Упражнение 10. Возвращаем молодость кожеНормализуем работу кровеносной системы....
Устройство подключается к выходу УМЗЧ и позволяет визуально контролировать его работу, отображая на светодиодных столбиках уровень выходного напряжения.
Индикатор двухканальный, по 9 светодиодов на канал.
Шаг шкалы 3дБ. Диапазон измерения около 50дБ, разбит на три поддиапазона.
Напряжение питания 5В, потребляемый ток не более 30мА.
Сигнал левого (правого) канала через контакты розетки XS1, делитель R1, R3 (R2, R4), выпрямитель VD1, C1 (VD2, C2) поступает на аналоговый вход AN0 (AN1) микроконтроллера D1, который осуществляет аналого-цифровое преобразование сигнала и динамическую индикацию.
Стабилитроны VD3, VD4 защищают входы контроллера от повышенного напряжения.
На микросхеме D2 выполнен источник опорного напряжения +2.5В для АЦП.
Две шкалы по 9 светодиодов образованы двухцветными диодами VD6-VD23.
Светодиод VD5 – индикатор питания и выбранного диапазона.
Кнопка SB1 без фиксации. Кратковременным нажатием кнопки переключается диапазон измерения, удерживая кнопку переключается направление шкал (слева направо или справа налево). При отключении питания настройка сохраняется в памяти МК.
От сопротивления резисторов R5, R6 зависит инерционность индикаторов.
Входной делитель R1, R3 (R2, R4) подобран под усилитель 2х30Вт.
Все детали можно заменить на аналогичные. Стабилитроны VD3, VD4 могут быть на напряжение 2.7-4.7В. Программа микроконтроллера написана на си и легко может быть адаптирована под другой контроллер.
Индикатор собран в стандартном корпусе 120х60х30мм, частично на кусочках макетной платы, частично навесным монтажом. МК распаян на переходной плате.
Изготовляя свой усилитель мною было твердо решено сделать по 8-10 ячеечному светодиодному индикатору выходной мощности на каждый канал(4 канала). Схем подобных индикаторов полным-полно, нужно только выбрать под свои параметры. На данный момент выбор чипов, на которых можно собрать индикатор выходной мощности УНЧ, очень большой, ну вот например: КА2283, LB1412, LM3915 и т.п. Что может быть проще чем купить такой чип и собрать схему индикатора) Я в свое время пошел немножко другим путем...
Предисловие
На изготовление индикаторов выходной мощности для своего УНЧ я выбрал схему на транзисторах. Вы спросите: а почему не на микросхемах? - постараюсь объяснить плюсы и минусы.
Из плюсов можно отметить то, что собирая на транзисторах можно максимально гибко отладить схему индикатора под нужные вам параметры, выставить нужный диапазон индикации и плавность реакции как вам нравится, количество ячеек индикации - да хоть сотня, лишь бы терпения хватило на их регулировку.
Также ожно использовать любое питающее напряжение(в пределах разумного), спалить такую схему очень сложно, в случае неисправности одной ячейки можно быстро все исправить. Из минусов хочу отметить то что на наладку данной схемы по своим вкусам придется потратить немало времени. Делать на микросхеме или транзисторах - решать вам, исходя из ваших возможностей и потребностей.
Индикаторы выходной мощности собираем на самых распространенных и дешевых транзисторах КТ315. Думаю, каждый радиолюбитель хоть раз в своей жизни сталкивался с этими миниатюрными цветными радиокомпонентами, у многих они валяются пачками по несколько сотен и без дела.
Рис. 1. Транзисторы КТ315, КТ361
Шкала моего УНЧ будет логарифмическая, исходя из того что максимальная выходная мощность будет порядка 100Ватт. Если сделать линейную то при 5 Ваттах ничего не будет даже светиться или же придется делать шкалу на 100 ячеек. Для мощных УНЧ нужно чтобы между мощностью на выходе усилителя и количеством светящихся ячеек была логарифмическая зависимость.
Принципиальная схема
Схема до безобразия проста и состоит из одинаковых ячеек, каждая из которых настроена на индикацию нужного уровня напряжения на выходе УНЧ. Вот схема на 5 ячеек индикации:
Рис. 2. Схема индикатора выходной мощности УНЧ на транзисторах КТ315 и светодиодах
Выше приведена схема на 5 ячеек индикации, клонировав ячейки можно получить схему на 10 ячеек, как раз такую я и собирал для своего УНЧ:
Рис. 3. Схема индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)
Номиналы деталей в данной схеме рассчитаны под напряжение питания порядка 12 Вольт, не считая резисторов Rx - которые нужно подбирать.
Расскажу о том как работает схема, все очень просто: сигнал с выхода усилителя НЧ идет на резистор Rвх после чего диодом D6 срезаем полуволну и потом постоянное напряжение подаем на вход каждой ячейки. Ячейка индикации представляет собой пороговое ключевое устройство которое зажигает светодиод при достижении некоторого уровня на входе.
Конденсатор С1 нужен для того чтобы при очень большой амплитуде сигнала сохранялась плавность выключения ячеек, а конденсатор С2 реализовывает задержку свечения последнего светодиода на некую долю секунды, чтобы показать что достигнут максимальный уровень сигнала - пик. Первый светодиод обозначает начало шкалы и поэтому светится постоянно.
Детали и монтаж
Теперь о радиодеталях: конденсаторы С1 и С2 подберете по своему вкусу, я взял каждый по 22МкФ на 63В(на меньший вольтаж не советую брать для УНЧ с выходом в 100Ватт), резисторы все МЛТ-0.25 или 0.125. Транзисторы все - КТ315, желательно с буквой Б. Светодиоды - любые которые сможете достать.
Рис. 4.Печатная плата индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)
Рис. 5. Расположение компонентов на печатной плате индикатора выходной мощности УНЧ
Все компоненты на печатной плате не обозначал поскольку ячейки идентичны и вы без особых усилий сами разберетесь что и куда впаивать.
В результате моих трудов получились четыре миниатюрных платки:
Рис. 6. Готовые 4 канала индикации для УНЧ мощностью 100 Ватт на канал.
Настройка
Сначала настроим яркость свечения светодиодов. Определяем какое нам надо сопротивление резисторов чтобы добиться нужной яркости светодиодов. Подключаем последовательно к светодиоду переменный резистор на 1-6кОм и подаем на эту цепочку питания с таким напряжением, от которого будет питаться вся схема, у меня - 12В.
Крутим переменник и добиваемся уверенного и красивого свечения. Отключаем все и замеряем тестером сопротивление переменника, вот вам и номиналы для R19, R2, R4, R6, R8... Этот способ является экспериментальным, можно также посмотреть в справочнике максимальный прямой ток светодиода и посчитать сопротивление за законом Ома.
Самый длительный и ответственный этап настройки - настройка порогов индикации для каждой ячейки! Будем настраивать каждую ячейку подбирая для нее сопротивление Rx. Поскольку у меня будет 4 таких схемы по 10 ячеек то сначала отладим данную схему для одного канала, а другие на основе ее настроить будет очень просто, используя последнюю как эталон.
Ставим вместо Rx в первой ячейке переменный резистор на 68-33к и подключаем конструкцию к усилителю(лучше к какому-нибудь стационарному, заводскому где есть своя шкала), подаем напряжение на схему и включаем музыку так чтоб было слышно, но на маленькую громкость. Переменным резистором добиваемся красивого подмигивания светодиода, после этого отключаем питание схемы и измеряем сопротивление переменника, впаиваем вместо него постоянный резистор Rx в первую ячейку.
Теперь идем к последней ячейке и делаем то же самое только раскачав усилитель до максимального предела.
Внимание!!! Если у вас очень "доброжелательные" соседи то можно не использовать акустических систем, а обойтись подключенным вместо акустической системы резистором в 4-8 Ом, хотя удовольствие от настройки уже будет не то))
Добиваемся переменным резистором уверенного свечения светодиода в последней ячейке. Все остальные ячейки, кроме первой и последней(мы уже их настроили), настраиваете как вам нравится, на глаз, отмечая при этом для каждой ячейки значение мощности на индикаторе усилителя. Настройка и градуировка шкалы остается за вами)
Отладив схему для одного канала(10 ячеек) и спаяв вторую придется так же провести подбор резисторов, поскольку каждый транзистор имеет свой коэффициент усиления. Только никакого усилителя ту уже не нужно и соседи получат небольшой таймаут - просто спаиваем входы двух схемок и подавая туда напряжение, например с блока питания, подбираем сопротивления Rx добиваясь симметричности свечения ячеек индикаторов.
Заключение
Вот и все, что я хотел рассказать о изготовлении индикаторов выходной мощности УНЧ с использованием светодиодов и дешевых транзисторов КТ315. Свои мнения и примечания пишите в комментариях...
UPD: Юрий Глушнев прислал свою печатную плату в формате SprintLayout - Скачать .
Можно конечно использовать в качестве основного компонента и микросхему вместо транзисторов, но на мой взгляд устройство выполненное на чипе имеет меньший диапазон творческой мысли, то есть не сделаешь таких тонких настроек, которые можно установить в транзисторном варианте. Транзисторная топология дает возможность гибко настраивать различные параметры с необходимым диапазоном индикации, мягкое реагирование сигнала на светодиоды и такое же плавное затухание. Индикаторную цепочку можно собрать практически с любым количеством светодиодов, лишь бы было желание и необходимость в этом. p>
Хотя справедливости ради нужно отметить, что транзисторные схемы с большим количеством установленных светодиодов, требуют много времени на их отладку и регулировку. Но зато с такой конструкцией приятно работать в последствии, ее очень трудно вывести из строя. Но даже в случае нештатной ситуации с какой либо из ячеек, можно все без проблем починить. Клиповый индикатор выходной мощности не требует больших финансовых затрат на его изготовление, используются самые ходовые кремневые транзисторы типа КТ315. Любой радиолюбитель хорошо знаком с такими полупроводниками, многие начинали свой путь в электронике именно с использования таких транзисторов.
Представленная здесь схема индикатора выходной мощности усилителя имеет логарифмическую шкалу, учитывая то, что мощность на выходе будет составлять более 110 Вт. Если бы для упрощения сделать шкалу линейного типа, то тогда например при 4-6 Вт светодиоды не в состоянии были бы открыться, либо пришлось бы делать линейку порядка 120 ячеек. Поэтому устройство индикации предназначенное для мощных усилителей нужно собирать с таким условием, чтобы существовала логарифмическая зависимость относительно выходной мощности усилителя и количеством установленных светодиодов.
Принципиальная схема пикового индикатора
Пиковый индикатор выходной мощности и его представленная схема абсолютно простая, и изготовлена с идентичными ячейками отображающие визуальную индикацию, каждая из которых показывает свой уровень выходного напряжения усилителя. Здесь схема на 5 точек индикации:
Схема пикового индикатора выходной мощности усилителя на транзисторах КТ315
По принципу показанной выше схеме можно легко изготовить индикацию и на десять точек.
LM3915 – интегральная микросхема (ИМС) производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала и выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов. Благодаря своей конструктивной особенности, ИМС получила широкое распространение в схемах индикаторов на светодиодах. Так как светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале, он нашёл практическое применение в отображении и контроле уровня сигнала в усилителях звуковой частоты.
Не стоит путать LM3915 с её родственниками LM3914 и LM3916, которые имеют аналогичное расположение и назначение выводов. ИМС серии 3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение), а ИМС серии 3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.
Краткое описание LM3915
Блок-схема LM3915 состоит из десяти однотипных операционных усилителей, работающих по принципу компаратора. Прямые входы ОУ подключены через цепочку из резистивных делителей с различными номиналами сопротивлений. Благодаря этому светодиоды в нагрузке зажигаются по логарифмической зависимости. На инверсные входы приходит входной сигнал, который обрабатывается буферным ОУ (вывод 5).
Внутреннее устройство ИМС включает маломощный интегральный стабилизатор, подключенный к выводам 3, 7, 8 и устройство для задания режима свечения (вывод 9). Диапазон питающего напряжения составляет 3–25В. Величину опорного напряжения можно задать в пределах от 1,2 до 12В при помощи внешних резисторов. Вся шкала соответствует уровню сигнала в 30 дБ с шагом 3 дБ. Выходной ток можно задать от 1 до 30 мА.
Схема индикатора звука и принцип её действия
Как видно из рисунка, принципиальная электрическая схема индикатора уровня звука состоит из двух конденсаторов, девяти резисторов и микросхемы, нагрузкой для которой служат десять светодиодов. Для удобства подключения питания и аудиосигнала её можно дополнить двумя разъёмами под пайку. Собрать такое простое устройство под силу любому, даже начинающему, радиолюбителю.
Типовое включение предусматривает питание от источника 12В, которое поступает на третий вывод LM3915. Оно же, через токоограничивающий резистор R2 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2, идёт на светодиоды. Резисторы R1 и R8 служат для снижения яркости последних двух красных светодиодов и являются необязательными. 12В также приходит на перемычку, которая управляет режимом работы ИМС через вывод 9. В разомкнутом состоянии схема работает в режиме «точка», т.е. происходит свечение одного светодиода, соответствующего входному сигналу. Замыкание перемычки переводит схему в режим «столбик», когда уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца.
Резистивный делитель, собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Более точная настройка осуществляется многооборотным подстроечным резистором R4. Резистор R9 задает смещение для верхнего уровня (вывод 6), точное значение которого определяется сопротивлением R6. Нижний уровень (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7,8) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. Именно R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле:
R5=12,5/I LED , где I LED – ток одного светодиода, А.
Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. Во избежание перегрева корпуса ИМС, не следует превышать ток LED более 20 мА. Все-таки это индикатор, а не новогодняя гирлянда.
Печатная плата и детали сборки
Печатную плату индикатора уровня звука в формате lay можно скачать . Она имеет размеры 65×28 мм. Для сборки требуются прецизионных деталей. Резисторы типа МЛТ-0,125Вт:
- R1, R5 R8 – 1 кОм;
- R2 – 100 Ом;
- R3 – 10 кОм;
- R4 – 50 кОм, любой подстроечный;
- R6 – 560 Ом;
- R7 – 10 Ом;
- R9 – 20 кОм.
Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. ИМС LM3915 рекомендуется запаивать не напрямую, а через специальную панельке для микросхемы. В нагрузке можно применить ультраяркие LED любого цвета свечения, вплоть до фиолетового. Но это уже личные эстетические предпочтения. Для отображения стереосигнала потребуются две одинаковые платы с независимыми входами. Более подробные данные о LM3915 можно найти в техническом описании здесь.
Работоспособность данного индикатора доказана на практике многими радиолюбительскими кружками и по-прежнему выпускается в виде наборов МастерКит.
Читайте так же
Логарифмический индикатор уровня для усилителя мощности звуковой частоты.Добрый день! Заинтересовался данной темой и решил порыться в сети.
Есть идея сделать что-то вроде этого:И попробовать вставить в свободный 1/2 din.
Итак, далее для тех, кто знает не только слово светодиод.Линейный индикатор NM5201
Светодиодный линейный индикатор представляет собой универсальный линейный индикатор постоянного напряжения. Сигнал индицируется светодиодной шкалой из 12 светодиодов. Разработано два варианта индикаторов: со светодиодами, загорающимися последовательно в виде непрерывного столбика (“светящийся столб” NM5201) и с одним загорающимся светодиодом, перемещающимся по линейке (“бегающая точка” NM5301). Принципиальная схема индикатора “светящийся столб” NM5201 показана на рисунке 1. Такие индикаторы, выполненные на компактной плате, могут использоваться не только в усилителе мощности, но так же найдут применение в устройствах автомобильной электроники, контрольно-измерительной и бытовой технике.
В качестве основы индикатора выбрана микросхема UAA180 (отечественный аналог КР1003ПП1). Этот выбор был обусловлен тем, что на основе этой микросхемы возможно создавать индикаторы как типа “светящийся столб” так и “бегающая точка”, при этом обеспечивается их высокая экономичность. К тому же наличие отечественного аналога существенно снижает стоимость устройства, что немаловажно в наших условиях.
Нижняя граница входного напряжения определяется уровнем на 16 ножке микросхемы, и в данном случае она равна 0. Верхняя граница входного напряжения задается потенциометром R2 и может изменяться в пределах +1…+5 В.
Вывод 5 предназначен для регулировки яркости свечения светодиодов. При подключении этого вывода к общему проводу все светодиоды гаснут, а при подключении к источнику питания через ограничительный резистор номиналом 100 кОм, яркость свечения увеличивается примерно в два раза, что позволяет использовать этот режим в качестве дополнительной индикации, например перегрузки.Рис.1. Схема принципиальная линейного индикатора (NM5201).
Конструкция
Внешний вид собранного модуля показан на рисунке 2, а печатная плата и расположение элементов на рисунках 3 и 4. Монтаж выполнен на плате из фольгированного стеклотекстолита. Под регулировочным резистором предусмотрено дополнительное отверстие, что позволяет производить его подстройку с любой стороны платы. Конструкция платы предусматривает возможность сборки укороченного варианта индикатора на 8 светодиодов. Для этого достаточно обрезать плату по пунктирной линии, а для крепления использовать дополнительное крепежное отверстие. Радиолюбитель может использовать светодиоды любых желаемых цветов, в зависимости от своего замысла. Конструкция предусматривает такое расположение светодиодов, чтобы при монтаже они ложились на прямую внешнюю кромку платы. Этим обеспечивается их ровная установка без применения дополнительных крепежных и выравнивающих элементов. При необходимости, можно дополнительно закрепить их на плате каким-либо клеем.
На плате индикатора нет высоких компонентов, что позволяет монтировать индикаторы друг над другом с минимальным зазором, например для создания панелей индикации анализаторов спектра.Рис. 2. Внешний вид смонтированного линейного индикатора.
Рис.3. Печатная плата линейного индикатора.
Рис.4. Расположение элементов на плате линейного индикатора.
Логарифмический выпрямитель.
Принципиальная схема. Логарифмический выпрямитель выполнен (рис.5) на основе микросхемы КР157ДА1, которая представляет собой двухканальный двухполупериодный выпрямитель. Микросхема преобразует переменное напряжение, поступающее на ее входной контакт 2(6), в постоянный ток источника тока, вытекающий из контакта 13(9), с величиной, пропорциональной среднему значению переменного напряжения. Если необходим выход по напряжению, то вывод 13(9) заземляется, а сигнал снимается с контакта 12(10) - выхода эмиттерного повторителя, установленного после внутреннего нагрузочного резистора источника тока. К выводу 12(10) подключен конденсатор С5(С6), который совместно с внутренним ограничительным резистором и резисторами R15, R16 (R17, R18) обеспечивает динамические характеристики (постоянные времени нарастания и спада), требуемые для стандартного VU измерителя. Выходной делитель на резисторах R15, R16 (R17, R18) необходим для согласования уровней выпрямителя и линейного индикатора. В стандартной схеме включения линейный выпрямитель обеспечивает индикацию уровней сигналов в диапазоне чуть более 20 дБ, что явно недостаточно для качественного усилителя. По этой причине в схему была введена цепь логарифмирования на элементах R8, R9, (R7, R10), R11, R12, R13 и VT1, VT2 (VT3, VT4). Она обеспечивает нелинейную нагрузку для внутренних источников выпрямленного тока, поднимая до +20 дБ усиление на слабых сигналах и оставляя его неизменным на больших сигналах. Делитель на резисторах R11-R13 задает точки перегиба кривой логарифмирования. Применение общего делителя гарантирует идентичность характеристик каналов, а использование вместо диодов транзисторов обеспечивает отсутствие их взаимовлияния. В результате использования цепи логарифмирования удалось расширить диапазон индикации до более чем 40 дБ. В данной схеме радиолюбители могут легко поэкспериментиро-вать со схемой логарифмирования и оценить ее эффективность. Для того, чтобы отключить схему логарифмирования и перевести детектор в линейный режим, достаточно перемкнуть резистор R8 (R7). Резисторы R1 и R2 регулируют чувствительности выпрямителя, что позволяет применять устройство с различными источниками звуковых сигналов. Для использования выпрямителя на линейном выходе усилителя (250 мВ) требуются резисторы с номиналом 10 кОм, а для подключения к мощному выходу усилителя их номинал потребуется увеличить до нескольких сотен кОм. Точное значение лучше подобрать экспериментально.
Техн. характеристики логарифмического выпрямителя.
Напряжение питания........................................... 6...20В
Ток потребления..................................................... 5 мА
Номинальный уровень входного сигнала*.......... 250 мВ
Уровень выходного сигнала..................................0...4 В
Диапазон отображаемых сигналов, не менее....... 40 дБ
Размер печатной платы.......................................... 75х25 мм.
*При R1, R2 = 10к0м.Конструкция. Внешний вид модуля, установленного над линейными индикаторами, показан на обложке журнала и рис.8. Монтаж выполнен на плате из фольгированного стеклотекстолита (рис.6 ,7). Размеры платы, крепежные отверстия и расположение контактов согласуются с модулями линейных индикаторов NM 5201 и NM 5301. Для обеспечения компактных размеров модуля постоянные резисторы на плате устанавливаются вертикально.
Логарифмический индикатор усилителя.
Для того, чтобы на основе описанных модулей собрать сте-реоиндикатор радиолюбительского усилителя, достаточно соединить при помощи винтов с втулками два линейных индикатора и выпрямитель, как показано на рис.8. Затем необходимо соединить их выводы питания, а выходы выпрямителя - со входами соответствующих индикаторов. Показанный вариант конструкции не единственный. Благодаря разделению стерео-индикатора на модули можно выбрать вариант установки индикаторов, например, в линейку друг за другом или встречно.
Налаживание стереоиндикатора. После сборки потребуется только операция калибровки: подав на входы напряжение от звукового генератора сигнал с номинальным уровнем, резистором R2 добиваются «загорания» десятого светодиода.File:///C:/DOCUME%7E1/726E%7E1/LOCALS%7E1/Temp/moz-screenshot-1.jpg
Вот и все... Собрав все в кучу, мы получаем 1 столбик светодиодов, я думаю сделать 4 таких устройства в связку на каждый канал + на саб. В итоге получится 5 столбиков... схему доработаю под светодиоды 2.3х7мм:
Вот в шопе порисовал:
Думаю оформить так. =)
По статье и мотивам «РХ» № 6,2000, № 1 и № 2,2001
