силовой части 24V нужно использовать лампы на 12V). Переживать за их исправность не стоит – действующее значение подаваемого напряжения составляет 1/8 от напряжения питания, поэтому они все равно гореть в полную «мощность» не будут.

При выборе источника питания, в частности силового трансформатора, его мощность определяется суммарной мощностью 16-ти используемых ламп (одновременно будет светиться не более 8-ми ламп, но работают они в импульсном режиме, следовательно потребляют намного больше). Тип используемых транзисторов тоже зависит от типа ламп и ток коллектора транзисторов должен быть в 4-5 раз большим, чем номинальный ток одной лампы для управления строками (VT3) и в 35-40 раз больший номинального тока лампы для транзисторов управления столбцами (VT1). Учитывая то, что возможна комбинация, когда все лампы столбца светятся, через коллектор транзистора управляющего столбцами протекает ток всех 8-ми ламп + требуемый запас на холодную нить накаливания.

При необходимости использования большого количества ламп лучше воспользоваться лампами на меньшее напряжение, которые соединить последовательно, например, использовать лампы на 2,5 В- 0,15 А. При последовательном соединении 4 ламп этого типа напряжение питания матрицы должно составлять 20-22 В. Для этого варианта в качестве VT1 лучше использовать КТ819 в пластмассовом корпусе, в качестве VT3 – КТ973.

Если требуется регулировать яркость свечения ламп матрицы можно изменять напряжение ее питания, регулируя величину Uип. Для этого можно использовать схему параметрического регулятора, приведенного на рисунке 8.

Поскольку при динамической индикации требуется быстрое открытие-закрытие силовых ключей, то использование тиристороно-симисторных ключей для коммутации сетевого напряжения становится невозможным. Однако современная элементная база позволяет использовать высоковольтные полевые транзисторы с хорошими частотными и токовыми характеристиками. В качестве примера будут рассмотрены 2 варианта построения силовых ключей с использованием транзисторов КП707.

Принципиальная схема силовых ключей для обычного, статического, автомата световых эффектов приведена на рис. 31.

Рис. 31

На микросхеме DD1 собран генератор с регулируемой скважностью, который открывает-закрывает транзистор VT1. Если VT1, то на 1-й вывод оптрона подается напряжение питание и если транзистор VT3 открыт, светодиод оптрона загорится и откроет фототранзистор. Как только это произойдет, на затвор VT5 будет подано стабилизированное транзистором VT2 напряжение. В этой ситуации транзистор VT5 откроется и лампа HL1 загорится. Регулируя длительность импульсов с генератора на DD1 можно производить регулировку яркости свечения ламп.

При выборе ламп следует иметь ввиду, что подводимое к ним напряжение является постоянным и имеет величину порядка 280-300 В. Поэтому рабочее напряжение ламп должно быть порядка 230-240 В (обычно рабочее напряжение написано на торце стеклянной колбы или на цоколе) если лампы сетевые. Если в качестве нагрузки будет использоваться гирлянда, то суммарное напряжение всех, последовательно соединенных, ламп должно быть равным 270-290 В. Следует так же учесть, что мощность нагрузки и том, и в другом случае не должна превышать 200-220 Вт, а транзисторы следует закрепить на теплоотвод. Площадь теплоотвода зависит от мощности нагрузки и при ее величине в 200 Вт на канал можно воспользоваться радиаторами от 30-50 Ваттного усилителя мощности звуковой частоты (по 4 транзистора на один радиатор через слюдяную прокладку). Транзистор VT2 тоже требуется установить на тепл

Схема цветомузыки на RGB-светодиодной ленте

Цветомузыка на RGB-светодиодах

Пик популярности цветомузыкальных установок приходится на 80-е годы прошлого века. Сейчас о них как-то почти позабыли. И все же, время не стоит на месте, и есть новые технологии, способные оживить «цветомузыку» в новом виде. Вот, например, трехцветные светодиодные RGB-ленты или гирлянды, они могут быть значительной длины и работать даже как осветительный прибор. Только, управляются они обычно по программе, как ёлочные гирлянды или реклама, ну или можно менять с их помощью цвет освещения в помещении. А если все это будет завязано на музыку? Представьте, экран ЦМУ размером с потолок! Но для этого нужно соответствующее устройство управления.

На рисунке показана экспериментальная схема ЦМУ, работающая с RGB-свето-диодной лентой или гирляндой. Все как у «типовой» ЦМУ, — три частотных канала, три выходных ключа, к которым соответственно подключены три цвета RGB-светодиодной ленты (или гирлянды).
Схема полосовых фильтров выполнена на микросхемах LM567.

Микросхемы LM567 являются тональными декодерами с ФАПЧ, они предназначены для работы в системах управления с частотным кодирование и представляют собой активные фильтры с очень узкой полосой захвата ФАПЧ. В данном случае, чтобы перекрыть весь звуковой диапазон хотя бы от 50 Гц до 12000 Гц на три полосы нужно расширить полосы захвата ФАПЧ микросхем. Полоса захвата ФАПЧ ИМС LM567 зависит от конденсатора на выводе 2, чем его емкость больше, тем уже полоса. Обычно там несколько мкФ, но здесь емкости этих конденсаторов уменьшены до 0,047 мкФ, в результате полоса захвата очень расширилась, и стала достаточной для использования микросхем LM567 в качестве фильтров в цветомузыкальной установке.

Диапазон входного напряжения ЗЧ на входе ИМС LM567 — 20-200 мВ, при частоте, соответствующей полосе настройки фильтра происходит захват. Если частота входного сигнала лежит в пределах полосы на выходе ИМС LM567 открывается ключ, между выводом 8 и общим минусом питания.

Входной сигнал поступает на разъем Х1, номинальная величина входного напряжения ЗЧ должна быть в районе 100-300 мВ. Это напряжение поступает на три регулятора на переменных резисторах R1, R6, R11. Этими переменными резисторами в процессе работы устройства устанавливаются оптимальные уровни ЗЧ сигналов по частотным каналам, конкретно для каждого случая воспроизведения, так чтобы получить желаемый эффект.

Значения средних частот полос устанавливаются RC-цепями, подключенными между выводами 5 и 6 микросхем LM567. Подсчитать их можно по формуле:

F = 1/ (1,1*R*C)

Соответственно, центральные частоты выбраны 150 Гц, 900 Гц, и 9000 Гц. При желании, пользуясь вышеуказанной формулой можно выбрать другие центральные частоты полос. При этом можно подбирать не только конденсаторы, но и резисторы (включенные между выводами 5 и 6 ИМС LM567).

Рассмотрим работу на примере низкочастотного канала на А1. Пока сигнала частотой в полосе частот фильтра нет, либо его уровень мал, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логической единицы (выходной ключ закрыт, выход подтянут к плюсу питания через резистор R2). На элементах D1.1-D1.2 выполнен триггер Шмитта, его выходом является выход элемента D1.1, поэтому когда на выходе А1 единица, на выходе D1.1 имеется логический ноль. Ключ на полевом мощном транзисторе VT1 закрыт и питание на R-часть светодиодной RGB-ленты не поступает.
Если на входе А1 есть напряжение ЗЧ с частотой в полосе частот фильтра, и его уровень достаточен для захвата, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логического нуля (выходной ключ открыт). На выходе D1.1 при этом — логическая единица. Транзистор VT1 открывается и включает питание R-части светодиодной RGB-ленты.

Аналогично работают и два других канала, среднечастотный на А2 и высокочастотный на А3, разница только в частоте входного напряжения ЗЧ.

В принципе, затворы полевых ключевых транзисторов можно и непосредственно подключить к выходам LM567, но, во-первых, схема будет работать наоброт, то есть, когда сигнала нет светодиодная лента будет гореть, а когда есть, — гаснуть. И во-вторых, транзисторы будут перегреваться, потому что будет затянут во времени процесс их открывания, и существенное время они будут находиться в среднем состоянии, когда на канале падает значительное напряжение, и мощность. Триггер Шмитта устраняет эти проблемы.
Монтаж выполнен на макетной плате.

Снегирев И.
Источник: Журнал Радиоконструктор №1-2016