1. Bu site çerez kullanmaktadır. Siteyi kullanmaya devam etmeniz halinde çerez kullanımı ile ilgili site koşullarını kabul etmiş sayılırsınız. Daha Fazlasını Öğren.
  2. Forum İllegal Uyarısı Forum kuralları gereği forumda video ve illagal paylaşım yapmak yasaktır.Program Arşivimizde ise kısıtlanmış sürüm yada dağıtımı serbest olan (trial - freeware) yazılımlar yayınlayınız..Aksi takdirde mesajlarınız silinecektir..

LED light colour organ

Konusu 'Elektronik Devreler' forumundadır ve uydudoktoru tarafından 8 Temmuz 2015 başlatılmıştır.

  1. uydudoktoru
    Offline

    uydudoktoru Aktif Üye Yönetici Yönetici

    Katılım:
    13 Haziran 2009
    Mesajlar:
    2.142
    Ödül Puanları:
    38
    A light organ is an electronic device which automatically converts an audio signal (such as music) into colour light effects.
    In the 1970s, light organs were a popular lighting effect used in discotheques and dance parties


    Zařízení nazývané barevná hudba má několik barevných žárovek, které blikají podle intenzity nf signálu, který je na vstup přístroje přiveden. Zlatým věkem barevné hudby byla 70. léta minulého století, kdy bylo v Amatérském radiu otištěno velké množství návodů. Zpravidla se jednalo o jednoduché konstrukce, kdy se nf signál rozdělil filtry do tří pásem a přímo jím se budily tyristory rozsvěcující žárovky. Použití těchto přístrojů bylo omezené, protože žárovky často jen nepříjemně blikaly. Tomuto trendu se vymykalo zapojení Václava Kučírka otištěné v AR 9/1973 [1]. Zde se signál za filtry usměrnil a stejnosměrné napětí se porovnávalo s pilovitým signálem, odvozeným od kmitočtu sítě. Výsledkem bylo PWM řízení, umožňující měnit jas žárovek podle síly nf signálu. Použitý usměrňovač měl rychlý náběh, pomalý doběh a světelný projev zařízení byl mnohem kultivovanější. Barevná hudba s podobnými vlastnostmi je námětem tohoto článku.

    [​IMG]

    Popis zapojení
    Protože schéma celého zařízení je poměrně složité, začnu popisem zjednodušeného zapojení na obr. 1. Funkci nezakreslených částí si vysvětlíme později na celkovém schématu.
    Nízkofrekvenční signál z přehrávače, PC nebo rozhlasového přijímače je přiveden na svorky L a R. Následuje trimr pro nastavení úrovně signálu a zesilovač s operačním zesilovačem IC1. Pro správnou funkci následujících obvodů je vhodné, je-li výstup zesilovače vybuzen až do limitace. Bude-li na výstupu zesilovače signál slabší, bude barevná hudba fungovat stejně, jen jas barevných LED bude menší.
    Za zesilovačem jsou zapojeny filtry pro pásmo vysokých, středních a nízkých kmitočtů. Kmitočtový průběh filtrů je na obr. 2. Filtr pro střední pásmo je záměrně navržen tak, aby měl větší útlum než filtr pro vysoké a nízké kmitočty.

    [​IMG]
    Obr. 1. Zjednodušené zapojení jednoho kanálu barevné hudby
    Fig. 1. Simplified schematic of one channel light organ

    [​IMG]
    Obr. 2. Kmitočtová charakteristika filtrů
    Fig. 2. Filters frequency response

    Za filtry následují tři shodně zapojené detektory s tranzistorem. Jak tento detektor pracuje? Rezistorem R17 a diodou D1 (v přístroji je použit tranzistor T1 zapojený jako dioda) je vytvořeno předpětí asi 0,6 V. Toto předpětí je přivedeno na bázi T3 přes rezistor R15. Protože napětí báze--emitor tranzistoru T3 je asi 0,5 V (teče jím v klidu mnohem menší proud než T1), je na jeho emitoru a tím i filtračním kondenzátoru malé napětí okolo 120 mV. Zdálo by se, že stačí zmenšit předpětí báze, abychom na výstupu detektoru dostali napětí blíže nule, ale není tomu tak, při menším předpětí je detektor pro slabé signály velmi nelineární a špatně je detekuje. Přivedeme-li na bázi tranzistoru kladnou půlvlnu signálu, tranzistor se otevírá a na kondenzátoru C14 se objeví napětí odpovídající vrcholu půlvlny signálu. Kondenzátor se rychle nabíjí přes tranzistor, nabíjecí proud je omezen rezistorem R29. Vybíjení je mnohem pomalejší přes dělič R19, R22. Při záporné půlvlně signálu se neděje nic významného, tranzistor detektoru zůstane zavřený. Detektor má rychlý náběh a pomalý doběh, což je zde výhodné. Stejný typ detektoru byl použit i v [1].

    Za detektorem následuje IC2 a T10 v zapojení jako zdroj proudu. Operační zesilovač IC2 otevírá tranzistor T10 tak, aby na rezistoru R46 byl stejný úbytek napětí, jako je na neinvertujícím vstupu OZ, tedy rezistoru R22. Napětí na výstupu detektoru (C14) může být i větší než 3 V. Kdybychom zapojili zdroj proudu přímo na C14, byl by na R46 při maximálním vybuzení příliš velký úbytek napětí. Proto je napětí detektoru zmenšeno děličem R19/R22. Současně je třeba zmenšit odpor rezistoru v emitoru tranzistoru, aby LED tekl při menším vstupním napětí stejný proud.
    Kdybychom zapojili barevnou hudbu podle zjednodušeného schématu (po doplnění filtrů naznačených boxy), v zásadě by zapojení fungovalo. Pro zlepšení funkce je však třeba provést v zapojení úpravy a doplnit další obvody. Podívejme se nyní na obr. 3, kde je celé schéma přístroje.

    [​IMG]
    Obr. 3. Celkové zapojení barevné hudby (klikni pro zvětšení)
    Fig. 3. LED light organ full schematic (click for enlarge)

    Na vstupu jsou dva konektory zapojené paralelně. Do jednoho z nich přivedeme signál, do druhého zapojíme kablík k zesilovači nebo reproduktorům. Předzesilovač s IC1D má nastaveno děličem R3, R4 předpětí polovinu napájecího napětí, abychom vystačili jen s jedním napájecím napětím. Filtry jsou 2. řádu – pro vysoké tóny horní propust, pro nízké dolní propust a pro střední kombinace dolní a horní propusti. Detektory mají dva filtrační kondenzátory – jeden je zapojený trvale (1 µF), druhý (10 µF) připnou tranzistory T6 až T8 po sepnutí spínače SW1. Záleží na posluchači a použití přístroje, zda vyhoví rychlý nebo pomalý doběh. Upravit rychlost doběhu lze výměnou kondenzátorů za jiné s jinou kapacitou. Čím je kapacita větší, tím je doběh pomalejší.

    Jak jsem již napsal, na výstupu detektorů je i v klidu malé stejnosměrné napětí, díku němuž LED slabě svítí. Toto napětí je navíc teplotně závislé a v zapojení je kompenzováno. Ze zdroje předpětí (T1) je napětí přivedeno také na emitorový sledovač s tranzistorem T5. Na emitoru T5 je stejné napětí jako na emitorech tranzistorů detektoru a se stejnou teplotní závislostí. Toto napětí je zesíleno operačním zesilovačem IC1A a přes rezistory R38 až R40 přivedeno do invertujících vstupů OZ zdrojů proudu. Zesílení se nastavuje trimrem P2. Trimr nastavíme do takové polohy, kdy LED právě zhasnou. Nemají-li součástky v detektorech a zdrojích proudu příliš velké tolerance, zhasnou všechny LED při stejném nastavení.

    Další úprava zapojení zvětší rozdíly mezi jasem LED jednotlivých kanálů. Dnes je hudba (bohužel většinou) nahrávána tak, že zvuk je v celém kmitočtovém pásmu vybuzen téměř do limitace a amplitudové rozdíly mezi kmitočtovými pásmy jsou malé. Při přehrávání takové hudby se všechny LED rozsvítí a opticky se toho moc neděje. Zapojením jediného společného rezistoru (R48) do emitorů tranzistorů ve zdrojích proudu se to změní. Předpokládejme, že právě teď je např. v basovém kanálu nejsilněší signál. LED5 a LED6 svítí a procházející proud vytvoří úbytek napětí na rezistorech R47 a R48. Současně je však slabší signál např. v kanálu středních kmitočtů. Na rezistoru R48 je však již úbytek napětí a na R46 už pak zbyde jen malý (případně žádný až záporný) úbytek napětí. Zdroj proudu proto budí LED3, LED4 menším (případně žádným) proudem. Efekt zeslabení je tím větší, čím je odpor rezistoru R48 v poměru k odporu rezistorů R45 až R47 větší. V extrémním případě mohou být R45 až R47 nulové (a R48 = 6,8 až 8,2 ohmů). Svítit pak budou jen LED nejsilnějšího kanálu.

    Posledním přidaným obvodem jsou „inverzní“ LED. Tyto LED svítí, není-li na vstupu barevné hudby žádný signál. Trimrem P3 se nastaví jas LED7 a LED8. Rozsvítí-li se některé z ostatních LED, přivede se napětí přes R35 a R36 na invertující vstup operačního zesilovače IC2C a LED7, LED8 zhasnou.

    Zapojení funguje ve velkém rozsahu napájecích napětí. Pro 2 až 3 LED v sérii vyhoví napájení síťový adaptér s napětím 12 V. Pokud použijete jiný počet LED v sérii, je vhodné zvolit napětí úměrné počtu LED. Zvolíte-li však napětí příliš velké, budou se zbytečně zahřívat tranzistory zdrojů proudu.

    Použité součástky a mechanické uspořádání
    V barevné hudbě jsou použity levné a všeobecně dostupné součástky. Výjimkou jsou LED – já jsem použil LED s velkou svítivostí a s maximálním proudem 100 mA. Beze změny zapojení můžete použít běžnější LED se jmenovitým proudem 20 mA, kterých však zapojíte 5x více, viz obr. 5. Všechny paralelně spojené LED musejí být stejného typu, nejlépe i z jedné výrobní série. I zde je nutné vybrat typ LED s maximální svítivostí.

    [​IMG]
    Obr. 5. Zapojení LED s maximálním proudem 20 mA místo LED na 100 mA
    Fig. 5. Wiring LED with a maximum current of 20 mA instead of 100 mA per LED

    Pro barevnou hudbu jsem navrhl desku s plošnými spoji (obr. 6), na kterou lze osadit všechny součástky. Protože se do stavby zařízení mohou pustit i méně zkušení konstruktéři, volil jsem raději osazení klasickými součástkami. Na desce osaďte nejdříve drátové propojky, pak pasivní součástky, konektory a nakonec tranzistory a oba integrované obvody (nejlépe do objímek). Budou-li LED svítit na stínítko nebo zeď, můžete je osadit na desku, v opačném případě je umístěte podle vlastních požadavků. Já jsem zařízení umístil do ploché čtvercové krabičky. Na vrchní straně krabičky je matná koule ze zakryté úsporné zářivky, do které LED svítí. Barvy LED zvolte podle vlastního vkusu, já jsem zvolil červené pro nízké tóny, modré pro střední a zelené pro vysoké. V inverzním kanálu jsou LED žluté.

    [​IMG]
    Obr. 6. Deska s plošnými spoji barevné hudby (102 x 102 mm). Použijete-li pravé tlačítko myši a zvolíte-li "Uložit obrázek jako", získáte předlohu spojů v rozlišení 600 dpi
    Fig. 6. PCB layout (102 x 102 mm). Click right mouse button and choose "Save image as" to get 600 dpi resolution image

    Motiv desky v souboru PDF / PCB layout in PDF file here

    [​IMG]Obr. 7. Rozmístění součástek
    Fig. 7. Locations of components on board

    Místo samostatných LED můžete použít i pásek s tříbarevnými LED nebo samostatné barevné pásky. Na pásku jsou zapojeny vždy 3 LED v sérii se společným rezistorem. Rezistor není na závadu, jen je třeba zvětšit napájecí napětí na 15 V. Společný vývod pásku označený „+“ připojíme na kladné napájecí napětí, vývody „R“, „G“ a „B“ pak na kolektory tranzistorů T9 až T11. Inverzní kanál buď ponecháme se samostatnými LED, nebo ho nepoužijeme. Tuto úpravu jsem vyzkoušel s RGB páskem dlouhým 50 cm. Vhodné jsou delší časové konstanty detektoru.

    [​IMG]
    Obr. 8. Připojení RGB pásku
    Fig. 8. RGB strip connect

    Použití LED na větší proud
    Úprava pro LED s větším proudem je snadná. Tranzistory T9 až T11 (případně i T12) nahraďte typem s větší výkonovou ztrátou. Tranzistory musejí mít dostatečné zesílení (více jak 100) i při maximálním uvažovaném proudu. Vhodné jsou tranzistory nebo dvojice v Darlingtonově zapojení v pouzdře TO-126 nebo TO-220, opatřené malým chladičem. Další úpravou bude výměna rezistorů R45 až R48 (případně i R42). Pokud budou použity jednowattové LED s maximálním proudem 350 mA, zmenšete úměrně odpor uvedených rezistorů, tedy asi 3,5x. Na místě R45 až R47 použijte rezistory s odporem 1,5 ohm, R48 bude 1 ohm. Samozřejmě je pak třeba použít také výkonnější napájecí zdroj.

    Oživení
    Neuděláte-li při osazování nějakou chybu, bude zařízení fungovat na první zapojení. Připojte napájecí zdroj, nejlépe takový, který má možnost nastavit omezení výstupního proudu. Nastavte na něm 12 V a omezení při 100 mA. Trimr P2 nastavte do polohy, kdy LED1 až LED6 právě zhasnou, v ideálním případě všechny najednou. Trimrem P3 nastavte přiměřený jas LED v inverzním kanále. Zdá-li se vše v pořádku, zrušte omezení proudu (případně nastavte 500 mA), trimr P1 vytočte na maximum zcela doprava a připojte nf signál. Pokud vše funguje, je oživení hotovo. Vyzkoušejte funkci spínače pro změnu rychlosti detektoru.

    Závěr
    V článku jsem se pokusil přiblížit kdysi oblíbenou konstrukci dnešním mladým konstruktérům. Proto byl popis funkce poměrně podrobný.

    Seznam součástek
    Parts list

    Rozpis platí pro LED s maximálním proudem 100 mA. Rezistory R45 až R48 jsou metalizované 0,6 W ve velikosti 0207. Ostatní mohou být stejné nebo menší. Všechny fóliové a keramické kondenzátory mají rozteč vývodů 5 mm.

    R1, R2, R3, R4, R41 22 kohm, 0207
    R5, R6, R14 až R17, R27 100 kohm, 0207
    R7 4,7 kohm, 0207
    R8, R38, R39, R40 27 kohm, 0207
    R9 3,3 kohm, 0207
    R10 6,8 kohm, 0207
    R11, R37 68 kohm, 0207
    R12 10 kohm, 0207
    R13 33 kohm, 0207
    R18, R19, R20 56kohm, 0207
    R21, R22, R23 12 kohm, 0207
    R24, R25, R26, R43 330 kohm, 0207
    R28 - R36 1 kohm, 0207
    R42 22 ohm, 0207
    R45, R46, R47 4,7 ohm, 0207
    R48 3,3 ohm, 0207
    P1 100 kohm, trimr PT15V v provedení pro osu + osa
    P2 5 kohm, trimr PT10V
    P3 10kohm, trimr PT10V
    C1, C12 220 nF, fóliový/film RM5
    C2, C3, C16, C17, C18 10 µF/50 V, elektrolytický
    C4 1,5 nF, fóliový nebo ker./film or ceramic RM5
    C5 390 pF, fóliový nebo ker./film or ceramic RM5
    C6, C11 33 nF, fóliový/film RM5
    C7 15 nF, fóliový/film RM5
    C8 4,7 nF, fóliový/film RM5
    C9 3,3 nF, fóliový/film RM5
    C10 100 nF, fóliový/film RM5
    C13, C14, C15 1 µF/50 V, elektrolytický
    C19 470 µF/16 V (25 V), elektrolytický
    C20, C21 100 nF, keramický/ceramic RM5
    LED1, LED2 LED 100 mA, zelená
    LED3, LED4 LED 100 mA, modrá
    LED5, LED6 LED 100 mA, červená
    LED7, LED8 LED 100 mA, žlutá
    SW1 přepínač jednopólový typ B143
    T1 - T8 BC548B
    T9 - T12 BC639
    IC1, IC2 LM324, DIL14
    K1, K2 jack 3,5 mm stereo, zásuvka
    K3 supply conector 2,1 mm to DPS
    deska s plošnými spoji/PCB
    Technické údaje/Specification
    Amplituda nf signálu pro plné vybuzení LED: Audio input sensitivity: 300 mV
    Napájecí napětí: Supply voltage: 12 V (7 V - 24 V)
    Odběr proudu: Supply current: max. 300 mA*
    *) Vzhledem k tomu, že LED nemohou svítit všechny současně plným jasem, je za provozu max. odběr do 150 mA.
    *) Because LED can't illuminate all at full brightness, the maximum operation current is to 150 mA.

    [​IMG]
    Obr. 9. Osazená deska
    Fig. 9. PCB
     

Sayfayı Paylaş