Автор: Кадино Э.
Теги: радиоаппаратура (радиоэлектронная аппаратура) электроника радиотехника
ISBN: 5-94074-005-7
Год: 2000
Текст
Цветомузыкальные
установки ш
Мигающие огни, «бегущие строки»,
музыкальный стробоскоп, концертный лазер и др.
Эрве Кадино
Цветомузыкальные установки
ББК 32.844-я92
К13
Кадино Э.
К13 Цветомузыкальные установки - Jeux de lumiere: Пер. с франц. -
М.: ДМК Пресс, 2000. - 256 с.: ил. (В помощь радиолюбителю).
ISBN 5-94074-005-7
В книге известного французского автора изложены принципы ра-
боты и особенности практического применения тиристоров и симис-
торов. Подробно описываются оптосимисторы, анализируются раз-
личные способы их защиты от помех.
Автор предлагает около 25 радиолюбительских конструкций раз-
личного назначения и уровня сложности. Описание электрических
схем, рекомендации по изготовлению и настройке параметров, черте-
жи печатных плат - эта подробная информация поможет радиолюби-
телям в изготовлении цветомузыкальных устройств.
Книга рассчитана на самые широкие круги радиолюбителей, но
будет полезна и профессионалам как пособие по тиристорам и си-
мисторам.
ББК 32.844-я92
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведе-
на в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без пись-
менного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, посколь-
ку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не мо-
жет гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведе-
ний В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные
ошибки, связанные с использованием книги.
ISBN 2-85535-246-0 (франц.)
ISBN 5-94074-005-7 (рус.)
© DUNOD, Paris, 1996
© Перевод на русский язык,
оформление. ДМК Пресс, 2000
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .................10
Введение.........................................11
Тиристор ......................................12
Структура тиристора .........................12
Свойства тиристора в закрытом, состоянии ....13
Принцип отпирания
с помощью управляющего электрода ............13
Отключение тиристора.........................14
Симистор ......................................16
Структура симистора .........................16
Функционирование симистора...................18
Отпирание симистора..........................18
Ограничения при использовании ...............20
Пробник для симисторов и тиристоров ...........21
Описание схемы...............................22
Изготовление.................................24
Симметричный динистор .........................25
Оптосимистор ..................................27
Предельно допустимые характеристики .........29
Применение оптосимисторов ...................29
Сопротивление Rd.............................29
Сопротивление R .............................31
Сопротивление Rc ............................31
Цепочка Ra - Са .............................32
Защита ......................................32
Помехи ........................................33
Виды помех ..................................34
Магнитные помехи ..........................34
Электромагнитные помехи ...................34
6
ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Подавление помех от сети питания ................35
Описание схемы ................................35
Изготовление ..................................38
Подавление помех от цветомузыкальных установок ..40
Описание схемы ................................40
Изготовление ..................................41
Защита от перенапряжений ........................43
Описание схемы ................................44
Изготовление ..................................44
Плавные регуляторы света............................47
Светорегулятор ..................................48
Описание схемы ................................48
Изготовление ..................................49
Светорегулятор с сенсорным управлением ..........52
Описание схемы ................................53
Изготовление ..................................55
Цифровой светорегулятор .........................57
Описание схемы ................................61
Изготовление ..................................64
4- Дополнительные возможности цветомузыки ...........69
Инфракрасное управление ........................70
Описание схемы ................................71
<
Изготовление .................................73
Радиоуправление ................................74
Описание схемы ............................. 76
Изготовление .................................78
Микрофонный усилитель ..........................82
Описание схемы ...............................83
Изготовление .................................84
«Бегущая строка» с управлением .................86
Описание схемы ...............................86
Изготовление .................................88
СОДЕРЖАНИЕ
7
Радиоуправление «бегущей строкой» ...............92
Описание схемы ................................92
Изготовление ..................................95
Источник питания 12 В/ 100 мА ..................100
Описание схемы ...............................100
Изготовление .................................101
Модуляторы света .........,......................103
«Волшебный фонарь» ............................104
Описание схемы ..............................104
Изготовление ................................108
Музыкальная «радуга» ..........................112
Описание схемы ...............................ИЗ
Схема управления ............................115
Изготовление ................................117
«Электронная кобра» ...........................121
Описание схемы ..............................122
Изготовление ................................127
Мигающие огни ..................................131
Мигающий светодиод-маячок ....................132
Описание схемы .............................132
Изготовление ...............................132
Мигающие огни ................................133
Описание схемы .............................134
Изготовление ............................. 135
Мигающая реклама .............................138
Описание схемы .............................138
Изготовление ...............................140
«Бегущие строки» ................................143
Бегущие огни ..................................144
Описание схемы ..............................145
Изготовление ................................146
Музыкальная «бегущая строка» ..................149
Описание схемы ..............................150
Изготовление ................................154
8
ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Там, за горизонтом...............................159
Описание схемы ...............................160
Изготовление .................................167
Рукотворные молнии ...............................171
Импульсные лампы и трансформаторы .............172
Концертный стробоскоп ........:................173
Описание схемы ..............................175
Изготовление ................................177
Переносной стробоскоп .........................180
Описание схемы ..............................181
Изготовление ................................184
Музыкальный стробоскоп ........................188
Описание схемы ..............................188
Изготовление ................................192
Мощный стробоскоп .............................196
Описание схемы ..............................196
Изготовление ................................198
Специальные эффекты ..............................201
«Бегущая строка» и ЭВМ .........................202
Описание схемы ...............................202
Изготовление ............................... 203
«Радуга» и звук ................................208
Описание схемы ...............................209
Изготовление .................................214
Прожектор с цветным диском .....................217
Описание схемы ...............................218
Изготовление .................................223
Концертный лазер ...............................229
Описание схемы ...............................229
Изготовление .................................234
Приложения ......................................241
Основные параметры биполярных транзисторов ....242
Перечень тиристоров ...........................246
I ОДЕРЖАНИЕ 9
Перечень симисторов на 400/800 В ..............246
Симисторы ВТ фирмы Philips .................246
Симисторы TLC ..............................247
Симисторы, изготовленные по технологии Snubberless
(неискрящие) ...............................248
Перечень применяемых радиоэлементов и их аналоги ... 250
ПРЕДИСЛОВИЕ
Дискотеки и танцевальные вечера не обходятся без цветомузыкаль-
ных установок. Действительно, не только музыка определяет обста-
новку вечера в целом: должное настроение поддерживается также
с помощью эффектов цветомузыки.
Дополнительные устройства для создания эффектов используют-
ся и при оформлении ночных кафе с целью придания неповторимого
облика и привлечения клиентуры.
Многие радиолюбители, желающие оформить вечеринки или
праздничные школьные вечера световыми эффектами, ограничены,
с одной стороны, своим практическим опытом и навыками, а с дру-
гой - рамками собственного бюджета. Ведь необходимо учитывать
не только функциональные возможности и сложность устройства, но
и первоначальные расходы. Также не следует забывать о дальнейших
затратах на содержание оборудования в исправности, его ремонт и со-
вершенствование.
В этой книге подробно рассмотрен широкий спектр устройств на
основе симисторов из доступных и традиционных радиодеталей.
Описаны устройства с необычными элементами, такими как лазер-
ный диод или электродвигатель (обычный или шаговый). Опреде-
ленный интерес представляет использование микро-ЭВМ для управ-
ления цветомузыкальной приставкой.
Любой радиолюбитель сможет, объединяя различные схемы, со-
брать цветомузыкальную установку или другое устройство, которое
в дальнейшем можно усложнить. Сложность выбранного устройства
и его характеристики будут зависеть от уровня подготовки и бюдже-
та радиолюбителя.
В конце концов, можно просто украсить сообразно случаю свою
квартиру, используя световые эффекты.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
ВВЕДЕНИЕ Тиристор 12 Симистор 16 Пробник для симисторов и тиристоров 21 Симметричный динистор 25 Оптосимистор 27
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
ВВЕДЕНИЕ
12
ТИРИСТОР
Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, про-
пускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто срав-
нивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управ-
ляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).
Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий
электрод, можно сказать, «спусковой крючок» - используется для
резкого перевода тиристора во включенное состояние.
Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя
и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом,
когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие
пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:
• тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя
себя как выпрямитель;
• тиристор переводится из выключенного состояния во включен-
ное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следова-
тельно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем
не менее для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое)
состояние необходимо выполнить специальные условия;
• управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из за-
крытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько
миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в не-
сколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает
свойствами усилителя тока; ,
• средний ток через нагрузку, включенную последовательно с ти-
ристором, можно точно регулировать в зависимости от длитель-
ности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом
является регулятором мощности.
Структура тиристора
Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупровод-
никовый прибор, состоящий из чередующихся четырех кремниевых
слоев типа р и п. Полупроводниковый прибор с четырехслойной
структурой представлен на рис. 1.1.
Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положи-
тельный полюс источника питания, принято называть анодом, а край-
нюю область п, к которой подключается отрицательный полюс этого
источника, - катодом.
ТИРИСТОР
13
Рис. 1.1. Структура и обозначение тиристора
Свойства тиристора в закрытом состоянии
В соответствии со структурой тиристора можно выделить три элек-
тронно-дырочных перехода и заменить тиристор эквивалентной схе-
мой, как показано на рис. 1.2.
„ D1 D2 D3
Эта эквивалентная схема позволяет „
АО----Ы—М-------Ы----ок
понять поведение тиристора с отклю- 1 ‘
чснным управляющим электродом. Рис. 1.2. Представление тиристора
Если анод положителен по отноше- тремя диодами
пию к катоду, то диод D2 закрыт, что
приводит к закрытию тиристора, смещенного в этом случае в прямом
направлении. При другой полярности диоды D1 и D2 смещены
п обратном направлении, и тиристор также закрыт.
11ринцип отпирания с помощью управляющего электрода
. )квивалентное представление структуры р-п-р-п в виде двух тран-
зисторов показано на рис. 1.3.
Представление тиристора в виде двух транзисторов разного типа
проводимости приводит к эквивалентной схеме, представленной на
рис. 1.4. Она наглядно объясняет явление отпирания тиристора.
Зададим ток IGT через управляющий электрод тиристора, смещен-
ного в прямом направлении (напряжение VAK положительное), как
показано на рис. 1.4.
Так как ток IGT становится базовым током транзистора п-р-п, то ток
коллектора этого транзистора равен P1xIGT, где Pt - коэффициент
усиления по току транзистора Т1.
Этот ток одновременно является базовым током транзистора р-п-р,
ч го приводит к его отпиранию. Ток коллектора транзистора Т2 состав-
шот величину P1xP2xIGT и суммируется с током IGT, что поддерживает
14
ВВЕДЕНИЕ
Рис. 1.3. Разбиение тиристора на два транзистора
Рис. 1.4. Представление тиристора
в виде двухтранзисторной схемы
запуска тиристора
транзистор Т1 в открытом состоянии. Поэтому, если управляющий ток
IGT достаточно велик, оба транзистора переходят в режим насыщения.
Цепь внутренней обратной связи сохраняет проводимость тиристо-
ра даже в случае исчезновения первоначального тока управляющего
электрода IGT, при этом ток анода (1А ) остается достаточно высоким.
Типовая схема запуска тиристора приведена на рис. 1.5.
Отключение тиристора
Тиристор перейдет в закрытое состояние, если к управляющему
электроду открытого тиристора не приложен никакой сигнал, а его
рабочий ток спадет до некоторого значения, называемого током
удержания (гипостатическим током).
Отключение тиристора произойдет, в частности, если была ра-
зомкнута цепь нагрузки (рис. 1.6а) или напряжение, приложенное
ТИРИСТОР
15
Рис. 1.6. Способы отключения тиристора
к внешней цепи, поменяло полярность (это случается в конце каждо-
। о полупериода переменного напряжения питания).
Когда тиристор работает при постоянном токе, отключение может
>ыть произведено с помощью механического выключателя.
Включенный последовательно с нагрузкой этот ключ использует-
ся для отключения рабочей цепи.
Включенный параллельно основным электродам тиристора
(рис. 1.66) ключ шунтирует анодный ток, и тиристор при этом пере-
ходит в закрытое состояние. Некоторые тиристоры повторно включа-
ются после размыкания ключа. Это объясняется тем, что при размы-
кании ключа заряжается паразитная емкость р-n перехода тиристора,
вызывая помехи.
Поэтому предпочитают размещать ключ между управляющим
•чектродом и катодом тиристора (рис. 1.6в), что гарантирует правиль-
ное отключение посредством отсечения удерживающего тока. Одно-
временно смещается в обратном направлении переход р-n, соответ-
е । кующий диоду D2 из схемы замещения тиристора тремя диодами
(рис. 1.2).
16
ВВЕДЕНИЕ
Рис. 1.7. Классические схемы отключения тиристора с помощью дополнительной цепи
На рис. 1.6а-д представлены различные варианты схем отключе-
ния тиристора, среди них и ранее упоминавшиеся. Другие, как пра-
вило, применяются, когда требуется отключать тиристор с помощью
дополнительной цепи. В этих случаях механический выключатель
можно заменить вспомогательным тиристором или ключевым тран-
зистором, как показано на рис. 1.7.
СИМИСТОР
Симистор - полупроводниковый прибор, который широко использу-
ется в системах, питающихся переменным напряжением. Упрощенно
он может рассматриваться как управляемый выключатель. В закры-
том состоянии он ведет себя как разомкнутый выключатель. Напро-
тив, подача управляющего тока на управляющий электрод симис-
тора ведет к переходу его в проводящее состояние. В это время
симистор подобен замкнутому выключателю.
При отсутствии управляющего тока симистор во время любого
полупериода переменного напряжения питания неизбежно перехо-
дит из состояния проводимости в закрытое состояние.
Кроме работы в релейном режиме в термостате или светочувстви-
тельном выключателе, разработаны и широко используются системы
регулирования, функционирующие по принципу фазового управления
напряжением нагрузки, или, другими словами, плавные регуляторы.
Структура симистора
Симистор можно представить двумя тиристорами, включенными
встречно-параллельно. Он пропускает ток р обоих направлениях.
Структура этого полупроводникового прибора показана на рис. 1.9.
Симистор имеет три электрода: один управляющий и два основ-
ных для пропускания рабочего тока. Приборы малой и средней мощ-
ности размещаются в корпусах различной конструкции. На рис. 1.8
приводятся различные варианты корпусов и цоколевки симисторов.
СИМИСТОР
17
||1ЪГ|
Тиристор: 123 = KAG
Симистор: 123 = А1 А2 G
°)
|тЬ'?2О%в|
2,54 ±0,25 | Т | 2,54*0,28
KAG = тиристор
б)
Рис. 1.8. Цоколевка симисторов
18
ВВЕДЕНИЕ
Рис. 1.8. Цоколевка симисторов
Рис. 1.9. Структура
симистора
Функционирование симистора
Симистор открывается, если через управляющий электрод прохо-
дит отпирающий ток или если напряжение между его электродами
А1 и А2 превышает некоторую максимальную величину (на самом
деле это часто приводит к несанкционированным срабатываниям
симистора, происходящим при максимуме амплитуды напряжения
питания).
Симистор переходит в закрытое состояние после изменения по-
лярности между его выводами А1 и А2 или если значение рабочего
тока меньше тока удержания 1у.
Отпирание симистора
В режиме переменного питания смена состояний симистора вызыва-
ется изменением полярности напряжения на рабочих электродах А1
и А2. Поэтому в зависимости от полярности управляющего тока мож-
но определить четыре варианта управления симистором, как показа-
но на рис. 1.10.
Каждый квадрант соответствует одному способу открывания си-
мистора. Все способы кратко описаны в табл. 1.1.
СИМИСТОР
19
Квадрант II
А2
Iqt Al
A2
lOT А1
Квадрант III
Квадрант I
А2
А1 Igt
А2
А1 1от
Квадрант IV
Рис. 1.10. Четыре возможных варианта
управления симистором
1аблица 1.1. Упрощенное представление способов открывания симистора
Квадрант V Vb„ Обозначение
1 >0 >0 Слабый + +
II >0 <0 Средний + -
III <0 <0 Средний —
IV <0 >0 Высокий - +
Например, если между рабочими электродами симистора прикла-
дывают напряжение VA1 _А2 > 0 и напряжение на управляющем элек-
троде отрицательно по отношению к аноду А1, то смещение симисто-
ра соответствует квадранту II и упрощенному обозначению +
Для каждого квадранта определены отпирающий ток 1уот (IGT),
удерживающий ток 1уд (1н) и ток включения 1вкл (IL).
Отпирающий ток должен сохраняться до тех пор, пока рабочий ток
иг превысит в два-три раза величину удерживающего тока 1н. Этот
минимальный отпирающий ток и является током включения си-
мпстора IL.
Затем, если убрать ток через управляющий электрод, симистор
останется в проводящем состоянии до тех пор, пока анодный ток бу-
дет превышать ток удержания 1н.
20
ВВЕДЕНИЕ
Ограничения при использовании
Симистор накладывает ряд ограничений при использовании, в част-
ности при индуктивной нагрузке. Ограничения касаются скорости
изменения напряжения (dV/dt) между анодами симистора и скорос-
ти изменения рабочего тока di/dt.
Действительно, во время перехода симистора из закрытого состо-
яния в проводящее внешней цепью может быть вызван значительный
ток. В то же время мгновенного падения напряжения па выводах си-
мистора не происходит. Следовательно, одновременно будут при-
сутствовать напряжение и ток, развивающие мгновенную мощность,
которая может достигнуть значительных величин. Энергия, рассе-
янная в малом пространстве, вызовет резкое повышение темпера-
туры р-n переходов. Если критическая температура будет превыше-
на, то произойдет разрушение симистора, вызванное чрезмерной
скоростью нарастания тока di/dt.
Ограничения также распространяются на изменение напряжения
двух категорий: па dV/dt применительно к закрытому симистору
и на dV/dt при открытом симисторе (последнее также называется
скоростью переключения).
Чрезмерная скорость нарастания напряжения, приложенного меж-
ду выводами Л1 и А2 зарытого симистора, может вызвать его откры-
тие при отсу тс типи сигнала на управляющем электроде. Это явление
вызывается внутренней емкостью симистора. Ток заряда этой емкос-
ти может быть достаточным для отпирания симистора.
Однако не э го является основной причиной несвоевременного от-
крытия. Максимальная величина dV/dt при переключении симисто-
ра, как правило, очень мала, и слишком быстрое изменение напря-
жения на выводах симистора в момент его запирания может тотчас
же повлечь за собой новое включение. Таким образом, симистор за-
ново отпирается, в то время как должен закрыться.
Рис. /. 11. Симистор
с защитной RC-цепочкой
При индуктивной нагрузке симистора или
при защите от внешних перенапряжений для
ограничения влияния dV/dt и тока перегрузки
желательно использовать защитную RC-цепоч-
ку (рис. 1.11).
Расчет значений R и С зависит от несколь-
ких параметров, среди которых - величина тока
в нагрузке, значения индуктивности и номи-
нального сопротивления нагрузки, рабочего на-
пряжения, характеристик симистора.
ПРОБНИК ДЛЯ СИМИСТОРОВ И ТИРИСТОРОВ
21
Совокупность этих параметров с трудом поддается точному опи-
санию, поэтому часто принимают во внимание эмпирические значе-
ния. Включение сопротивления 100-150 Ом и конденсатора 100 нФ
дает удовлетворительные результаты. Однако отметим, что значение
сопротивления должно быть гораздо меньше (или одного порядка),
чем величина полной нагрузки, являясь достаточно высоким для
того, чтобы ограничить ток разряда конденса-
тора с целью соблюдения максимального зна-
чения di/dt в момент отпирания.
RC-цепочка дополнительно улучшает вклю-
чение в проводящее состояние симистора,
управляющего индуктивной нагрузкой. Дей-
ствительно, ток разряда конденсатора устра-
няет влияние задержки индуктивного тока,
поддерживая рабочий ток выше минимально-
го значения удерживающего тока 1уд (1н).
Дополнительная защита, заслуживающая
внимания, может быть обеспечена с помощью
с помощью варистора
варистора, подключенного к выводам индук-
тивной нагрузки. Другой варистор, включенный параллельно пита-
ющему напряжению, задержит помехи, распространяющиеся по сети
питания. Защита симистора также обеспечивается при подключении
варистора параллельно его выводам А1 и А2 (рис. 1.12).
ПРОБНИК ДЛЯ СИМИСТОРОВ И ТИРИСТОРОВ
11робник позволяет контролировать правильное функционирование
симистора или тиристора. Работоспособность проверяемого элемен-
। а можно оценить, задавая отпирающий ток управляющего электро-
д.|. Так, для симистора можно показать отличие его поведения в за-
висимости от способа отпирания: I, II, III и IV. С помощью такого
прибора легко определяется сопротивление в цепи управляющего
•лектрода, достаточное для правильного запуска.
Основа пробника - переключатель с резисторами Rl - R8, которые
ыдают ток управляющего электрода тиристора или симистора По-
,п>жительное или отрицательное управляющее напряжение позволя-
с| отпирать тестируемый элемент двумя способами. Выбор поляр-
ности управляющего тока осуществляется с помощью переключателя
SW4. Другой переключатель (SW3) позволяет выбрать полярность
ни гания между рабочими электродами проверяемого элемента или
||о'1постью его отключить.
22
ВВЕДЕНИЕ
Описание схемы
Принципиальная электрическая схема устройства представлена на
рис. 1.13. Питающий трансформатор TR1 снижает сетевое напряже-
ние 220 В и обеспечивает гальваническую развязку между сетью
и цепями пробника. Вторичная обмотка TR1 выполнена со средней
точкой, откуда снимается напряжение с эффективным значением при-
мерно 2x9 В. Двухполупериодный выпрямитель собран на диодном
мосте D1. Сглаживание положительного и отрицательного напряжений
обеспечивается конденсаторами Cl - С4. Напряжение на контакте АР
относительно общего провода (А1) составляет примерно +11 В, в то
время как напряжение на контакте AN составляет около -11 В. Пере-
ключателем SW3 изменяется полярность напряжения питания лампы.
Стабилизированное напряжение питания ±5 В вырабатывается
с помощью стабилизаторов положительного напряжения (7805) и от-
рицательного напряжения (7905) и обеспечивает нормированный
ток управления.
Диоды D2 и D3 не допускают резкого падения входного напряже-
ния стабилизаторов при отпирании тестируемого тиристора или си-
мистора.
Рис. 1.13 Электрическая схема пробника /1 из 2)
ПРОБНИК ДЛЯ СИМИСТОРОВ И ТИРИСТОРОВ
23
Величину управляющего тока определяют резисторы Rl - R8,
включаемые в цепь управляющего электрода с помощью переключа-
теля SW2. Напряжение на управляющем электроде тиристора или
симистора составляет примерно 1 В, поэтому величина управляюще-
го тока рассчитывается по следующей формуле:
Iy-4/R.
Сопротивление R соответствует сопротивлению в цепи управля-
ющего электрода тиристора или симистора. Пробник позволит оп-
ределить максимальное значение этого сопротивления для различ-
ных способов запуска с напряжением управления 5 В.
Различные способы отпирания симистора реализуются посред-
ством четырех возможных комбинаций положений переключателей
SW3 и SW4.
Для тиристора используется единственный режим + + (см. табл. 1.1),
который соответствует положению АР переключателя SW3 и поло-
жению GP переключателя SW4.
АьГ° SW3
SW5
L1/12V
С9
220 nF
СЮ
220 nF
GP
g№ sw4
5 mA
--- 10 mA
15 mA
25 mA
35 mA
50 mA
75 mA
R1/820Q
—I I——О
R2/390Q
—I T——О
R3/270Q
—Г ' I---О
R4/150Q
—1 I---О
R5/120Q
—I I---О
R6/82Q
—Г 1---О
R7/56Q
—Г I---О
юотА
R8/39Q
-1 I-----О
Пуск
or
BP1
}
-о---
Рис. /. 13. Электрическая схема пробника (2 из 2]
24
ВВЕДЕНИЕ
Изготовление
Разводка печатной платы пробника и размещение радиодеталей по-
казаны на рис. 1.14 и 1.15 соответственно. Внешний вид собранного
пробника изображен на рис. 1.16.
Для первых испытаний внешние переключатели SW3 и SW4 мож-
но не подключать. Необходимые соединения осуществляются по-
средством проводов с зажимами.
Сначала необходимо проконтролировать напряжение между кон-
тактами АР и А1 (примерно +11 В) и между контактами AN и А1
(-11 В), затем измерить два симметричных напряжения питания +5
В между GP и А1 и -5 В между GN и А1.
После предварительной проверки можно подсоединить переклю-
чатель SW3 к контактам АР и АС, а переключатель SW4 - к контак-
там GP и GN.
Масштаб 1:1,5
Рис. 1.14. Разводка
печатной платы пробника
Масштаб 1:1,5
Рис. 1.15. Схема размещения
радиодеталей на плате пробника
СИММЕТРИЧНЫЙ ДИНИСТОР
25
Следующий шаг - подключение сими-
стора или тиристора, как показано на схе-
ме. При исправном элементе лампочка не
должна гореть.
Нажатие кнопки ВР1 должно вклю-
чить тиристор или симистор.
Если лампочка не зажглась, то, увели-
чивая величину управляющего тока пере-
ключателем SW2 и снова нажимая на пус-
ковую кнопку, можно добиться включения
лампочки.
При разрыве цепи АР - АС лампочка
должна погаснуть.
Если все этапы этого испытания вы-
полнены успешно, то тестируемый радио-
элемент считается исправным.
С тестируемым симистором можно про-
нести предыдущее испытание, применяя
I ри другие способа отпирания, то есть че-
редуя GP с GN и АР с AN при помощи
переключателей SW3 и SW4.
Тогда лампочка должна гаснуть при
смене положения переключателя SW3.
Перечень элементов, необходимых для
сборки пробника, приведен в табл. 1.2.
Рис. 1.16
Внешний вид пробника
СИММЕТРИЧНЫЙ ДИНИСТОР
'luHucmop (Diode Alternative Current) - это симметричный полупро-
водниковый прибор, не обладающий полярностью. Он пропускает
। ок в двух направлениях и фактически является переключающим
диодом.
На рис. 1.17 приведены наиболее распространенные графические
обозначения этого радиоэлемента.
Рис. 1.17. Обозначения симметричного динистора
26
ВВЕДЕНИЕ
Таблица 1.2. Перечень элементов для сборки пробника
Обозначение' . R1 , Наименование Резисторы 8200м Примечание
R2 390 Ом
R3 2700м
R4 150 Ом
R5 1200м
R6 820м
R7 560м
R8 390м
Конденсаторы
01,02 470 мкФ/25 В
СЗ.С4 470 нФ
С5.С6 100мкФ/25В
С7,08 22мкФ/ЮВ
09. СЮ 220 нФ
Диоды
01 W061 А/40В Диодный мост
02, D3 1N4001...4007
Стабилизаторы
СИ 7805 Положительный
CI2 7905 Отрицательный
Прочее
L1 Лампа с цоколем ЕЮ 12 В/100-200 мА
TR1 Трансформатор 220 6 / 2x9 В-5 ВА
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
SW2 Поворотный 12-позиционный переключатель
SW5 Пластмассовый патрон ЕЮ для печатного монтажа
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 50 мА
ВР1 Пусковая кнопка 1Т
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя
SW3.SW4 Тумблер 2 шт.
Монтажный лепесток 9 шт.
ОПТОСИМИСТОР
27
Когда напряжение на контактах симметричного динистора превыша-
ет некоторое значение, называемое напряжением включения, происхо-
дит резкое уменьшение падения напряжения. Типичная вольт-амперная
характеристика (ВАХ) этого радиоэлемента показана на рис. 1.18.
Рис. 1.18. Типичная ВА характеристика
Переход симметричного динистора в проводящее состояние происхо-
ш г лавинообразно и подобен отпиранию симистора. Поведение динис-
к>ра аналогично поведению симистора при напряжении переключения.
Симметричные динисторы используются, как правило, в цепи
правляющего электрода симистора и иногда тиристора. Они позво-
ляют получить значительные отпирающие токи с помощью разряда
конденсаторов небольшой емкости (100 нФ / 63 В).
ОПТОСИМИСТОР
<)п госимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают
очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между
управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из ар-
. еппд-галиевого инфракрасного светодиода, соединенного посред-
। । ном оптического канала с двунаправленным кремниевым пере-
к /почателем. Последний может быть дополнен отпирающей схемой,
। рлбатывающей при переходе через нуль питающего напряжения
и размещенной на том же кремниевом кристалле.
:) ги радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более
Мощными симисторами, например при реализации реле высокого
н.>пряжения или большой мощности.
28
ВВЕДЕНИЕ
Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между
логическими схемами с малыми уровнями напряжений (например, вен-
тиль TTL) и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением (110 или 220 В).
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпу-
се с шестью выводами, его цоколевка и внутренняя структура пока-
заны на рис. 1.19.
Рис. 1.19. Цоколевка оптосимистора
Компания Motorola одной из первых предложила разнообразные
оптосимисторы для профессионального и широкого применения.
В табл. 1.3 приведена классификация оптосимисторов по величине пря-
мого тока, через светодиод 1^. открывающего прибор, и максимального
прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором
на выходе (VDRM). В таблице отмечено также и свойство симистора от-
крываться при переходе через нуль напряжения питания.
Для снижения помех предпочтительнее использовать симисторы,
открывающиеся при переходе через нуль напряжения питания.
Таблица 1.3. Характеристики группы оптосимисторов компании Motorola
1„(мА) Типы оптосимисторов
30 МОС3009 МОС3020
15 MOC301Q МОС3021 МОС3031 МОС3041 МОС3061 МОС3081
10 МОС3011 МОС3022 МОС3032 МОС3042 МОС3062 МОС3082
5 МОС3012 МОС3023 МОСЗОЗЗ МОС3043 МОС3063 МОС3083
Напряжение питания 110/120 В 220/240 В 110/120 В 220/240 В 220/240 В 220/240 В
Обнаружение нуля Нет Нет Дд Дд Дд Дд
V™ 250 В 400 В 250 В 400 В 600 В 800 В
ПТОСИМИСТОР
29
Что касается элементов с обнаружением нуля напряжения питания,
ю их выходной каскад срабатывает при превышении напряжением пи-
апия некоторого порога, обычно это 5 В (максимум 20 В). Серии
М ОСЗО 1х и МОС302х чаще используются с резистивной нагрузкой или
и случаях, когда напряжение питания нагрузки должно отключаться.
Когда симистор находится в проводящем состоянии, максималь-
ное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8 В (макси-
мум 3 В) при токе до 100 мА.
Ток удержания (1н), поддерживающий проводимость выходного
каскада оптосимистора, равен 100 мкА, каким бы он ни был (отрица-
Ц'льным или положительным) за полупериод питающего напряжения.
Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии (ID) варьиру-
ется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов
• обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5 мА, если свето-
диод находится под напряжением (протекает ток IF).
У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА
(максимум 100 мкА), и максимальное падение прямого напряжения
1,5 В для всех моделей оптосимисторов. Максимально допустимое об-
ратное напряжение светодиода 3 В (для моделей МОС301х, МОС302х
и МОСЗОЗх) и 6 В (для моделей МОС304х, МОСЗОбх и МОС308х).
Предельно допустимые характеристики
Максимально допустимый ток через светодиод в непрерывном режи-
ме - не более 60 мА
Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии пере-
ключателя выходного каскада — не более 1 А.
Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превы-
шагь 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для вы-
ходного каскада при Т = 25 °C).
Применение оптосимисторов
11а рис. 1.20а-д представлены различные схемы типичных примене-
ний оптосимисторов, отличающиеся друг от друга характером на-
I рузки и способами подключения нагрузки и питания.
(’опротивление Rd
I ’печет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого
и >ка инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора.
Следовательно, Rd = (+V - 1,5) / IF.
Например, для схемы транзисторного управления оптосимистором
г напряжением питания +5 В (рис. 1.21) и напряжением на открытом
|р.шзисторе (Нкэ НАС), равном 0,3 В, +V будет 4,7 В, и IF должен
30
ВВЕДЕНИЕ
д)
Рис. 1.20. Схемы применения оптосимисторов с активной (а, в} и с индуктивной (6, г)
нагрузкой, а также со схемой обнаружения нуля /д]
ОПТОСИМИСТОР
31
+5V
2 4
находиться в диапазоне между 15 и 50 мА для МОС3041 Следует при-
нять IF - 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в тече-
ние срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечивая работу оптопары
< постепенным ослаблением силы тока.
Таким образом, имеем:
Rd = (4,7 - 1,5) / 0,02 = 160 Ом.
Следует подобрать стандартное значе-
ние сопротивления, то есть 150 Ом для
МОС3041 и сопротивление 100 Ом для
МОС3020.
Рис. 1.21. Схема
транзисторного управления
оптосимистором
Сопротивление R
Резистор R необязательно включать, ког-
да нагрузка чисто резистивная. Однако,
если симистор защищен цепочкой Rp -
<’р, чаще всего называемой искрогася-
|цей, резистор R позволяет ограничить ток через управляющий элек-
|род оптосимистора. Действительно, в случае индуктивной нагрузки
проходящий через симистор ток и напряжение, приложенное к схеме,
находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть провод-
ником, когда ток проходит через нуль, конденсатор защитной цепоч-
iui Ср может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R огра-
ничивает этот ток разряда. Минимальное значение его сопротивления
мнисит от максимального напряжения конденсатора и максимально
юнустимого для оптосимистора тока, поэтому для напряжения пита-
ния 220 В:
R . = 220 В х 1,41 / 1 А = 311 Ом.
1П1П 1 •
С другой стороны, слишком большая величина R может привести
ь нарушению работы.
11оэтому принимают R = 330 или 390 Ом.
( опротивление RG
I'(•.HicTop Rg необходим только тогда, когда входное сопротивление
управляющего электрода очень велико, то есть в случае чувствитель-
ною симистора. Значение резистора RG может быть в диапазоне от
100 до 500 Ом.
1 'езисторы RG и R вводят задержку отпирания симистора, которая
улет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов.
32
ВВЕДЕНИЕ
Цепочка R - С
Чтобы ограничить скорость изменения напряжения dV/dt на выхо-
де оптосимистора, необходима snubber-цепочка (рис. 1.20г).
Выбор значения сопротивления резистора Ra зависит от чувстви-
тельности симистора и напряжения Va, начиная с которого симистор
должен срабатывать. Таким образом, имеем:
R + R -V /1Г.
а а * G
Для симистора с управляющим током 1С =? 25 мА и напряжением
отпирания Va = 20 В получим:
R + Ra = 20 / 0,025 = 800 Ом
или:
R = 800 - 330 = 470 Ом.
а
Для того чтобы переключение симистора происходило быстро,
должно быть выполнено следующее условие:
dV/dt = 311/RaxC.
Для МОС3020 максимальное значение dV / dt - 10 В/мкс.
Таким образом:
Са = 311 / (470 х 107) = 66 нФ.
Выбираем:
С = 68 нФ.
а
Замечание. Что касается snubber-цепочки, то экспериментальные
значения, как правило, предпочтительнее теоретических расчетов.
Защита
Настоятельно рекомендуется защищать симистор и оптосимистор
при работе на индуктивную нагрузку или при часто воздействующих
на сеть помехах.
Для симистора искрогасящая RC-цепочка просто необходима. Для
оптосимистора с обнаружением нуля, такой как МОС3041, - жела-
тельна. Сопротивление резистора R следует увеличить с 27 Ом до
330 Ом (за исключением случая, когда управляемый симистор мало-
чувствительный).
Если используется модель без обнаружения нуля, то snubber-це-
почка R - С обязательна,
а а
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 ПОМЕХИ Виды помех 34 Подавление помех от сети питания 35 Подавление помех от цветомузыкальных установок 40 Защита от перенапряжений 43
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
34
ПОМЕХИ
ВИДЫ ПОМЕХ
Системы переменного тока с симисторами или тиристорами при фа-
зовом управлении создают помехи, распространяющиеся на расстоя-
ние несколько сотен метров и даже нескольких километров.
В результате переключения напряжения питания образуются маг-
нитные и электромагнитные помехи.
Защита от помех осложняется большим количеством трудно опре-
деляемых параметров. В практических ситуациях они с трудом под-
даются количественному определению и часто противоречат друг
другу.
Ослабление помех в системах с симисторами и тиристорами до-
стигается на практике экспериментальным подбором параметров эле-
ментов фильтра.
Магнитные помехи
Проявляя себя излучением паразитного магнитного поля, магнитные
помехи не распространяются по линиям связи. Особенно интенсивно
они образуются в питающих трансформаторах и дросселях фильтров.
Качество магнитной цепи и сила тока, а также параметры синусо-
иды в момент коммутации определяют величину магнитных помех.
Паразитное магнитное поле может быть ослаблено, если экрани-
ровать схему приборов, работающих в непосредственной близости от
этой магнитной цепи.
Электромагнитные помехи
Любые провода являются для электромагнитных помех излучающи-
ми антеннами. Помехи в сети питания приводят к нарушению рабо-
ты электронных приборов, часто возникает и наведение на провода
высокочастотных помех.
Помеховый спектр может достигать 100 МГц при частоте переклю-
чения питающего напряжения в диапазоне 20-200 кГц.
При коммутации тиристоров или симисторов полоса помеховых
частот простирается от нескольких десятков килогерц до нескольких
мегагерц.
Этот частотный диапазон помех влияет на качество приема радио-
и телевизионных устройств.
Помехи максимальны, когда тиристор срабатывет при максимуме
синусоиды напряжения питания 220 В. Опыт показывает, что уро-
вень помех зависит больше от угла отсечки, чем от средней силы тока,
протекающего по проводам.
141ДЫ ПОМЕХ
35
В промышленных условиях подавление помех может оказаться
ненужным, когда линии связи имеют малую длину и оборудование
малочувствительно. Но для сценических установок (на концертах,
и театрах, в кинотеатрах) и вывесок, ввиду значительной длины ли-
ний питания, необходимы тщательные меры по защите от помех.
В последнее время требования к уровню помех ужесточились, осо-
бенно с принятием новых европейских и российских стандартов.
Наиболее употребительные схемы защиты от помех представлены
на рис. 2.1. При индуктивном сопротивлении лампы подключается
конденсатор С2 для дополнительной фильтрации. Если имеется за-
и-мление, то емкость конденсатора 2,2 нФ может быть увеличена до
'2 пФ. При отсутствии отдельного провода заземления эти конден-
< л горы не используются.
ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ ОТ СЕТИ ПИТАНИЯ
I >• (лыпинство электрических приборов являются источниками помех
и вызывают внезапные перегрузки при подключении их к сети пита-
ния. То же самое происходит с выключением лампы накаливания.
15i нникшая помеха может привести к сбою в телекоммуникационных
и»и вычислительных устройствах или проявится щелчком в вашем
In fi проигрывателе.
Перегрузки - это внезапные импульсы тока, распространяющиеся
по проводам. Даже при малой величине сопротивления они вызы-
вают появление пиковых помех, накладывающихся на сетевое на-
пряжение.
В результате скачки сетевого напряжения могут нарушить работу
"юктронных приборов, в частности работу систем, использующих
। пеналы синхронизации, сброса, а также переключающих устройств,
шких как ждущий мультивибратор или триггер.
Для предотвращения распространения помех от выключателя,
неоновой лампы, пылесоса, кофеварки, кофемолкщ компрессора хо-
шдильника, станка необходима фильтрация сетевого питания, при
>п>м не следует забывать о цветомузыкальных установках и особен-
|ш о плавном тиристорном регуляторе с фазовым управлением, по-
мехи от которого всегда велики.
< >писание схемы
< хема помехоподавляющего фильтра представлена на рис. 2.2.
. )то режекторный фильтр на основе двухобмоточного дросселя, кото-
pi.iii выполнен на тороидальном сердечнике. Отдельные производители,
36
ПОМЕХИ
Сеть
220 V
О—
Сл э.Са
1л 1в
L - катушка в режиме насыщения
Рис. 2.1. Схемы помехоподавляющих фильтров
IЮДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ ОТ СЕТИ ПИТАНИЯ
37
Сеть
(SW1)
Фаза о-
Заземление
R1 L
1 МО
С1
100-470
nF
С2
I L1
\ /100-470
nF
СЗ
2,2 nF
-о'
О---
Нейтраль-
ный
7Й5
О >
Q
И,-»
WCM
J-W
OJ
Рис. 2.2. Схема помехоподавляющего фильтра
например компания Schaffner, пропитывают эти катушки компаун-
дом. Можно также самостоятельно изготовить дроссель на феррито-
вом сердечнике с высокой магнитной проницаемостью. Обе обмотки
из эмалированного медного провода должны иметь одинаковое чис-
то витков, навитых в одном направлении и размещенных симметрич-
но на каждой половине тороидального сердечника (кольца). Число
витков приблизительно 10-25, а диаметр провода тем больше, чем
выше ток. Необходимо учесть, что индуктивность обмотки пропор-
циональна числу витков и зависит от магнитной проницаемости сер-
дечника, а большая индуктивность является залогом лучшего подав-
тения помех.
Каждая обмотка дросселя L1 включается последовательно с про-
водом питания. Следовательно, поля, наведенные током 50 Гц в каж-
дой обмотке и имеющие противоположные направления, окажутся
взаимно скомпенсированными.
В случае, если токи через фазовый и нейтральный провода отлича-
ются друг от друга из-за помеховых токов, проникающих через заземле-
ние, индуктивность их ослабляет. К тому же двухобмоточный дроссель
способствует затуханию помех симметричного типа (фаза/нейтраль),
сглаживая нарастающие фронты помеховых пиков напряжения.
Действительно, можно считать, что для частоты сетевого питания
обмотки ведут себя, как малое сопротивление, при этом в отношении
помех они напоминают элемент с большим сопротивлением.
Сопротивление конденсатора С = 1 / Ссо (где со = 2nf). Следова-
тельно, значительное уменьшение сопротивления конденсатора с рос-
сом частоты объясняет тот факт, что резкие скачки напряжения, вы-
званные помехами, закорачиваются на входе фильтра конденсатором
С1 и на выходе фильтра конденсатором С2.
38
ПОМЕХИ
Резкие изменения, вызванным помехами, могут быть разложены
в ряд Фурье на сумму нескольких синусоидальных колебаний со зна-
чительно более высокой частотой, чем 50 Гц. С увеличением частоты
сопротивление индуктивности L равное Leo растет, и чем выше гар-
моника, тем труднее ей преодолеть фильтр.
На выходе фильтра конденсаторы СЗ и С4 закорачивают на землю
самые сильные помехи. Необходимо, чтобы выбор номиналов этих
конденсаторов соответствовал действующим нормам: ток через за-
земление не должен превышать 0,5 мА для переносных (портатив-
ных) приборов, что соответствует конденсаторам с емкостями 2,2 нФ
и 5 мА для стационарных установок, то есть конденсаторам 22 нФ.
Разрядный резистор R1 обеспечивает быстрое уменьшение напря-
жения на конденсаторе С1 и защиту от электрического удара при кон-
такте со штекерами вилки шнура, подключаемого к входу фильтра.
Изготовление
Радиодетали сетевого фильтра размещаются в соответствии с рис. 2.4
на плате, разводка которой показана на рис. 2.3. Внешний вид собран-
ного сетевого фильтра представлен на рис. 2.5. Для сборки сетевого
фильтра необходимы радиодетали, перечень которых представлен
в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Перечень элементов, используемых для сборки фильтра
, -т Обозначение' • >. |>? Наименование •,>. а.*,;1 Примечание^ , -К
Резисторы
R1 1 МОм
Конденсаторы
С1.С2 100-470 нФ/400 В Класса Х2
СЗ,С4 2,2 нФ/630 В
Прочее
L1 Компенсационный дроссель С двойной обмоткой на торе
SW1.SW2 Трехконтактный зажим для печатного монтажа
Печатная плата предусмотрена для установки катушки RN232
производства Schaffner. При номинальном токе катушки 1 А фильтр
может использоваться для нагрузки 250 Вт, только если температура
окружающей среды не превысит 40 °C.
/ ЮДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ ОТ СЕТИ ПИТАНИЯ
39
Сеть
Фаза
Зазем-
ление
Ней-
траль-
ный
Рис. 2.3. Разводка печатной платы сетевого фильтра
Рис. 2.4. Схема размещения радиодеталей
Фаза
Зазем-
ление
Ней-
траль-
ный
I
Нагрузка
Рис. 2.5. Внешний вид сетевого фильтра
40
ПОМЕХИ
Дроссель может быть изготовлен самостоятельно на ферритовом
кольце диаметром 20-30 мм или взят из разобранной платы источни-
ка питания. Для размещения катущки другого типа печатная плата
должна быть доработана.
Оптимальная емкость конденсаторов фильтра С1 и С2 должна
быть в пределах от 0,1 до 0,47 мкФ. Выбранные конденсаторы долж-
ны быть с рабочим напряжением 630 или 1000 В (класса X или Х2),
так как они непосредственно подключены параллельно питанию.
Плату следует разместить в заземленном металлическом корпусе.
ПОДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ
ОТ ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Цветомузыкальные установки, регулирующие свечение ламп, явля-
ются сильными источниками помех.
Промышленные цветомузыкальные установки часто не оснащены
сетевыми фильтрами, или их эффективность недостаточна, что ска-
жется на качестве музыкального сопровождения, и может потребо-
ваться дополнительная фильтрация.
Описание схемы
Электрическая схема помехоподавляющего устройства представлена
на рис. 2.6.
Устройство осуществляет фильтрацию симметричных и асиммет-
ричных помех. Фильтр симметричных помех предназначен для того,
чтобы отфильтровывать помехи или усиливать их подавление по
цепи питания от симистора с фазовым регулированием (это обычно
J rnRRP-t <000000/ н^2'1о ч а Напряжение 22^=Г 220V Сеть R1 гм—*— f \ ся“*“ ’ длялитания
220VlMQU100nF 100-1 15 ) 100- 470 V У 470 „ “ = сило -L2- nF nF 2'2nF приставки SW2-3q
o ,_лпрг\_- лотлгопп -
SW1-2 5 A SW2-2„
«Корпус»
«Земля»
Рис. 2.6. Схема фильтра для цветомузыкальной приставки
I ЮДАВЛЕНИЕ ПОМЕХ ОТЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНЫХ УСТАНОВОК
41
чостигается с помощью простого дросселя в режиме насыщения, со-
единенного с конденсатором).
Асимметричные помехи оказывают влияние, когда у цветомузы-
ьэльных установок нет заземления.
Помехи на выходе цветомузыкальной установки шунтируются
конденсатором СЗ между фазовым и нулевым проводами и одновре-
менно конденсаторами С4 и С5 на «землю».
Потери, вносимые дросселем на частоте сети, незначительны.
11.россель L3 режекторного фильтра оказывает противодействие про-
каканию помехового тока из-за повышенного импеданса обмоток.
Конденсатор С2 на выходе катушки L3 ослабляет недостаточно
подавленные помехи.
Помехи, приходящие из сети или от цветомузыкальной установки,
дополнительно ослабляются симметричным LC-фильтром (LI, Cl, L2).
Между проводами сети 220 В включен разрядный резистор R1, что-
(>ы избежать поражения электрическим током от конденсаторов С1
и С2 при неосторожном прикосновении рукой к штепсельной вилке.
Изготовление
I ’.|.чводка печатной платы фильтра показана на рис. 2.7; радиодетали
и.। плате размещаются в соответствии с рис. 2.8. Для сборки фильтра
необходимы радиодетали, представленные в табл. 2.2.
Длинные провода подобны антеннам, распространяющим помехи,
поэтому фильтр должен быть размещен как можно ближе к плате
цпетомузыкальной установки.
1иблица 2.2. Перечень элементов, используемых для сборки фильтра
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 1 МОм
Конденсаторы
С1 100 нФ/400 В Класса Х2
С2.СЗ 100-470 нФ/400 В Класса Х2
С4,С5 2,2нФ/400В
Прочее
L1.L2 Противопомеховый дроссель 5А
L3 Компенсационный дроссель С двойной обмоткой на торе
SW1.SW2 Трехконтактный зажим для печатного монтажа
42
ПОМЕХИ
Сеть
Рис. 2.8. Схема размещения радиодеталей на плате фильтра
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
43
Выбор дросселя L3 зависит от тока потребления цветомузыкальной
установки. Катушка с номинальным током 4 А подойдет для полной
нагрузки 900 Вт, если температура окружающей среды ниже 35 °C.
В зависимости от имеющегося дросселя потребуется изменить развод-
ку дорожек. Параметры дросселя, предназначенного для подавления
помех в схемах с симистором, будут зависеть от мощности потребления
цветомузыкальной установки. В качестве примера в табл. 2.3 приве-
тны данные по числу витков и диаметру эмалированного провода
1ля изготовления дросселей L1 и L2 на тороидальном сердечнике
< внешним диаметром 20 мм.
Также можно воспользоваться рекомендациями по самостоятель-
ному изготовлению дросселя для помехоподавляющего фильтра.
Таблица 2.3. Данные для намотки дросселей на тороидальном сердечнике
.Мощность .!. .* 100 Вт 250 Вт 500 Вт 1000 Вт
.. 7 Диаметр провода-' 4/10 6/10 8/10 10/10
,г-' - Число витков L £ 100 60 45 38
Длина эмалированного провода L (приблизительная)'’ 3,2 м 2,0 м 1,4м 1,2 м
Рекомендуемый максимальный ток 0,5 А 1.5 А ЗА 5А
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Кто хотя бы однажды не пугался удара молнии?
Бывало ли, что некоторые электрические приборы выходили из
< гроя, когда по соседству с вашим домом использовались станки?
Скачки напряжения, индуцированные в электрической сети во
время грозы, могут оказаться разрушительными. Несмотря на то что
। ги помехи кратковременные, их сила значительна.
Машины, оснащенные крупными электрическими моторами, так-
ие являются источником разрушительных перенапряжений.
Существуют радиоэлементы, способные противостоять скачкам
напряжения, превышающим запрещенные значения. Это варисторы.
Действительно, сопротивление такого радиоэлемента меняется
и зависимости от напряжения на его выводах. Если на выводах ра-
шоэлемента происходит чрезмерное повышение напряжения, то его
< опротивление резко падает. Именно поэтому варистор рассчитан на
п>, чтобы выдерживать сильные кратковременные токи от несколь-
। их сотен до нескольких тысяч ампер.
После устранения пика напряжения варистор снова восстанавли-
вает очень высокое сопротивление, не создавая помех в линии.
44
ПОМЕХИ
Описание схемы
Электрическая схема защитного устройства представлена на рис. 2.9.
Для защиты электронного прибора три варистора размещены парал-
лельно на трех проводах, подключенных к электрической установке:
между линиями 220 В (фаза/ноль), а также между каждой из этих
линий и заземляющим проводом.
Если энергия скачков напряжения будет очень большой, то допол-
нительная защита с двумя плавкими предохранителями сбережет
сетевой аппарат и оставшуюся часть установки от повреждения.
Рис. 2.9. Электрическая схема защитного устройства
Изготовление
Изготовление защитного устройства не представляет трудностей.
Необходимо правильно развести различные цепи.
Рис. 2.10. Внешний вид собранного устройства
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
45
Плавкие предохранители следует выбрать более точно в зависи-
мости от мощности прибора.
После сборки модуль следует расположить между защищаемым
прибором и противопомеховым фильтром (если последний имеется).
Внешний вид собранного устройства представлен на рис. 2.10, раз-
водка печатной платы устройства показана на рис. 2.11, радиодетали
на плате размещаются в соответствии с рис. 2.12. Перечень радио-
деталей, необходимых для сборки защитного устройства, приведен
в табл. 2.4.
Рис. 2.11. Разводка печатной платы защитного устройство
Рис. 2.12. Схема размещения радиодеталей на плате защитного устройства
46
ПОМЕХИ
Таблица 2.4. Перечень элементов, используемых для сборки защитного устройства
Обозначение .. Наименование Примечание
Варисторы
VR1 250 В, 595 251, V2501A40,594 251, V250LA10
VR2.VR3 250 В, 594 251, V250LA10
Прочее
SW1.SW2 Трехконтакгный зажим для печатного монтажа
F1.F2 Плавкий предохранитель 1-10А
Держатель для плавкого предохранителя 2 шт.
Крышечка для предохранителя 2 шт.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3
ПЛАВНЫЕ
РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Светорегулятор 48
Светорегулятор с сенсорным управлением 52
Цифровой светорегулятор 57
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
4В ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
СВЕТОРЕГУЛЯТОР
Этот регулятор мощности предназначен для таких нагрузок, как прос-
тая лампа накаливания или прожектор. Более мощные нагрузки, та-
кие как проектор или резистивный электрический обогреватель,
тоже можно оснастить подобным регулятором. В электродвигателе
инструмента использование регулятора позволит устанавливать тре-
буемую скорость (как у электродрели).
Описание схемы
Электрическая принципиальная схема светорегулятора представлена
на рис. 3.1.
Схема светорегулятора - классическая, основана на фазовом управ-
лении симистором, но номиналы радиоэлементов подобраны так,
чтобы симистор отпирался последовательностью из двух-четырех
импульсов, а не единичным импульсом. Это гарантирует отпирание
симистора при индуктивной нагрузке (электродвигатель или транс-
форматор галогенной лампы низкого напряжения).
При подаче на схему питания через двухзвенный RC-фильтр в начале
полупериода сетевого напряжения конденсатор С2 заряжается через ре-
зистор R1 и потенциометр Р1. Соответственно конденсатор СЗ заряжает-
ся через резистор R2 и подстроечный резистор Aj2. Подстроечные резис-
торы Aj 1 и Aj2 позволяют подобрать постоянные времени цепей заряда
под характеристики динистора и симистора, используемых в схеме.
Рис. 3.1. Электрическая схема светорегулятора
СВЕТОРЕГУЛЯТОР
49
Когда на выводах конденсатора СЗ напряжение достигнет значения
примерно 32 В (напряжение переключения симметричного динисто-
ра), динистор отпирается и конденсатор разряжается по цепи управ-
гяющего электрода симистора Q1. Разряд конденсатора происходит
мгновенно, вызывая быстрое запирание симметричного динистора.
Конденсатор С2 является накопителем энергии для новой подзаряд-
ки конденсатора СЗ. Напряжение на выводах этого конденсатора ско-
ро вновь становится достаточным для возврата динистора в проводя-
щее состояние и для того, чтобы вызвать появление нового импульса,
отпирающего симистор.
Фазовый угол открывания симистора зависит от скорости заряда
конденсаторов С2 и СЗ. При малом сопротивлении цепи (R1 - Р1 -
Ajl) порог в 32 В достигается быстрее и симистор отпирается рань-
ше, а более высокое сопротивление вызывает большую задержку мо-
мента отпирания симистора и, следовательно, уменьшение мощнос-
ти в нагрузке. Подстроечный резистор Ajl позволяет установить
границы регулирования мощности.
Помехи, вызванные коммутацией питающего напряжения нагруз-
ки, подавляет LC-фильтр, собранный из радиоэлементов L1 и С1.
При переключении симистора с индуктивным характером нагруз-
ки возможно чрезмерное нарастание dv/dt. Тогда для защиты симис-
гора необходима цепочка R3 - С4. Конденсатор С4 дополнительно
' >слабит возможные сетевые помехи, которые могут вызвать несвое-
кременное отпирание симистора.
Кроме того, разряд конденсатора С4 через симистор способствует
то отпиранию, которое могло бы быть нарушено запаздыванием тока
к индуктивной нагрузке.
Конденсатор С5 осуществляет дополнительную фильтрацию при
индуктивной нагрузке (как в случае подключения электромотора
и трансформатора).
Изготовление
Разводка печатной платы светорегулятора показана на рис. 3.2.
Изготовление платы не представляет трудностей, однако следует
проявить некоторые предосторожности.
Для безопасности рекомендуется изолировать симистор и снаб-
шть держатель плавкого предохранителя крышечкой. Конденсатор
< '5, непосредственно подключенный параллельно сети, должен быть
। рабочим напряжением 630 В (класса X или Х2)
50
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Рис 3.2. Разводка печатной платы светорегулятора
Выбор радиатора, рассеивающего тепло симистора, и дросселя L1
должен зависеть от нагрузки регулятора.
Например, если нагрузка индуктивная, то лучше подобрать симис-
тор с малым удерживающим током. Существуют также симисторы, >
называемые snubberless (не искрящие). Лучше взять модель с малым
отпирающим током, такую как BTA08-400SW или BTA08-600TW.
С лампой накаливания от 60 до 200 Вт радиатор не потребуется.
Если дроссель должен выдерживать большой ток (превышающий
3 А), то подойдет модель компании Schaffner, например RI406.
Радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 3.3. Пере-
чень радиодеталей, необходимых для сборки светорегулятора, пред-
ставлен в табл. 3.1.
Настройка регулятора состоит в том, чтобы установить положение
движка потенциометра и определить постоянную времени, связан-
ную с конденсатором СЗ.
Для этого к схеме подключается лампа накаливания мощностью
60-100 Вт, и движок потенциометра перемещается, немного не дохо-
дя до упора, так чтобы уменьшить интенсивность свечения лампы.
ПЕТОРЕГУЛЯТОР
51
Рис 3.3. Схема размещения радиодеталей
С помощью изолированной отвертки (регулируя Ajl) необходимо
и >биться того, чтобы лампа почти погасла, затем уменьшить сопро-
।пиление подстроечного резистора Aj2 до устранения мигания сла-
Ьисиетящейся лампы.
Далее следует переместить движок потенциометра до упора, что-
<u.i погасить лампу.
[иапазон функционирования регулятора можно установить на
пыбор: либо с полным погасанием лампы, либо с минимальной осве-
щенностью.
. кггем необходимо окончательно проверить регулировку подстро-
• чпого резистора Aj2.
52
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Таблица 3.1. Перечень элементов, ислальзуемых для сборки светорегулятора
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 1 кОм
R2 3,3 кОм
R3 150 Ом /1 Вт
Ajl 470 кОм Вертикальный
Ф 22 кОм в пластмассовом корпусе
Р1 470 кОм-А
Конденсаторы
С1.С4 100нФ/400 В
С2 220нФ/250В
СЗ 47 нФ/63-250 В
С5 100нФ/400 В Класса Х2
Симметричный динистор
D1 ST32 32В
Симистор
Q1 BT137-F 8 А/400 или 600 В
Прочее
L1 Противопомеховый дроссель для симисторов Напр., Schaffner RI406 PC
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 4 А
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя
Двухконтактные зажимы для печатного монтажа 2 ил.
Радиатор ML33
СВЕТОРЕГУЛЯТОР С СЕНСОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Изменять освещенность окружающего пространства простым каса-
нием контакта удобно и весьма заманчиво. Регулятор с сенсорным
управлением имеет малые габариты и выполнен на единственной
интегральной микросхеме.
Короткое касание контакта может включать или выключать лампу
или индуктивную нагрузку.
Дополнительный вход позволяет дистанционно управлять вклю-
чением и регулировкой света лампы.
< ВЕТОРЕГУЛЯЮР С СЕНСОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
53
Описание схемы
I 'хема светорегулятора с сенсорным управлением, представленная на
рис. 3.4, собрана на микросхеме SLB587 компании SIEMENS. Она
специально предназначена для регулировки света непосредственно
< । г сети, а также для управления нагрузками, которые могут иметь
ьолыпую индуктивность. Эта микросхема реализует принцип фазо-
пого управления симистором и обеспечивает его надежную работу.
Напряжение питания микросхемы получается из части сетевого
напряжения с помощью радиоэлементов Rl, Cl, DI, D2 и С2. Оно
снимается с выводов симистора и имеет достаточную величину, так
как диапазон отпирания симистора лежит между 45° и 147°, с учетом
параметров цепочки R2 - СЗ.
Сетевое напряжение 50 Гц, ограниченное конденсатором С1 и ре-
шстором R1, выпрямляется диодом D2. Стабилитрон D1 ограничи-
вает напряжение питания СИ, которое сглаживается конденсатором
I 2. Интегральная микросхема SLB587 запитывается через контак-
1 и 1 и 7.
Сигнал с частотой сети для синхронизации внутреннего опорного
итератора и схемы PLL (Phase Locked Loop - система фазовой авто-
подстройки частоты) поступает на вход 4 микросхемы СИ через це-
почку R2 - СЗ.
В случае специфических применений номиналы R2 и СЗ могут из-
меняться (от 1,5 МОм до 2,2 МОм и от 4 до 12 нФ соответственно).
Увеличение постоянной времени R2 - СЗ лучше защищает опорный
। оператор от помех, вызванных скачками сетевого напряжения, но не-
шачительно влияет на изменение яркости лампы.
Стабильность схемы ФАПЧ зависит от интегрирующей цепочки
КЗ - С4, параметры которой могут изменяться в широких пределах.
Чувствительность сенсорного контакта управления (S) определя-
<чся сопротивлением резистора R6, а резисторы R7 и R8 защищают
пользователя.
С контакта 8 микросхемы СИ снимается импульс, отпирающий
< имистор, а диод D3 ограничивает положительное напряжение, ко-
। < «рое может появиться на управляющем электроде некоторых симис-
1оров в открытом состоянии.
Подавление помех, возникающих при отсечке напряжения пита-
ния нагрузки, осуществляется дросселем L1 и конденсатором С5,
। цепочка R9 — С6 защищает симистор от чрезмерной величины dv/dt.
54
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
На входе 2 микросхемы СИ определяются три режима работы:
• режим А: контакт 2 на минусе питания (перемычка между 2 и 3).
Короткое касание контакта управления (S) вызывает самое яркое
свечение лампы, если она до того была выключена, а в противном
случае гасит ее.
При сигнале управления S больше 0,4 с начинается или возобнов-
ляется процесс регулировки свечения лампы. Изменение всегда на-
чинается с минимальной освещенности и при включении возобнов-
ляется, сохраняя свое направление изменения;
• режим В: контакт 2 не подключен (перемычка отсутствует).
После выключения лампы уровень регулировки запоминается,
и при последующей подаче сигнала управления яркость лампы со-
хранится.
При продолжительном касании сенсорного электрода регулиров-
ка активизируется, и после прекращения касания направление изме-
нения яркости лампы меняется на противоположное;
• режим С: на контакт 2 подается положительное питающее напря-
жение (перемычка между 1 и 2).
Этот режим повторяет некоторые характеристики режимов А и Б.
При касании сенсорного электрода свечение лампы максимально. При
сигнале управления больше 0,4 с цикл регулировки всегда начинает-
ся с минимального свечения. Напротив, во время цикла регулировки
Рис. 3.4. Схема светорегулятора с сенсорным улравлением (1 из 2)
> ВЕТОРЕГУЛЯТОР С СЕНСОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
55
направление изменения меняется на противоположное после каждо-
। <> касания.
Эти три режима работы микросхемы приведены на рис. 3.5.
Другой вариант функционирования этого регулятора заключается
и возможности дистанционного управления через вход 6. Потенциал
и ого входа устанавливается делителем напряжения на резисторах
К 4 и R5. При подаче сигнала на оптопару CI2 (входы А и К) через
инфракрасный светодиод последней протекает ток и транзистор оп-
।опары открывается, а на контакте 6 микросхемы СИ устанавливает-
< я высокий уровень напряжения, который является командой вклю-
чения регулятора аналогично касанию сенсорного электрода.
11зготовление
Печатная плата была разработана с учетом размещения ее внутри
маленького'корпуса для подключения светорегулятора шнуром пи-
1.ШИЯ к настольной лампе, максимальная мощность которой не
чолжна превышать 200 Вт. Чтобы разместить на плате более мощ-
ный симистор в корпусе ТО220 с радиатором (желательно изолиро-
ванный), разводка дорожек печатной платы должна быть исправле-
нз. Можно также рассмотреть возможность установки симистора на
внешнем радиаторе или на стенке металлического корпуса. В этом
< чучае корпус симистора обязательно должен быть изолирован.
Внешний вид собранного устройства представлен на рис. 3.6; раз-
водка печатной платы регулятора показана на рис. 3.7; радиодетали
Рис. 3.4. Схема светорегулятора с сенсорным управлением (2 из 2)
56
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Сенсор SJ
а 90’-
, 30-
® f 150’-
а 90’-
30”-
1 180%
f 150’-
а 90’-
30’-
0
10 11 12 13 14 15
rVu,
^Lmax
“^Ijnin
М/ц=0
CVlo
^Lmax
-^Lmin
VL=0
i-Vlo
^Lmax
VL=0
a - фазовый угол симистора,
V|_- напряжение на контактах лампы
Рис. 3.5. Диаграммы трех режимов функционирования микросхемы
Рис 3.6. Внешний вид собранного светорегулятора
III1ФРОВОЙ СВЕТОРЕГУЛЯТОР
57
на плате размещаются в соответствии с рис. 3.8. Перечень радиодета-
лей, необходимых для сборки регулятора, приведен в табл. 3.2. '
Если схема используется как простой регулятор, то оптопара CI2
нс монтируется на плате.
Сенсорный контакт может быть изготовлен из канцелярской кноп-
ки без изоляционного покрытия. Например, можно поместить кноп-
ку па лицевой пластмассовой панели корпуса и соединить с помощью
короткого провода острие кнопки с монтажным лепестком на плате.
При уменьшении сопротивления резистора R6 от 4,7 до 1 МОм чув-
< । вительность регулятора снижается.
Неправильное подключение фазного и нулевого проводов может
< казаться не только на чувствительности кнопки, но даже и на функ-
ционировании регулятора.
Для оптимального подавления помех необходим дроссель компа-
нии SIEMENS (модели VDE0875 или VDE0550) либо компании
SCHAFFNER (модель RI406), но эти модели громоздкие. Если на-
рузка порядка 100 Вт, то в качестве альтернативного решения мож-
но намотать сотню витков эмалированного провода диаметром 0,4 мм
на тороидальный сердечник - получится необходимая индуктив-
ность 1,4-2 мГн.
11еред включением схемы регулятора необходимо проверить цепь
подачи напряжения питания микросхемы SLB587. Не устанавливая
микросхему на плату, надо подключить сетевое питание и прокон-
। ролировать, чтобы между контактами 1 и 7 напряжение было при-
мерно 5 В.
После этого можно установить SLB587 на место и включить схему.
1<ткое прикосновение пальцем к кнопке должно зажечь лампу. Если
учерживать палец на кнопке, яркость лампы будет медленно менять-
i и. а сама лампа не должна гаснуть. Она погаснет только при очеред-
ном легком дотрагивании до кнопки.
ЦИФРОВОЙ СВЕТОРЕГУЛЯТОР
( хема цифрового симисторного регулятора, собранная из несколь-
MIX обычных микросхем, позволяет регулировать яркость лампы или
। корость электромотора при нажатии на кнопку. Устройство обеспе-
чивает 9 уровней регулировки, и мощность нагрузки может превы-
шать 800 Вт.
5В
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Рис. 3.7. Разводка печатной платы светорегулятора
с сенсорным управлением
Сенсорная
кнопка
Рис. 3.8. Схема размещения радиодеталей
на плате светорегулятора
ВЕТОРЕГУЛЯТОР С СЕНСОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
59
[аблица 3.2. Перечень элементов, используемых для сборки светорегулятора
сенсорным управлением
Обозначение^ 'Наименование .Примечание
Резисторы
R1 1 кОм / 0,5 Вт
R2 1,5 МОм
R3 100 кОм
R4 470 кОм
R5 120 кОм
R6 2,2 МОм
R7.R8 4,7 МОм
R9 150 Ом /1 Вт
Конденсаторы
С1 100нФ/400 В
С2 100 мкФ/10 В
СЗ 10 нФ См. текст
С4 100 нФ
С5.С6 100нФ/400В
Стабилитрон
D1 5,6 В
Диоды
D2.D3 1N4148
Симистор
Q1 TLC2262-6A/400B
имс
СИ SLB587 (SLB586) См. текст
CI2 T1L111, CNY17 См. текст
Прочее
L1 Противопомеховый дроссель
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 1 А
SW1.SW2 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 2 шт.
SW3 Джампер + трехконтакгная колодка
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
Контактный лепесток Зшт.
60
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
При нажатии кнопки вырабатывается тактовый сигнал для деся-
тичного счетчика, используемого в качестве цифро-аналогового пре-
образователя. Аналоговое напряжение, пропорциональное числу им-
пульсов, полученных счетчиком, затем сравнивается с пилообразным
сигналом, засинхронизированным с сетевым питанием.
Во время полупериода сетевого напряжения в момент сравнения
симистор отпирается. Когда симистор находится в проводящем со-
стоянии, сетевое напряжение прикладывается к нагрузке.
Рис. 3.9. Схема цифрового светорегулятора (1 из 2)
IH1ФРОВОЙ СВЕТОРЕГУЛЯТОР
61
< >нисание схемы
Принципиальная схема этого цифрового регулятора, представлен-
ная на рис. 3.9, состоит из следующих частей: схемы питания устрой-
। на, синхронного генератора, ЦАП и каскада усиления мощности.
< \ема питания
Маломощный трансформатор понижает сетевое напряжение до 9 В.
I Ian ряжение, выпрямленное диодным мостом DI - D4, подается через
Рис. 3.9. Схема цифрового светорегулятора (2 из 2)
<52
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
диод D5 на конденсатор С1 и сглаживается на входе стабилизатора.
Постоянное напряжение 8 В снимается с выхода стабилизатора СИ,
зашунтированного конденсатором С2. Пульсирующее напряжение
с диодного моста поступает на делитель напряжения Rl, R2.
Синхронный генератор
Синхронный генератор формирует короткие импульсы с частотой
сети 50 Гц из пульсирующего напряжения со средней точки резистор-
ного делителя Rl, R2. Таким образом, транзистор Т1 открыт в тече-
ние практически всего полупериода сетевого напряжения, шунтируя
переход база-эмиттер транзистора Т2, который при этом закрыт. При
каждой смене полупериодов сетевого напряжения выпрямленное
пульсирующее напряжение в течение короткого времени имеет ма-
лую величину, часто называемую переходом через нуль питания.
В этот момент на базе транзистора Т1 напряжение меньше 0,5 В, что
приводит к его запиранию. Транзистор Т2 при этом насыщается че-
рез резистор R3.
Пока длится переход через нуль питания, насыщение транзистора
Т2 вызывает разряд конденсатора СЗ через резистор R6. Так как
постоянная времени цепи R6 - СЗ очень мала по сравнению с полу-
периодом сетевого напряжения, разряд конденсатора СЗ происходит
почти мгновенно. Это соответствует крутому, спадающему фронту
пилообразного импульса.
Когда транзистор Т2 закрывается, конденсатор СЗ начинает заря-
жаться стабильным током. Линейное изменение напряжения на кон-
денсаторе СЗ определяет схема стабилизации тока на транзисторе ТЗ,
база которого получает смещение с диода D6 и резистора R4.
Таким образом, амплитуда пилообразного импульса зависит от
коллекторного тока транзистора ТЗ, который определяется сопротив-
лением цепочки R5 - Aj 1. Регулировка амплитуды импульса осу-
ществляется с помощью подстроечного резистора Ajl.
Цифро-аналоговый преобразователь
Тактовый сигнал для двоично-десятичного счетчика CI4 вырабаты-
вается одновибратором на микросхеме таймера типа 555. Как только
на вход 2 микросхемы CI2 будет подан нулевой потенциал кнопкой
ВР, на выходе 3 установится высокий потенциал на время, определя-
емое параметрами радиоэлементов R14 и С7:
Т= l,lxR14xC7.
III1ФРОВОЙ СВЕТОРЕГУЛЯТОР
63
Во время этого периода вызванные дребезгом контактов кнопки
помехи не оказывают никакого воздействия на длительность нажа-
। ня. Действительно, если период Т превышает длительность дребез-
i.i и контакта, то время дребезга кнопки незначительно.
При включении питания происходит сброс счетчика микросхемы
<14 подачей на вход RST (RESET) короткого положительного им-
пульса от цепочки С4 - R11. В схеме используется только один из
I пух двоично-десятичных счетчиков. На вход синхронизации (CLK)
< четчика подается выходной сигнал таймера, и счетчик производит
операцию инкременирования при каждом нажатии кнопки.
Четыре выхода счетчика подключены к резисторам. Значения со-
противлений этих резисторов подобны весу четырех разрядов двоич-
но-десятичного слова или 1, 2, 4, 8 и составляют приблизительно 10,
'(), 40 и 80 кОм.
11ри подаче напряжения питания на счетчик на всех его выходах
у< ганавливается низкий уровень напряжения. Соответственно в точ-
। с суммирования резисторов R7, R8, R9 и R10 напряжение равно
нулю. В дальнейшем, чем больше импульсов поступит на счетчик,
н-м больше будет напряжение на входе 2 компаратора CI3.
Усилитель мощности
Когда напряжение ЦАП на входе компаратора CI3 превышает уро-
iKTib пилообразного напряжения синхронного генератора, то выход
> ом паратора закрыт. Оптосимистор CI5 выключен. Симистор Q1 не
пмночается и ведет себя, как разомкнутый ключ, следовательно,
i.iMiia выключена.
(’ течением времени уровень пилообразного напряжения превысит
ii.uiряжение ЦАП, компаратор переключается, насыщая свой выход-
ной транзистор (с разомкнутым коллектором).
11ри этом выходной каскад оптосимистора CI5 включается свето-
। иодом, прямой ток которого ограничивается резистором R12.
11 а симистор Q1 поступает открывающий ток, и на оставшуюся
•I.к-1 ь полупериода сетевого напряжения лампа зажигается. Этот вре-
менной интервал будет тем ближе к длительности полупериода сете-
п< и о напряжения (то есть 10 мс), чем больше фазовый угол симисто-
Р с и тем ярче будет свечение лампы.
11<>мехоподавляющий фильтр составлен из дросселя L1 и конден-
..... СЮ и подавляет помехи, вызванные коммутацией питания
и и рузки.
64
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Симистор защищен включенной между его анодами RC-цепочкой
для ограничения чрезмерного роста величины dv/dt, вызванного не
только переключением, но и при воздействии возможных скачков
сетевого напряжения.
Оптосимистор по тем же соображениям защищен цепочкой R16 - С8.
Изготовление
Разводка дорожек платы очень проста. Тем не менее во время копи-
рования необходимо обратить внимание на зону высокого напряже-
ния. Хотя низковольтная часть схемы изолирована от сетевого напря-
жения благодаря использованию оптосимистора и трансформатора,
требуется соблюдать меры безопасности.
Разводка печатной платы устройства показана на рис. 3.10, радио-
детали на плате размещаются в соответствии с рис. 3.11, внешний вид
собранного регулятора представлен на рис. 3.12. Перечень радиодета-
лей, необходимых для сборки ступенчатого регулятора, приведен
в табл. 3.3.
Рис. 3.10. Разводка дорожек печатной платы цифрового светорегулятора
ЦИФРОВОЙ СВЕТОРЕГУЛЯТОР
65
До подачи питания на схему следует закрыть держатель плавкого
предохранителя защитной крышечкой для того, чтобы предотвра-
тить риск случайного контакта с сетевым напряжением. Необходи-
мо внимательно проверить правильность размещения трех интег-
ральных микросхем. При первых испытаниях к выходу устройства
подключается лампочка накаливания на 100 Вт, а движок Ajl уста-
навливается в среднее положение.
После подключения питания загорается красный светодиод, а лам-
па нагрузки ярко светится. Если этого не происходит, необходимо сра-
зу же отключить устройство от сети и приступить к общей проверке.
Если первое включение прошло успешно, то при нажатии на кноп-
ку 9 раз должно наблюдаться уменьшение яркости лампы. На девя-
том уровне подстроечный резистор Aj 1 регулируется так, чтобы лам-
па погасла. Повторное нажатие на кнопку 8 раз приведет к слабому
s
га
Рис. 3.11 Схема размещения радиодеталей на печатной плате регулятора
66
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
Рис. 3.12. Внешний вид цифрового светорегулятора
Таблица 3.3. Перечень элементов, используемых для сборки устройства
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1.R2.R3 4,7 кОм Подстроечный
R4 470 Ом
R5 2,2 кОм
R6 1000м
R7 82 кОм
R8 ЗЭкОм
R9 20 кОм (18 кОм)
R10 10 кОм
R11 100 кОм
R12 2700м
R13 8200м
R14 2,2 МОм
R15 330 Ом
11ИФРОВОЙ СВЕТОРЕГУЛЯТОР
67
Таблица 3.3. Перечень элементов, используемых для сборки устройства (окончание)
Обозначение Наименование Примечание
R16 4700м Подстроений
R17 1500м/1 Вт
4,7-10 кОм
Конденсаторы
С1 220 мкФ/16 В
С2 47 мкФ/10 В
СЗ 470 нФ
С4, С6, С7 100 нФ
С5 220 нФ
С8 47нФ/400В
С9.С10 100нФ/400В Класса Х2
Диоды
D1-D5 1N4001-.4007
D6 Красный светод иод
Транзисторы
Т1.Т2 ВС548, ВС237, ВС547
тз ВС558С, ВС547С
Симистор
Q1 BT137-F, 8 А/400 В или 600 В Изолированный
имс
О1 78108(7808} Стабилизатор на 8 В
CI2 NE555, LM555
CI3 LM311
СИ 4518
05 МОС3021 (МОС3020)
Прочее
TR1 Трансформатор 220В/9В-2ВА
L1 Противопомеховый дроссель 5 А для симистора
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 4 А
SW1.SW2 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 2 шт.
Радиатор ML33
Держатель для плавкого предохранителя 5x20 для печатного монтажа
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
Контактный лепесток 2 шт.
Пусковая кнопка
68
ПЛАВНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ СВЕТА
свечению нити накала лампы. Регулировка напряжения на контакте 3
микросхемы CI3 (или на выводах конденсатора СЗ) подстроечным
резистором Ajl на уровне 2 В может быть проведена с помощью
цифрового мультиметра.
Для управления нагрузкой мощностью больше 200 Вт для симис-
тора потребуется радиатор. При замене рекомендуемого радиатора
типа ML33 другим следует учитывать и максимальную нагрузку,
и тепловое сопротивление радиатора.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
ВОЗМОЖНОСТИ
ЦВЕТОМУЗЫКИ
Инфракрасное управление 70
Радиоуправление 74
Микрофонный усилитель 82
«Бегущая строка» с управлением 86
Радиоуправление «бегущей строкой» 92
Источник питания 12В/100мА 100
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
70
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
ИНФРАКРАСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
С помощью пульта от бытовой аппаратуры можно управлять регуля-
торами, о которых рассказано в предыдущей главе, используя описы-
ваемое ниже согласующее устройство.
Достаточно, например, направить пульт ДУ от телевизора или
hi-fi проигрывателя на регулятор, оснащенный этим инфракрасным
приемным модулем, для того чтобы зажечь, погасить или изменить
яркость освещения.
Данный малогабаритный модуль, использующий инфракрасное
излучение, может дополнить симисторный регулятор любого типа.
Принцип этого дистанционного управления заключается не в рас-
познавании кода, а в обнаружении излучения инфракрасного света,
поступающего на модуль. Инфракрасное дистанционное управление
является направленным, и инфракрасный приемный модуль регуля-
тора необходимо поместить за пределами аппаратуры с дистанцион-
ным управлением. Например, не следует устанавливать модуль на
телевизоре, если он управляется с помощью пульта ДУ. Лучше помес-
тить приемный модуль в другом конце комнаты, например на полу.
Рис. 4.1. Электрическая схема приемника инфракрасного излучения (1 из 2)
I ИНФРАКРАСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
71
В модуле предусмотрено несколько выходов для управления раз-
личными типами регуляторов. Так, например, пусковую кнопку сту-
пенчатого регулятора можно заменить транзистором с открытым
коллектором. В цепь этого транзистора (выходы D и R) может быть
подключена оптопара сенсорного регулятора, а светодиод D4 позво-
ляет визуально контролировать инфракрасное излучение.
В конце главы рассмотрен маломощный источник питания для
инфракрасного модуля, когда он используется вместе с сенсорным
регулятором.
Описание схемы
Схема приемника инфракрасного излучения, представленная на
рис. 4.1, собрана на счетверенном операционном усилителе.
Два первых каскада усиливают сигнал, принятый фотодиодом D1,
смещенным в обратном направлении. Питание чувствительной цепи
фотодиода осуществляется через сглаживающий фильтр Rl, С1.
Полезный сигнал с нагрузочного резистора R2 подается на неинвер-
гпрующий вход микросхемы СИ/С через высокочастотный фильтр,
Рис. 4.1. Электрическая схема приемника инфракрасного излучения (2 из 2)
72
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
составленный из резистора R6 и разделительного конденсатора С4.
Эта фильтрация ослабляет влияние помехового излучения окружаю-
щего освещения, частота которого, как правило, равна частоте сете-
вого напряжения (50 Гц) или кратна ей (100 Гц) и даже выше, когда речь
идет о более мощных источниках помех - люминесцентных лампах.
Вход 10 микросхемы СИ/С имеет постоянное смещение пример-
но на +5 В с резистора R5, составляющего делитель напряжения R3,
R4, R5. Конденсатор С2 обеспечивает фильтрацию этого смещения.
На постоянном токе усилитель СИ/С благодаря разделительному
конденсатору СЗ ведет себя как повторитель напряжения, следова-
тельно, на его выходе потенциал примерно равен 5 В, и на постоян-
ную составляющую накладывается усиленный сигнал с фотодиода.
С другой стороны, подавление низкочастотных помех определяет-
ся нижней частотой среза этого каскада, которое зависит от номина-
лов конденсатора СЗ и резистора R8.
Коэффициент усиления СИ/С зависит от соотношения сопротив-
лений резисторов R7 и R8 и 1 + R7 / R8 = 100.
Следующий каскад на микросхеме СИ/В включен как инвертиру-
ющий операционный усилитель и получает смещение с резистора R5
через резистор R11 аналогично усилителю СИ/С. Конденсатор С5
обеспечивает развязку по постоянному току и вместе с резистором
R9 определяет нижнюю частоту среза этого каскада.
Коэффициент усиления второго каскада устанавливается с по-
мощью подстроечного резистора Aj 1. Расчетная величина на посто-
янном токе для него следующая: (Aj 1 + R10) / R9. Это значение на-
ходится в диапазоне от 10 и до 1010, но будет ограничено полосой
пропускания операционного усилителя.
Применение двух усилителей приводит к большому усилению,
которое, как правило, вызывает насыщение выхода 7 операционного
усилителя СИ/В.
Для исключения этого явления другой операционный усилитель
С И/А включен как компаратор напряжения. Сигнал с диода D1 пос-
ле усиления сравнивается с порогом, установленным резисторным
делителем R3, R4, R5. Если величина сигнала, поступающего от
СИВ, превышает порог приблизительно равный 8,5 В, то происходит
переключение выхода 1 компаратора СИ/А в соответствии с посту-
пившим инфракрасным сигналом.
Одновибратор
К выходу компаратора CI 1 /А подключен компаратор на операционном
усилителе CI1/D, выполняющий функцию одновибратора. Каждый
। // 1ФРАКРАСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
73
p.i.i, когда на выходе компаратора СИ/А устанавливается низкий
\ ровень сигнала, конденсатор С7 начинает заряжаться через резистор
К* 12. До тех пор пока напряжение на конденсаторе не достигнет зна-
чения 8,5 В, на выходе CI1/D высокий уровень сигнала. Как только
н.п (ряжение на С7 превысит потенциал вывода 12, выход CI1/D пе-
реключается и на нем вновь устанавливается низкий потенциал. Дли-
кмьность импульса на выходе определяет постоянная времени цепи
К 12- С7.
/ !нтегрирующая схема
। и гнал, полученный от одновибратора, затем интегрируется схемой,
< нетоящей из диода D3, конденсатора С8 и резисторов R13 и R14. Во
время высокого потенциала на выводе 14 одновибратора конденса-
। пр С8 заряжается через диод D3, который предотвращает его разряд
н<> цепям выходного каскада CI1/D. Резисторы R13 и R14 разряжа-
к 11 конденсатор С8 при отсутствии сигнала и во время отключения
одновибратора. Этот разряд происходит достаточно медленно, так
чк> напряжение на С8 поддерживается повторяющимися импульса-
ми, которые вырабатываются одновибратором.
правляющий каскад
'1.о тех пор пока конденсатор С8 остается заряженным, базовый ток
< । х тавного транзистора Т1 достаточен для его насыщения. В зависи-
мости от схемы управляемого каскада предусмотрены различные ва-
рианты подключения коллекторной цепи транзистора Т1.
Например, в оптопаре диод включается последовательно со свето-
। иодом D4, а резистор R15 будет ограничивать ток. Таким образом,
«.лк только принимается сигнал, светодиод зажигается, а на диод оп-
опары подается питание.
I (зготовление
При закупке радиодеталей желательно приобрести фотодиод, в кор-
пусе которого имеется фильтр для ограничения влияния окружающе-
ю искусственного освещения.
Уменьшить воздействие помех от некоторых видимых световых
излучений можно также с помощью размещения дополнительного
инфракрасного фильтра на лицевой панели корпуса регулятора.
Еще можно поместить инфракрасный диод в поливинилхлорид-
ную трубку маленького диаметра и 3-5 см длиной, для того чтобы
i.i генить диод от искусственного освещения.
74
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Разводка печатной платы приставки показана на рис. 4.2, радиоде-
тали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.3, а внешний вид
собранного устройства представлен на рис. 4.4. Перечень радиодета-
лей, необходимых для сборки этого интерфейсного устройства, при-
веден в табл. 4.1.
Единственная настройка заключается в регулировке резистора Ajl
таким образом, чтобы уменьшить влияние световых излучений. Для
этого надо соединить контакты D и R и вращать резистор Aj 1 до тех
пор, пока светодиод D4 не погаснет.
Затем, если направить инфракрасный луч на модуль, светодиод
должен зажечься. При необходимости можно снизить чувствитель-
ность инфракрасного приемника еще больше, уменьшив сопротивле-
ние резистора Aj 1.
Для управления ступенчатым регулятором надо, во-первых, соеди-
нить контакт С управляющей схемы с контактом (ВР+) пусковой
кнопки на плате регулятора и, во-вторых, соединить друг с другом
общие шины обеих плат.
Для управления сенсорным регулятором необходимо соединить
контакт R управляющей схемы с контактом К на плате регулятора
и контакт + управляющей схемы с контактом А оптопары.
В последнем случае инфракрасный модуль должен питаться на-
пряжением +12 В, как это описано в конце главы.
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ
Радиопередатчик позволяет со значительного расстояния управлять
освещенностью комнаты, вследствие чего отпадает необходимость
в соединительных проводах между пультом управления освещением
и лампами. С помощью такого устройства можно задавать освещен-
ность какого-нибудь места из зала, из дома, из сада...
Радиоприемник может управлять цифровым или сенсорным регу-
лятором (см. предыдущую главу).
Передатчик и приемник выполнены в гибридном модуле SIL, что
позволяет припаивать их непосредственно на печатную плату. Ис-
пользование таких модулей, настроенных на частоту 433,92 МГц, на-
поминает применение простой интегральной микросхемы. Внутри
схемы данный модуль можно рассматривать как простой электрон-
ный радиоэлемент, у которого есть вход и выход.
Дистанционным управлением с помощью радиоволн может быть
оснащен собранный ранее регулятор. Устройство для дистанционно-
го управления включает в себя кодер, который выдает НЧ сигнал, по-
ступающий на модулирующий вход модуля передатчика.
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ
75
Рис. 4.2. Разведка печатной платы
приставки
Рис. 4.3. Схема размещения
радиодеталей на плате
Рис. 4.4. Внешний вид собранной приставки
Принятый с помощью приемника сигнал декодируется. Если по-
лученный код правильный, то запускается одновибратор. Он управ-
ляет транзистором с открытым коллектором и допускает несколько
вариантов включения нагрузки. Таким образом, приемный модуль
может быть подключен к регуляторам различных типов.
76
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Таблица 4.1. Перечень элементов, используемых для сборки устройства
Обозначение, Наименование , . Примечание
Резисторы
R1 4,7 кОм
R2, R6, R11 100 кОм
R3, R4, R10 10 кОм
R5.R7 15 кОм
R8 1500м
R9 1 кОм
R12, R14 22 кОм
R13 68 кОм
R15 3300м
А)1 1 МОм, 470 кОм
Конденсаторы
С1 4,7 мкФ/25 В
С2 10мкФ/16В
СЗ 1 мкФ/16 В
С4 680 пФ
С5 100 нФ
С6 22мкФ/16В
С7 10 нф
СЗ 1 мкФ/25 В
Диоды
D1 BPW41 Приемный инфракрасный диод
D2.D3 1N4148
04 Красный светодиод
Транзистор
Т1 ВС517 п-р-п транзистор Дарлингтона
имс
СИ LM324
Прочее
Контактный лепесток 6 шт.
Описание схемы
Радиопередатчик
Электрическая схема радиопередатчика представлена на рис. 4.5.
Микросхема ММ53200 или UM3750, у которой диапазон рабочих
напряжений более широкий (3-11 В против 7-11 В у ММ53200),
используется для кодировки сигнала, подаваемого на вход Тх моду-
ля радиопередатчика.
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ
77
Кодировка осуществляется 12-разрядным двоичным словом, что
дает возможность получить 4096 вариантов кода.
Каждый контакт микросхемы ММ53200 с 1 по 12 соответствует одно-
му разряду 12-разрядного двоичного слова. Каждый кодовый вход мож-
но соединить с общей шиной или оставить неподключенным и тем самым
определить вариант кода. Соединение осуществляется либо с помощью
микропереключателя, либо перемычками, либо припайкой к плате.
При нажатии на пусковую кнопку ВР1 подается питание на устрой-
ство дистанционного управления, и AM-передатчик CI2 передает
установленный код. Светодиод снижает напряжение 12 В от гальва-
нического элемента до допустимой для интегральной микросхемы ве-
личины, а также позволяет убедиться в работоспособности устрой-
ства. Резистор R2 обеспечивает необходимый ток через светодиод
D1. Развязка по питанию микросхемы СИ обеспечивается конденса-
тором С2, а НЧ модуля - конденсатором СЗ.
Приемник
Схема радиоприемника представлена на рис. 4.6.
Гибридный приемный модуль СИ формирует на выходе 14 сигнал
TTL, который выделяется в результате демодуляции принятого 12-раз-
рядного кода и подается на вход 16 декодера CI2. Он закодирован
78
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
с помощью переключателя SW1 уровнями напряжения на входах с 1
по 12, так же как и устройство дистанционного управления.
Декодер CI2 должен быть типа UM3750, так как в схеме приемно-
го модуля используется только одно питающее напряжение 5 В.
Как только код будет распознан, на выходе 17 CI2 установится
низкий потенциал и одновибратор CI3 типа 555 запустится. На вы-
ходе 3 этой микросхемы на период t = 1,1 х R2 х С2 установится вы-
сокий уровень напряжения величиной около 4 В и сохранится до тех
пор, пока на входе 2 вновь не установится высокий потенциал, то есть
до тех пор, пока будет приниматься правильный код. Эта особенность
позволяет производить непрерывное управление регулятором.
Выходной каскад на транзисторе работает в ключевом режиме. Его
коллектор оставлен открытым, что позволяет реализовывать различ-
ные конфигурации управления.
Изготовление
Благодаря малому числу радиодеталей и отсутствию настройки об-
легчается изготовление радиоуправляемого регулятора.
В целях экономии вместо микропереключателей можно устано-
вить перемычки.
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ
79
Передатчик, питаемый гальваническим элементом на 12 В, может
быть размещен в маленьком корпусе от устройства дистанционного
управления.
Оснащение платы приемника антенной длиной 1/4 приведет к уве-
личению дальности радиосвязи. Для этого вполне подойдет жесткий
провод длиной 17 см. К цифровому регулятору (рис. 3.9) приемное
устройство подключается следующим образом: контакт С соединяет-
ся с контактом ВР+ пусковой кнопки, a V+ - с выходом 3 СИ на пла-
те регулятора, от которой запитывается плата приемника.
Для управления сенсорным регулятором (рис. 3.4) нужно соеди-
нить контакт R управляющего устройства с контактом К регулятора
и контакт D с контактом А оптопары. Для питания приемного моду-
ля можно использовать источник питания е напряжением 12 В, опи-
сание которого представлено в конце этой главы.
Разводка печатной платы радиоприемника показана на рис. 4.7, ра-
диодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.8, внешний вид
собранного устройства представлен на рис. 4.9. Перечень радиодеталей,
необходимых для сборки приемного модуля, приведен в табл. 4.2.
Разводка печатной платы радиопередатчика показана на рис. 4.10,
радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.11. Пере-
чень радиодеталей, необходимых для сборки передающего модуля,
приведен в табл. 4.3.
Таблица 4.2. Перечень элементов, используемых для сборки приемного модуля
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 100 кОм
R2 2,2 МОм
R3 ЮкОм
R4 100 Ом
Конденсаторы
С1 180 пФ
С2 100 нФ
СЗ 220 нФ
С4.С5 22мкФ/25В
Диоды
D1 Красный светодиод
Транзистор
и ВС337,2N2222, ВС548
имс
СИ Приемный модуль ДМ на 433,92 МГц, MIPOT
CI2 UM3750
80
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ возможности ЦВЕТОМУЗЫКИ
Таблица 4.2. Перечень элементов, используемых для сборки приемного модуля
(окончание)
Обозначение Наименоввние . ... ... .Примечание •'
CI3 NE555, LM555
СИ 7805 Стабилизатор на 5 В
Прочее
SW1 3-, 9-контаюгный микропереключатель Или перемычки
Контактный лепесток 6 шт.
Рис. 4.7. Разводка печатной платы радиоприемника
Рис. 4.8. Схема размещения радиодеталей на плате радиоприемника
81
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ
Рис. 4.9. Внешний вид собранного приемного модуля
Рис. 4.10. Разводка печатной платы передающего модуля
Рис. 4.11. Схема размещения радиодеталей на плоте передающего модуля
82
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Таблица 4.3. Перечень элементов, используемых для сборки передающего модуля
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 100 кОм
R2 1 кОм
Конденсаторы
С1 180 пФ
С2 47 нФ
СЗ 100 нФ
Диоды
D1 Красный светодиод
имс
СИ UM3750, ММ53200
CI2 Передающий модуль AM на 433,92 МГц, MIPOT
Прочее
ВР1 Пусковая кнопка 1Т для печатного монтажа
SW1 Двухконтакгный зажим для печатного монтажа
SW2 2-, 9-контактный микропереключатель Или перемычки
МИКРОФОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Разделительные трансформаторы, обеспечивающие передачу музы-
кального сигнала на схему цветомузыкальной установки, не выдер-
живают случайных скачков мощности, из-за чего может отказать вся
установка.
Микрофонный усилитель снимает эти проблемы. Он подключает-
ся к цветомузыкальной установке, что исключает связь между цвето-
музыкальной установкой и НЧ усилителем. Таким образом, можно
не опасаться повреждения усилителя коротким замыканием, вызван-
ным сгоревшим трансформатором.
Благодаря микрофонному усилителю выход громкоговорителя
НЧ усилителя больше не подключается к разделительному транс-
форматору. Гальваническая развязка между НЧ усилителем и цвето-
музыкальной установкой еще лучше, поскольку НЧ сигнал воспри-
нимается микрофоном. Слабый сигнал (около одного милливольта),
снимаемый с микрофона, предварительно усиливается операцион-
ным усилителем и подается на усилитель звуковой частоты.
МИКРОФОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
83
Описание схемы
Электрическая схема микрофонного усилителя приведена на рис. 4.12.
Для сборки усилителя достаточно двух интегральных микросхем
в корпусе с 8 выводами. Традиционный ОУ типа LM741 обеспечива-
ет необходимое предусиление для CI2 типа ТВА820М с максималь-
ной выходной мощностью 2 Вт.
Рис. 4.12. Электрическая схема микрофонного усилителя
Предусилитель
Электретный микрофон питается через развязывающий фильтр R4,
С2, а его рабочий ток задается резистором R5. Сигнал, снимаемый
с микрофона Ml, подается на неинвертирующий вход операционно-
го усилителя.
На вход усилителя через резистор R3 с делителя напряжения R1,
R2 подается напряжение смещения, равное половине напряжения
питания. Таким образом, при однополярном питании операционного
усилителя на его выходе имеется постоянное смещение, равное по-
ловине напряжения питания, на которое накладывается НЧ сигнал.
84
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Развязывающие конденсаторы СЗ и С4 обеспечивают режим опера-
ционного усилителя по постоянному току.
Коэффициент усиления А предусилителя зависит от соотношения
величин резисторов R6 и R7, а именно:
А = 1 + R7 / R6.
Усилитель
Интегральная микросхема CI2 является НЧ усилителем, способным
развивать на нагрузке 4 Ом мощность до 2 Вт.
Коэффициент усиления по напряжению микросхемы ТВ А820М опре-
деляется номиналом резистора R.8. При сопротивлении этого резисто-
ра 33 Ом коэффициент усиления микросхемы CI2 почти максималь-
ный, порядка 50 дБ, что соответствует усилению примерно в 300 раз.
Полоса пропускания определяется номиналами элементов R8 и С8.
Корректирующая цепочка R9 - С9 на выходе усилителя устраня-
ет его самовозбуждение.
Конденсатор С7 ослабляет пульсации питающего напряжения.
Изготовление
Во время монтажа радиодеталей необходимо правильно подключить
микрофон, так как ошибка может привести к выходу его из строя. От-
рицательный полюс (-) электретного микрофона, как правило, со-
единяется с корпусом, тогда как положительный полюс (+) иногда
помечается красной меткой.
Для питания усилителя требуется напряжение от 9 до 15 В, и уси-
литель можно [запитать от цветомузыкальной установки или не-
стабилизированного сетевого блока питания. При этом необходимо
убедиться в том, что аппарат может обеспечить дополнительный ток.
В действительности дешевые цветомузыкальные установки имеют
нестабилизированное питание, часто без развязки с сетевым напря-
жением. Поэтому будьте очень осторожны!
Разводка печатной платы приставки показана на рис. 4.13, радио-
детали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.14. Перечень
радиодеталей, необходимых для сборки микрофонного усилителя,
приведен в табл. 4.4.
Окончательная регулировка громкости осуществляется при помо-
щи подстроечного резистора Aj 1, сопротивление которого находится
в пределах между 10 и 220 кОм.
МИКРОФОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
85
Рис. 4.13. Разводка печатной платы микрофонного усилителя
Рис. 4.14. Схема размещения радиоэлементов на плате микрофонного усилителя
Таблица 4.4. Перечень элементов, используемых для сборки усилителя
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1.R2.R4 10 кОм
R3 20 кОм
R5 4,7 кОм
R6 1 кОм
R7 47 кОм
R8 33 Ом
R9 Юм
АН 220 кОм См. текст
Конденсаторы
С1.С2.С4 10 мкФ/ 16 В
СЗ 470 нФ
С5 1 мкФ/16 В
86
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Таблица 4.4. Перечень элементов, используемых для сборки усилителя (окончание)
Обозначение Наименование. Примечание
С6 100 мкФ/16 В
С7 47мкФ/16В
С8 47 пФ
С9 220 нФ
СЮ 470мкФ/16В
С11 100 нФ
С12 100 мкФ/25 В
имс
СИ LM741,TL061
CI2 ТВА820М
Прочее
М1 Электретный микрофон С двумя клеммами
Трехконтаюный зажим для печатного монтажа
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» С УПРАВЛЕНИЕМ
Это управляющее устройство позволяет заменить сигнал синхрони-
зации любой «бегущей строки» другим сигналом, частота которого,
а также скорость пробега огней автоматически меняется в соответ-
ствии с громкостью музыки.
Сила звука музыкального сопровождения улавливается электрет-
ным микрофоном. Затем сигнал усиливается, подвергается одно-
полупериодному выпрямлению и интегрируется. Преобразованный
таким образом сигнал применяется для управления генератором
(ГУН).
Изменения интенсивности окружающих звуков определяют час-
тоту выходного сигнала ГУН. Это и есть новый сигнал синхрониза-
ции для «бегущей строки».
Описание схемы
Электрическая принципиальная схема управляющего устройства
приведена на рис. 4.15.
Звук, преобразованный микрофоном, усиливается двумя последо-
вательными каскадами на операционных усилителях (СИ/В и СИ/С).
Для получения максимального динамического диапазона они смеща-
ются на половину напряжения питания с помощью делителя Rl, R2.
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» С УПРАВЛЕНИЕМ
87
Ко входу синхронизации
бегущей строки
Рис. 4.15. Электрическая схема управляющего устройства
88
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Коэффициент усиления по напряжению определяется номиналами
радиоэлементов R7, R6, Р1 и R9, R10. Частоты срезов заданы вели-
чиной емкостей конденсаторов связи СЗ, С4 и С5.
Усиленный сигнал подвергается затем однополупериодному вы-
прямлению третьим операционным усилителем CI1/D. Четвертый
усилитель микросхемы CI1/A не используется' Выпрямленный сиг-
нал сглаживается цепью R13 - С7.
ГУН
Частота сигнала на выходе CI2 зависит от управляющего напряже-
ния, поданного на его вход 9.
Благодаря специальному выбору эквивалентной емкости конден-
саторов С8 и С9 частота выходного сигнала ГУН находится в преде-
лах 0,5-10 Гц. Чтобы получить емкость неполярного конденсатора
приблизительно 10 мкФ, два электролитических конденсатора С8
и С9 включены последовательно, но отрицательными полюсами.
Желаемые границы частоты устанавливаются с помощью подстро-
ечных резисторов: Aj 1, определяющего минимальную частоту, и Aj2,
устанавливающего максимальную.
Эмиттерный повторитель на транзисторе Т1 и делитель напряже-
ния R15, R16 согласуют выход 4 микросхемы CI2 с выходом синхро-
низации Н, совместимым с TTL.
Совместимый с TTL сигнал подходит для «бе1ущих строк», питае-
мых напряжением 5 В.
Изготовление
Для проверки собранного устройства не требуются измерительные
приборы. Однако проконтролировать работоспособность НЧ усили-
теля можно, подключив осциллограф или мультиметр между общей
шиной и контактом 9 микросхемы CI2. В зависимости от уровня зву-
ка, воспринимаемого микрофоном, и чувствительности, отрегулиро-
ванной с помощью потенциометра Р1, измеряемое напряжение долж-
но изменяться от нулевого при отсутствии звука и до нескольких
вольт при его наличии.
Для подстройки частотного диапазона ГУН желательно подклю-
чить цветомузыкальную установку «бегущая строка» к плате этой
приставки.
Если напряжение питания приставки и цветомузыкальной уста-
новки одинаково и равно 5 В, то резистор R15 следует заменить пе-
ремычкой. Если напряжение питания бегущей строки отличается от
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» С УПРАВЛЕНИЕМ
89
5 В, надо соответствующим образом изменить номиналы резисторов
делителя R15, R16.
Величину сигнала синхронизации на контакте Н можно опреде-
лить по формуле:
VH = V* х R16 / (R15 + R16),
где V+ — напряжение питания этой платы.
Напряжение VH обычно выбирается равным напряжению питания
цветомузыкальной установки.
470 Ом < R15 + R16 < 2,2 кОм.
Внешний вид собранного устройства представлен на рис. 4.16, раз-
водка печатной платы приставки показана на рис. 4.17, радиодетали
на плате размещаются в соответствии с рис. 4.18. Перечень радиоде-
талей, необходимых для сборки приставки, приведен в табл. 4.5.
Вначале движки подстроечных резисторов Ajl и Aj2 устанавлива-
ются в среднее положение.
В тишине (или с закороченным микрофоном) Ajl подстраивается
таким образом, чтобы движение огней или просто мигание светодио-
да происходило медленно.
Далее при максимальной громкости и в шумной обстановке Aj2
регулируется так, чтобы наблюдалось быстрое перемещение огней.
Рис. 4.16. Внешний вид управляющего устройства
90
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Рис. 4.17. Разводка печатной платы управляющего устройства
Чувствительность микрофона
Рис. 4.18. Схема размещения радиодеталей на плате управляющего устройства
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» С УПРАВЛЕНИЕМ
Таблица 4.5. Перечень элементов, используемых для сборки управляющего устройства
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1.R2.R11 22 кОм
R3, R8, R10, R12 220 кОм
R4.R9 . 10 кОм
R5, R6, R13, R14 4,7 кОм
R7 1 кОм
R15 680 Ом
R16 4700м
Aj1 1 МОм
Aj2 47 кОм
Р1 100 кОм
Конденсаторы
С1 4,7 мкФ/25 В
С2.С4 10 мкФ/16 В
СЗ, СЮ, С11 100 нФ
С5 470 нФ
С6 220 нФ
С7 1 мкФ/25 В
С8,С9 22 мкФ/10 В
Диоды
D1 1N4148
Транзистор
Т1 ВС548, ВС237, ВС547
ИМС
СИ LM324
CI2 4046
Прочее
М1 Электретный микрофон
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
Контактный лепесток 2шт
Во время испытания в реальных условиях можно более тщательно
отрегулировать подстроечные резисторы Aj 1 и Aj2.
После этого система готова к работе
92
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ «БЕГУЩЕЙ СТРОКОЙ»
Когда требуется оживить освещение на вечере (концерте, празднике,
свадьбе, вечеринке) в очень большом помещении, необходимо раз-
местить несколько цветомузыкальных установок в разных местах
зала, порой весьма удаленных от пульта управления.
Однако желательно иметь возможность управлять в зависимости
от обстановки такой цветомузыкальной установкой, как, например,
«бегущая строка».
Приставка дистанционного управления, рассмотренная ниже, позво-
ляет регулировать на расстоянии скорость движения огней и избавля-
ет в некоторых случаях от прокладывания чрезмерно длинных соеди-
нительных проводов, которые создают дополнительные помехи.
Применение радиоканала стало возможным благодаря использова-
нию гибридных модулей SIL европейских стандартов, настроенных
на частоту 433,92 МГц. SIL можно припаивать непосредственно к пе-
чатной плате и использовать как обычные интегральные микросхемы.
Дистанционное управление заключается в распознавании опреде-
ленной частоты звука. В передатчике мультивибратор вырабатывает
сигнал синхронизации «бегущей строки», который модулируется
вторым мультивибратором более высокой частотой.
В приемнике огибающая этого модулированного сигнала декоди-
руется и выделяется переданный сигнал синхронизации «бегущей
строки».
Передающий модуль включен постоянно и, следовательно, рассчи-
тан на питание от сети. Питание приемного модуля может осуществ-
ляться от цветомузыкальной установки.
Описание схемы
Радиопередатчик
Два мультивибратора собраны на четырех логических элементах, со-
держащихся в интегральной микросхеме КМОП типа 4001 или 4011.
Частоту синхронизации «бегущей строки» (от 1 до 10 Гц) задает
первый мультивибратор (СИ/С, CI1/D), который запускает второй
на время половины своего периода.
Второй мультивибратор вырабатывает сигнал более высокой час-
тоты для модуляции сигнала синхронизации первого. Это та частота,
которая будет декодироваться в приемнике.
Результирующий сигнал от двух мультивибраторов подается на
вход модуля AM. Этот сигнал предназначен для модуляции несущей
частоты, которая будет детектироваться приемным модулем AM.
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ «БЕГУЩЕЙ СТРОКОЙ»
93
В обычной схеме мультивибратора на логических элементах КМОП,
которая представлена на рис. 4.19, частота колебаний определяется
следующим выражением:
Т = 2,2 х R х С, где 2R < R' < 10R.
Электрическая схема передающего модуля представлена на рис. 4.20.
Рис. 4.19. Упрощенная схема мультивибратора на логических элементах
Рис. 4.20. Схема передающего модуля
94
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Приемник
Электрическая схема приемного модуля представлена на рис. 4.21.
Радиоприемник CI4 выдает на выходе 14 сигнал, аналогичный
тому, который поступает на вход передающего модуля.
Этот сигнал ослабляется для того, чтобы его можно было подать
на вход тонального декодера CI5. Частота настройки этого декодера
определяется величиной сопротивления между контактами 5 и 6
и емкостью конденсатора между общей шиной и контактом 6. Дан-
ная частота соответствует выражению:
f0 ~ 1 / (1,1 х R9 х С6).
Добавляя к резистору R9 цепочку R13 - Aj2, можно регулировать
тональную частоту. Такая особенность позволяет разместить несколь-
ко приемных модулей, настроенных на один передатчик.
В микросхеме 567 выход 8 с открытым коллектором нагружен На
светодиод D3 с ограничительным резистором R10.
Светодиод является индикатором приема. Он должен мигать
в такт с сигналом синхронизации бегущей строки.
Конденсаторы С7 и С8 определяют полосу пропускания и посто-
янную времени декодера, а также осуществляют фильтрацию помех
детектирования.
Рис. 4.21. Схема приемного модуля (1 из 2)
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ «БЕГУЩЕЙ СТРОКОЙ»95
Оконечный каскад на микросхеме CI6 ограничивает воздействие
помеховых сигналов и формирует сигнал синхронизации.
Простая микросхема таймера типа 555 используется как одновиб-
ратор, а цепочка Rl 1 — СЮ запускает его и фильтрует высокочастот-
ные сигналы с выхода микросхемы 567. На выходе синхронизации
(Н) формируется TTL сигнал амплитудой 5 В.
Радиоприемный модуль CI4 требует напряжения питания 5 В, ко-
торое вырабатывается стабилизатором CI7.
Изготовление
Изготовление печатных плат и размещение радиоэлементов не вызы-
вают никаких затруднений.
Напряжение питания +V приемного модуля предпочтительнее
подключать к сглаживающему конденсатору бегущей строки.
Если бегущая строка питается напряжением +5 В, то можно за-
питывать приемный модуль от стабилизированного источника пи-
тания. В этом случае стабилизатор CI7 не устанавливается и за-
меняется перемычкой между входом 3 и выходом 1 (контакты 1 и 3
стабилизатора).
Разводка печатной платы радиоприемника показана на рис. 4.22,
радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.23.
Рис. 4.21. Схема приемного модуля (2 из 2)
96
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Рис. 4.22. Разводка печатной платы
приемного модуля
Рис. 4.23. Схема размещения радиодеталей
приемного модуля
Проверка устройства облегчается благодаря присутствию двух
светодиодов. После подачи питания па платы светодиод D2 должен
мигать быстрее или медленнее в зависимости от регулировки потен-
циометра Р1.
Приступать к регулировке необходимо через несколько секунд
после включения, чтобы установилась температура микросхем.
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ «БЕГУЩЕЙ СТРОКОЙ»97
Затем надо медленно подстраивать резистор Aj 1, расположенный
на плате передатчика, до тех пор, пока светодиод в схеме приемника
не начнет мигать. При этом следует установить движок в среднее
положение, соответствующее миганию светодиода.
Теперь, если изменить положение движка потенциометра Р1, мига-
ние светодиода D3 должно соответствовать миганию светодиода D2.
Если этого не происходит, то требуется повторить подстройку Ajl.
Следует проверить работоспособность модулей передатчика
и приемника при удалении друг от друга.
Для улучшения чувствительности приемного модуля его можно
оснастить антенной длиной 17 см. Подойдет простой жесткий провод.
После всех проверок можно подключить выход Н ко входу син-
хронизации цветомузыкальной установки «бегущая строка».
Разводка печатной платы радиопередатчика показана на рис. 4.25,
радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.26, внеш-
ний вид собранного устройства представлен на рис. 4.24. Перечень
радиодеталей, необходимых для сборки приемного и передающего
модулей, приведен в табл. 4.6.
Рис. 4.24. Внешний вид собранного передающего модуля
98
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Рис. 4.25. Разводка печатной платы радиопередатчика
Рис. 4.26. Схемо размещения радиодеталей на плате радиопередатчика
РАДИОУПРАВЛЕНИЕ «БЕГУЩЕЙ СТРОКОЙ»
99
Таблица 4.6. Перечень элементов, используемых для сборки
Обозначение • Наименование Примечание
Резисторы
R1 100 кОм
R2 15 кОм
R3 2,2 МОм
R4 100 кОм
R5 47 кОм
R6 1,5 кОм
R7 4,7 кОм
R8 4700м
R9 10 кОм
R10 330 0м
R11 22 кОм
R12 820 кОм
R13 2,2 кОм См. текст
Ajl 22 кОм
Aj2 22 кОм См. текст
PI 1 МОм
Конденсаторы
Cl 470 нФ
С2.С9 10 нФ
СЗ.С4 100 нФ
С5 100мкФ/25В
С6, СИ, С13 47 нФ
С7, С10.С12 220 нФ
С8 2,2 мкФ/25 В
С14 22 мкФ/25 В
Диоды
D1 Диодный мост 1 А/40 В
D2.D3 Светодиоды: красный, зеленый
D4 1N4148
Транзистор
Т1 ВС548, ВС337, ВС547
ИМС
СИ 4011,4001
CI2 Модуль MIPOT передатчика AM 433,92 МГц
CI3 7812
100
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Таблица 4.6. Перечень элементов, используемых для сборки (окончание)
Обозначение . 1 Наименование Примечание
СИ Модуль MIPOT приемника ДМ 433,92 МГц
CI5 LM567, NE567
CI6 NE555, LM555, TS555
07 78L05,7805 Стабилизатор на 5 В
Прочее
TR1 Трансформатор 220В/12В-2ВА
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
Контактный лепесток 4-6 шт.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 12 В / 100 мА
Платы приставок к цветомузыкальным установкам иногда требуют
вспомогательного питания. Это происходит в том случае, когда пита-
ние приставки осуществляется непосредственно от сети.
Подключение приставок к цветомузыкальным установкам в неко-
торых случаях может привести к экономии, но получаемый ток огра-
ничен несколькими десятками миллиампер. Кроме того, стабилизи-
рованное напряжение часто мало, примерно 5 В, что недостаточно
для питания усилительных схем некоторых приставок.
Описание схемы
Схема стабилизированного источника питания приведена на рис. 4.27.
Трансформатор выбирается в зависимости от желаемого значения
стабилизированного напряжения.
Для питания +12 В трансформатор должен понизить напряжение
примерно до 15 Вэфф. Затем это переменное напряжение выпрямля-
ется диодным мостом D1, после чего сглаживается конденсатором
С1. При этом на входе стабилизатора должен обеспечиваться необ-
ходимый уровень напряжения (минимальный уровень всегда должен
превышать 12 В на дополнительные 3 В, необходимые для правиль-
ного функционирования стабилизатора).
В данном случае применяется стабилизатор постоянного напря-
жения типа 7812 или 78L12. Выход стабилизатора зашунтирован
конденсатором С2 для устранения паразитной генерации.
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 12 В /100 мА
101
СП
7812
Рис. 4.27. Схема источника питания
Изготовление
Разводка печатной платы источника питания показана на рис. 4.28, ра-
диодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 4.29, внешний
вид собранного устройства представлен на рис. 4.30. Перечень радиоде-
талей, необходимых для сборки источника питания, приведен в табл. 4.7.
Единственной ошибкой может быть неправильная установка ста-
билизатора СИ.
Рис 4.28. Разводка печатной платы источника питания
Рис. 4.29. Схема размещения радиодеталей на плате источника питания
102
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦВЕТОМУЗЫКИ
Рис. 4.30. Внешний вид собранного источника питания
Таблица 4.7. Перечень элементов, используемых для сборки источника питания
Обозначение Наименование и ч Примечание
Конденсаторы
С1 100 мкФ /25 В
С2 100 нФ
Диоды
D1 Диодный мост
имс
СИ 7812 Положительный стабилизатор на 12 В
Прочее
TR1 Трансформатор 220В/15В-2ВА
SW1.SW2 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 2 шт.
После подачи питания на выходе источника должно быть напря-
жение близкое к 12 В Его можно измерить с помощью мультиметра,
установленного в режим измерения постоянного напряжения (DCV)
на пределе 20 В.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
g МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
«Волшебный фонарь»
Музыкальная «радуга»
«Электронная кобра»
104
112
121
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
104
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
«ВОЛШЕБНЫЙ ФОНАРЬ»
«Волшебный фонарь» - это регулятор, управляемый громкостью зву-
ка. Очень чувствительный микрофон улавливает малейший признак
речи или музыки. В отсутствие Музыки или шума лампа, подключен-
ная к схеме, не светится. Она постепенно загорается с нарастанием
амплитуды звукового сигнала, улавливаемого микрофоном.
Музыкальный сигнал, Преобразованный электретным микрофо-
ном, усиливается и выпрямляется, затем интегрируется, что обеспе-
чивает высокую, чувствительность схемы. Максимальный звуковой
сигнал в каждом полупериоде сетевого напряжения сравнивается
с линейно нарастающим напряжением, синхронизированным с сетью.
Как только уровень звукового сигнала превысит напряжение пилы,
симистор под управлением оптосимистора откроется и лампа за-
горится.
Описание схемы
Электрическая схема модулятора света приведена на рис. 5.1.
В состав светового модулятора входят: блок питания, генератор
пилообразного напряжения, предусилитель, преобразователь пере-
менного напряжения в постоянное и каскад усиления мощности.
Блок питания
Трансформатор мощностью 2 ВА понижает сетевое напряжение
и обеспечивает гальваническую развязку между сетью и приставкой.
Вторичное переменное напряжение величиной 9 В выпрямляется
диодами DI - D4 типа lN400x и фильтруется конденсатором С8. По-
лученное сглаженное напряжение затем стабилизируется микросхе-
мой 78L08. Конденсатор С9 обеспечивает устойчивость работы ста-
билизатора.
Генератор пилы
Синхронный генератор формирует из пульсирующего напряжения
со средней точки делителя R15, R16 короткие импульсы с частотой
сети 50 Гц. Таким образом, транзистор Т1 открыт в течение прак-
тически всего полупериода сетевого напряжения, шунтируя пере-
ход база-эмиттер транзистора Т2, который при этом закрыт. При
каждой смене полупериодов сетевого напряжения выпрямленное
пульсирующее напряжение в течение короткого времени имеет
малую величину, которую часто называют переходом через нуль
питания. В этот момент на базе транзистора Т1 напряжение меньше
«ВОЛШЕБНЫЙ ФОНАРЬ»
105
0,5 В, что приводит к его запиранию. Транзистор Т2 в это время на-
сыщается через резистор R17.
Пока длится переход через нуль питания, насыщение транзистора
Т2 вызывает разряд конденсатора СЮ через резистор R20. Так как
постоянная времени цепи R20 — СЮ очень мала по сравнению с по-
лупериодом сетевого напряжения, разряд конденсатора СЮ проис-
ходит почти мгновенно. Это соответствует крутому спадающему
фронту пилообразного импульса.
Когда транзистор. Т2 запирается, конденсатор СЮ начинает заря-
жаться стабильным током. Схема стабилизации тока на транзисторе
ТЗ, который получает смещение с диода D6 и резистора R18, опреде-
ляет линейное изменение напряжения на выводах конденсатора СЮ.
Таким образом, амплитуда пилообразного импульса зависит от
силы тока, вырабатываемого генератором тока. Сила тока определя-
ется сопротивлением цепочки R19 — Ajl. Регулировка амплитуды
импульса осуществляется с помощью подстроечного резистора Ajl.
Сигнал, снимаемый с выводов конденсатора СЮ, инвертируется
затем усилителем СИ/А для того, чтобы пилообразный сигнал был
нисходящим. И этот пилообразный сигнал подается на неинвертиру-
ющий вход компаратора CI2.
Предусилитель
Электретный микрофон питается через резистор R5 от развязываю-
щего фильтра R4, С2. Сигнал, преобразованный микрофоном Ml,
подается на прямой вход неинвертирующего операционного усили-
теля СИ/В. Вход операционного усилителя через резистор R3 сме-
щается с помощью делителя напряжения Rl, R2 на половину напря-
жения питания. Таким образом, звуковой сигнал накладывается на
постоянную составляющую равную 4 В на входе и выходе СИ/В.
Конденсаторы СЗ и С4 осуществляют развязку по переменному току
и обеспечивают режим по постоянному току. Коэффициент усиления
этого каскада зависит от значений сопротивлений резисторов R7, R6
и потенциометра Р1, с помощью которого обеспечивается необходи-
мый диапазон регулирования.
Выражение для коэффициента усиления:
Av_ = 1 + [(R6 + Pl) / R7],
Далее звуковой сигнал дополнительно усиливается вторым ОУ,
входящим в состав СИ. Всего микросхема LM324 содержит четыре
ОУ. СИ/С включен как инвертирующий усилитель, вход которого
через резистор R8 смещен так же, как п у СИ/В.
106
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
С2 R4 R1
Рис. 5.1. Электрическая схема модулятора света (1 из 2)
Модуль коэффициента усиления этого каскада определяется сле-
дующей формулой:
Av2 = RIO / R9 = 22,
поэтому выражение для полного коэффициента усиления предуси-
лителя:
А = 22 х {1 + [(R6 + Pl) / R7]}.
Преобразователь напряжения
Предварительно усиленный звуковой сигнал затем преобразуется
в постоянное напряжение, пропорциональное его амплитуде. С этой
целью каскад, состоящий из CI1/D, D7, Rll, R12, и С6, осуществля-
ет однополупериодное выпрямление сигнала, который затем инте-
грируется конденсатором С7, нагруженным на резистор R13. Посто-
янная времени R13xC7 подобрана так, чтобы произвести лучший
световой эффект.
Преобразованный сигнал подается на инверсный вход компара-
тора CI2.
Усилитель мощности
В качестве компаратора CI2 используется микросхема LM311, вы-
ходной каскад которой может работать с током до 50 мА. Кроме
того, его коллектор и эмиттер открыты. В данном случае эмиттерный
вывод 4 соединен с общей шиной. В коллекторную цепь включен
«ВОЛШЕБНЫЙ ФОНАРЬ»
107
Рис. 5.1. Электрическая схема модулятора света (2 из 2)
инфракрасный светодиод оптопары с ограничительным резистором
R14. Выходной ток при этом на уровне 22 мА.
Компаратор CI2 определяет момент срабатывания (фазовый угол)
симистора Q1 в зависимости от уровня громкости. Если ниспадаю-
щий пилообразный сигнал, вырабатываемый СИ/А, превышает уро-
вень, поданный на вход 3 компаратора CI2, то его выход будет закрыт
108
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
и ток через диод оптопары проходить не будет. При этом симистор
Q1 выключен и лампа не горит.
Напротив, как только уровень пилообразного сигнала опустится
ниже напряжения на контакте 3 компаратора CI2, оптосимистор от-
кроет симистор Q1.
Чем выше уровень НЧ сигнала, тем быстрее откроется симистор пос-
ле прохождения нуля напряжения питания и тем ярче будет светиться
лампа. Наоборот, время включения лампы в течение полупериода сете-
вого напряжения будет тем меньше, чем ниже уровень громкости.
Противопомеховый фильтр из дросселя L1 и конденсатора СИ
ограничивает помехи, возникающие из-за коммутации сетевого на-
пряжения.
Изготовление
Разводка печатной платы модулятора показана на рис. 5.2, радиоде-
тали на плате размещаются в соответствии с рис. 5.3, внешний вид
Рис. 5.2. Разводка печатной платы модулятора
«ВОЛШЕБНЫЙ ФОНАРЬ,
109
Рис. 5.3. Схема размещения радиодеталей на плате модулятора
собранного устройства представлен на рис. 5.4. Перечень радиодета-
лей, необходимых для сборки модулятора, приведен в табл. 5.1.
Во время монтажа радиодеталей следует установить две перемыч-
ки, в качестве которых можно использовать выводы резисторов.
До включения напряжения следует тщательно проверить правиль-
ность расположения всех радиоэлементов. Необходимо закрыть
плавкий предохранитель крышечкой, чтобы избежать случайного
контакта с сетью.
Сразу после включения питания светодиод должен зажечься. Если
этого не произошло, надо быстро отключить схему от сети и прове-
рить расположение радиоэлементов, их номиналы, а'также разводку
печатных проводников и качество паек.
Когда этот этап успешно завершен и светодиод засветился, следу-
ет отрегулировать подстроечным резистором Ajl напряжение на
выводах конденсатора СЮ. Оно должно быть равно примерно 2 В
no
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Рис. 5.4. Внешний вид собранного модулятора
и может быть измерено с помощью цифрового мультиметра в режи-
ме DCV на пределе 20 В. При использовании осциллографа нижний
потенциал пилообразного сигнала на контакте 1 микросхемы СИ
должен быть совмещен с нулевым уровнем; допускается незначитель-
ное сглаживание пика.
Регулировка производится с помощью потенциометра Р1, который
согласовывает чувствительность микрофона с громкостью звука
в комнате.
Если мощность управляемого устройства превышает 200 Вт, то си-
мистор следует расположить на радиаторе или на металлической
стенке корпуса устройства. В этом случае симистор обязательно дол-
жен быть моделью с изолированными выводами. Также необходимо
изолировать места припайки симистора с помощью термостойкого
покрытия или трубки.
«ВОЛШЕБНЫЙ ФОНАРЬ»
т
Таблица 5.1. Перечень элементов, используемых при сборке модулятора
Обозначение Наименование „ Примечание
Резисторы
R1.R2, R11 22 кОм
R3, R8, RIO, R12, R23, R24 220 кОм
R4.R9 10 кОм
R5, R6, R13, R15, R16, R17 4,7 кОм
R7 1 кОм
R14 270 Ом
R18 470 Ом
R19 2,2 кОм
R20 100 Ом
R21 3,3 кОм
R22 10 кОм
R25 390 Ом
41 10 кОм
Р1 100 кОм
Конденсаторы
С1 4,7 мкФ/16 В
С2,С4 10мкФ/16В
СЗ.С9.С12 100 нФ
С5.С10 470 нФ
С6 220 нФ
С7 1мкФ/16В
С8 220 мкФ/16 В
С11 100нФ/400В
Диоды
D1-D5 1144001—4007
06 Красный светодиод
D7 1N4148
Транзисторы
Т1.Т2 ВС548, ВС237, ВС547
ТЗ ВС558С, ВС547
Симистор
01 400 В или 600 В
имс
СИ LM324
CI2 Ш311
CI3 МОС3020, МОС3021
CI4 78L08,7808
112
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Таблица 5.1. Перечень элементов, используемых при сборке модулятора (окончание)
Обозначение Наименование Примечание
Прочее
TR1 Трансформатор 220В/9В-2ВА
L1 Прагивопомеховый дроссель Мод ель для симистора
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 1-3 А
SW1.SW2 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 2 шт.
Держатель для плавкого предохранителя 5x20 для печатного монтажа
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
При эксплуатации необходимо заземлить корпус модулятора не-
посредственно или через шнур питания.
МУЗЫКАЛЬНАЯ «РАДУГА»
Свет, излучаемый различными каналами цветомузыкальной установ-
ки, регулируется в зависимости от частоты и уровня громкости НЧ
сигнала, воспринимаемого микрофоном.
Благодаря использованию активных электронных компонентов
производится избирательное разделение НЧ сигнала на низкие, вы-
сокие и средние частоты.
При исчезновении звука включается четвертый канал и предот-
вращается ситуация, когда полностью отсутствует освещение зала.
При необходимости четвертый канал может быть отключен.
Полная развязка между схемой модулятора и НЧ усилителем,
с которого поступает музыкальный сигнал, обеспечивается с помо-
щью электретного микрофона.
Модулятор оснащен дополнительным входом, на который можно
подавать предварительно усиленный НЧ сигнал от магнитофона или
портативного приемника.
Три активных фильтра второго порядка разделяют музыкальный
сигнал на низкие, средние и высокие частоты. Затем производится
обработка, одинаковая для каждого канала: НЧ сигнал преобразу-
ется в постоянное напряжение, питающее диод оптосимистора.
Если ни один из оптосимисторов не включен, функционирует ин-
версный канал.
МУЗЫКАЛЬНАЯ «РАДУГА.
113
Описание схемы
Схема устройства состоит из уже описанных ранее частей: предуси-
лителя, фильтров, схем управления и усилителей мощности, иден-
тичных для каждого канала. Устройство имеет еще и инверсный ка-
нал, а также схему источника питания.
Схема питания
Для питания операционных усилителей необходимо двухполярное
напряжение. Трансформатор понижает сетевое напряжение до 2x12 В.
Средняя точка вторичной обмотки соединяется с общей шиной. На-
пряжение вторичной обмотки выпрямляется диодным мостом D5,
и с его диагонали снимается двухполярное напряжение. Фильтрация
осуществляется конденсаторами С17 и С18, а стабилизаторы CI8
и CI9 обеспечивают напряжение питания +12Ви-12В.
Конденсаторы С19 - С24 устраняют самовозбуждение интеграль-
ных стабилизаторов и дополнительно фильтруют высокочастотные
помехи (рис. 5.5).
Предусилитель
Электретный микрофон питается через резистор R2 от развязываю-
щего фильтра Rl, С1. Сигнал, преобразованный микрофоном Ml,
через разделительный конденсатор С2 поступает на резистор R3
и подается на прямой вход неинвертирующего операционного уси-
лителя CI1/D.
Коэффициент усиления этого предусилителя определяется номи-
налами резисторов R4, R5 и регулятора уровня Р1. Конденсатор СЗ
осуществляет развязку по переменному току и устраняет влияние
входного тока смещения.
Усиленный сигнал с микрофона или с регулятора громкости Aj 1
дополнительного входа через переключатель подается на вход друго-
го неинвертирующего усилителя CI2, который усиливает НЧ сигнал
в пять раз. Кроме того, он является буферным каскадом для согласо-
вания с полосовыми фильтрами.
Электрическая схема источника питания, предусилителя и филь-
тров представлена на рис. 5.5.
Фильтры
Фильтр низких частот, полосовой фильтр и фильтр высоких частот
выполнены на трех операционных усилителях микросхемы СИ.
Фильтры низких частот и высоких частот - это активные филь-
тры второго порядка Саллена и Ки, собранные на достаточно малом
114
МОДУЛЯТОРЫСВЕТА
100 nF 100 nF
Рис. 5.5. Схема источника питания, предусилителя и фильтров
МУЗЫКАЛЬНАЯ «РАДУГА»[15
количестве радиоэлементов. Частоты срезов этих двух фильтров — со-
ответственно 275 и 2500 Гц. За пределами этих частот среза ослабле-
ние сигнала составляет 40 дБ на декаду.
Полосовой фильтр второго порядка — это активный многопетлевой
фильтр Рауха. Операционный усилитель СИ/В охватывают две петли
отрицательной обратной связи. Центральная частота полосы пропус-
кания - 1 кГц, ширина полосы по уровню - от 3 дБ до 1000 Гц. Вне по-
лосы пропускания сигнал подвергается ослаблению -20 дБ на декаду.
Схема управления
Электрическая схема каскадов управления представлена на рис. 5.6.
Сигнал с каждого фильтра выпрямляется и интегрируется для по-
лучения напряжения, пропорционального силе звука определенного
диапазона частот.
Задача однополупериодного выпрямления возложена на быстро-
действующие операционные усилители CI3/A, CI3/D и CI3/C с ди-
одами DI, D2 и D3.
Операционные усилители осуществляют не только выпрямление
сигналов, но и усиливают их в два раза благодаря резисторам R16
и R19, R17 и R20, R18 и R21.
Конденсаторы СИ, С12 и С13 параллельно с потенциометрами Р2,
РЗ и Р4 выполняют интегрирование сигнала так, чтобы напряжение
на базах транзисторов Tl, Т2 и ТЗ изменялось в зависимости от гром-
кости звука
Буферные каскады на эмиттерных повторителях осуществляют
усиление тока, необходимое для включения инфракрасного светоди-
ода каждого оптосимистора Когда через этот диод протекает ток, то
симистор отпирается. Он ведет себя как замкнутый выключатель,
и лампа загорается.
Для каждого выхода, управляемого таким образом, LC-цепочка
ограничивает образование помех.
Включение инверсного канала осуществляется четвертым усилите-
лем микросхемы CI3. Он используется как компаратор напряжения.
Прямое падение напряжения включенного светодиода оптосимистора
сравнивается компаратором CI3/B с напряжением делителя R31, R32.
При отсутствии напряжения на диодах оптосимисторов на выходе
CI3/B устанавливается высокий уровень (приблизительно 10 В),
и оптосимистор CI7 открыт. Для него лучше выбрать модель с обна-
ружением нуля питания, которая ограничит возникновение помех.
J16
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Рис. 5.6. Электрическая схема управляющих каскадов
МУЗЫКАЛЬНАЯ «РАДУГА»
117
Если из трех частотных каналов один или два включены, то на вы-
ходе CI3/B напряжение примерно -10 В. Диод D4 ограничивает на-
пряжение закрытого транзистора Т4, и симистор Q4 ведет себя, как
разомкнутый выключатель. Следовательно, на выходе SW4 питание
будет отсутствовать.
Изготовление
Разводка печатной платы приставки показана на рис. 5.7, радиодета-
ли на плате размещаются в соответствии с рис. 5.8, внешний вид со-
бранного устройства представлен на рис. 5.9. Перечень радиодеталей,
необходимых для сборки приставки, приведен в табл. 5.2.
Рис. 5.7. Разводка печатной платы модулятора
ив
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Масштаб 1:1,5
Рис. 5.8. Схема размещения радиодеталей на плате модулятора
Хотя плата достаточно велика, ее изготовление не вызовет серьез-
ных проблем, и схема должна функционировать сразу после подачи
питания (безо всякой подготовки).
Симисторы следует выбирать в зависимости от максимального
значения желаемой выходной мощности. Ток управляющего элек-
трода неважен, поскольку отпирание осуществляет оптосимистор.
Если мощность в канале превышает 200 Вт, каждый симистор дол-
жен быть установлен на радиатор. На плате предусмотрено место
для вертикальных радиаторов. Модель радиатора RA117 полностью
МУЗЫКАЛЬНАЯ «РАДУГА»
119
Таблица 5.2. Перечень элементов, используемых при сборке приставки
, Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1.R6.R8 10 кОм
R2, R5 4,7 кОм
R3 220 кОм
R4 1 кОм
R7 2,2 кОм
R9, R14, R15 18 кОм
R1O.R11 15 кОм
R12, R13 33 кОм
R16, R17, R18 10 кОм
R19, R20, R21 22 кОм
R22, R23, R24 220 0м
R25, R26, R27, R34 10 кОм
R28, R29, R30, R35, R36, R37 390 Ом
R31.R33 100 кОм
R32 1 кОм
4’1 10 кОм
Р1 100 кОм
Р2-Р4 4,7 кОм
Конденсаторы
С1.СЗ 10мкФ/25В
С2 100 нФ
С4.С5 4,7 нФ
С6.С7 10 нФ
С8 47 нФ
С9 22 нФ
СЮ 2,2 мкФ/25 В
С11, С12. С13 1 мкФ/16 В
С14, С15, С16 100 нФ/400 В
С17 220 мкФ/25 В
С18 100 мкФ/25 В
С19, С20 47 мкФ/16 В
С21-С24 100 нФ
Диоды
D1 -D4 1N4148
D5 Диодный мост 1 А / 40 В
120
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Таблица 5.2. Перечень элементов, используемых при сборке приставки (окончание)
' Обозначение Наименование Примечание
Транзисторы
Т1-Т4 ВС337
Симистор
01-04 BT137-F 2-8 А/400 В или 600 В
ИМС
СИ LM324.TL084
CI2 LM741,71061
CI3 71084,71074
CI4.CI5.CI6 МОС3021 (МОС3020)
CI7 МОС3041
CI8 7812
CI9 7912
Прочее
М1 Электретный микрофон
TR1 Трансформатор 220В/2х12В-ЗВА
L1 —13 Противопомеховый дроссель На5А
F1 Плавкий предохранитель 5x20 На 10 А
SW1 -SW5 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 5 шт.
Держатель для плавкого предохранителя 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
Радиатор RA117 Для корпуса ТО220, 4 шт. См. текст
Двухпозиционньй переключатель См. текст
подходит, при этом настоятельно рекомендуется использовать си-
мистор с изолированными выводами.
Плавкий предохранитель следует закрыть крышечкой, чтобы из-
бежать удара электрическим током.
" При монтаже радиоэлементов необходимо установить пять пере-
мычек, предусмотренных на плате, за исключением, может быть, пе-
ремычки, относящейся к инверсному каналу. Ее можно заменить вы-
ключателем, который позволит отключать инверсный канал.
Во время испытаний важно проверить оба входа низкочастотно-
го сигнала. Это можно сделать непосредственно с помощью пере-
мычки на плате или двухпозиционным переключателем на перед-
ней панели устройства.
«ЭЛЕКТРОННАЯ КОБРА»
121
Рис. 5.9. Внешний вид собранной платы модулятора
«ЭЛЕКТРОННАЯ КОБРА»
«Электронная кобра» преобразует уровень звука в комнате в сигнал
вертикального линейного индикатора, высота которого меняется
в соответствии с громкостью звука. Ряд из единичных световых ин-
дикаторов включается пропорционально уровню сигнала с микро-
фона. Кроме того, яркость светящегося столба можно менять вруч-
ную. В устройстве используются распространенные и дешевые
интегральные микросхемы, поэтому стоимость его невелика.
Сигнал с микрофона после усиления и сглаживания преобразует-
ся в напряжение с уровнем, пропорциональным амплитуде сигнала.
Это напряжение подается на ряд компараторов, каждый из которых
управляет симистором.
122
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Основным узлом регулятора является генератор пилообразно-
го сигнала, синхронного с сетевым напряжением. С его помощью
вырабатывается команда на включение симистора, и при нали-
чии сигнала с компаратора происходит подача питания на лам-
пу столба.
Описание схемы
В схеме линейного индикатора использованы схемотехнические ре-
шения из модулятора света, рассмотренного в начале главы. Для того
чтобы получить более подробные объяснения по работе схемы, сле-
дует внимательно изучить функционирование модулятора света.
Обращает на себя внимание то, что в устройстве обеспечена пол-
ная гальваническая развязка путем использования оптопар и транс-
форматора питания.
Схема питания
С трансформатора TR1 низкое переменное напряжение выпрямляет-
ся диодным мостом D1 и фильтруется конденсатором С1. Напряже-
ние питания схемы величиной 8 В стабилизируется микросхемой СИ,
на выходе которой включен развязывающий конденсатор С2.
Схема регулировки
Электрическая схема блока питания и регулировки приведена на
рис. 5.10.
Генерация пилообразного напряжения осуществляется в процессе
заряда конденсатора СЗ стабильным током. Схема стабилизации
тока на транзисторе ТЗ вырабатывает зарядный ток, определяемый
номиналами резистора R5 и подстроечного резистора Ajl. Светоди-
од D3 предназначен для смещения базы транзистора ТЗ и индика-
ции функционирования схемы.
Разряд конденсатора СЗ происходит при каждом переходе через
нуль напряжения питания. Обнаружение нуля осуществляется с по-
мощью резисторов R1 и R2 и транзистора Т1, управляющего разряд-
ным транзистором Т2.
Пока уровень пилообразного напряжения не превышает значения,
установленного потенциометром Р1, компаратор CI2 (с открытым
коллектором) и транзистор Т4 закрыты. Ток через светодиоды опто-
симисторов отсутствует, и симисторы закрыты.
«ЭЛЕКТРОННАЯ КОБРА»
123
В случае, если уровень пилообразного напряжения превысит уста-
новленное Р1 значение напряжения, выход компаратора LM311 насы-
щается, транзистор Т4 открывается, и близкое к 8 В напряжение пита-
ния подается на аноды отосимисторов. С этого момента диод каждого
оптосимистора может быть в соответствии с уровнем громкости сме-
щен в прямом направлении, что приведет к отпиранию симистора.
Если срабатывание компаратора CI2 происходит в момент макси-
мального сетевого напряжения, то питание на лампы будет подавать-
ся в течение половины полупериода, а их яркость уменьшится вдвое.
Линейный индикатор
Звук, преобразованный микрофоном, проходит два усилительных
каскада и подвергается однополупериодному выпрямлению, а затем
интегрированию. Каждый каскад этого канала обработки сигнала
собран на операционном усилителе из микросхемы LM324, которая
содержит четыре ОУ.
Усредненное напряжение, пропорциональное уровню сигнала с мик-
рофона, снимается с выводов конденсатора СЮ. Последний каскад -
простой повторитель напряжения - подает это напряжение на все ин-
вертирующие входы восьми компараторов, выполненных на операци-
онных усилителях CI4 и CI5. Делитель напряжения, состоящий из
Рис. 5.10. Электрическая схема блока питания и регулировки
124
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Рис. 5.11. Электрическая схема канала обработки звукового сигнала
резисторов R24 - R32, устанавливает напряжение порога срабатыва-
ния каждого компаратора по логарифмическому закону, чтобы учесть
нелинейную чувствительность уха. Диапазон звукового сигнала от О
до -21 дБ с дискретностью между двумя индикаторами примерно 3 дБ.
Электрическая схема канала обработки НЧ сигнала приведена на
рис. 5.11, а на рис. 5.12 представлена схема линейного индикатора
с каскадами усиления мощности.
Каскад усиления мощности
Всякий раз, когда какой-либо порог превышается уровнем звукового
сигнала, все компараторы, имеющие более низкий порог срабатыва-
ния, подают разрешающий сигнал на инфракрасные диоды оптоси-
мисторов. Они включатся при наличии анодного напряжения (во
время части полупериода) с транзистора Т4.
Если диод оптопары излучает инфракрасный свет, то выходной кас-
кад оптосимистора (проводящий в обоих- направлениях) отпирается,
что вызывает запуск мощного симистора и подачу питания на лампу.
Один симистор без радиатора может управлять нагрузкой 200 Вт.
ЭЛЕКТРОННАЯ КОБРА»
125
F1/8A Сеть 220 V
Сигнал управления Регулировка
'у К трансформатору
C15
100 nF
400V
t8V
-18 dB
3,4V
OdB
13
2,4 V
-3dB
-6dB
-9dB
-12 dB
-15 dB
C14
100 nF
R28
22kfl
R25 ।
3,3 kfl
R28
1,2 kft
R24 |
15 ко
R27
1,8 кД
R29
8200
R30
580Q
12
1.8 V
1.2 V
0.8 V
0.8 V
Vxjx
0,4V
R39 2
R37 2
R36 2
C(9 I
MOC3021
270 fl
-—..
R42
----- MOC3021
270 fl
R43
1----M0C3Q21
270 fl
11____рЦ~390~О ~
«к I* / L
'--1 MOC302T_ . .
R38 г'
270 G
07
MOC3021
270 fl
R44
----- МОСЭ021
270 fl
СИО |
’МОС3021
270D
С№ |
МОСЭ021
R4S
R48
R48
R47
R31
470оН
T 0,3 V
21 dB I——
R32 ।
1 kfil
6 3________pL| 390 д П
я**0 , 2] cie |4 / I
CJ4 CIS = LM824» * -* MOQ3021
I CM. CIS = LM324
---- MOC3021
2700
-o
SWl
Рис. 5.12. Электрическая схема линейного индикатора с каскадами усиления мощности
126
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Электромагнитные помехи подавляются фильтром LI, С15, а все
каналы защищаются плавким предохранителем F1, который должен
быть правильно подобран в зависимости от суммарной нагрузки.
Предохранитель должен быть на ток 2,5 А, если подключены лампы
по 60 Вт к каждому каналу (для лампочек на 150 Вт предохранитель
должен быть на 6 А). Необходимо обратить внимание на это при вы-
боре дросселя фильтра.
Масштаб 1:1,5
Рис. 5.13. Разводка печатной платы линейного индикатора
«ЭЛЕКТРОННАЯ КОБРА»
127
Изготовление
Разводка печатной платы линейного индикатора показана на рис. 5.13,
радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 5.14. Пере-
чень радиодеталей, необходимых для сборки линейного индикатора,
приведен в табл. 5.3.
Хотя печатная плата достаточно велика, изготовление не вызовет
затруднений.
Сеть
220 V
Канал В
Канал7
Канал В
Канал 5
Канал 4
Канал3
Канал 2
Канал 1
Рис. 5.14. Схема размещения радиодеталей но плоте линейного индикатора
128
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Таблица 5.3. Перечень элементов, используемых при сборке линейного индикатора
Обозначение Наименование Примачание
Резисторы
R1.R2, R3, R10, R19 4,7 кОм
R4.R31 4700м
R5, R22, R26 2,2 кОм
R6 100 Ом
R7, R8, R17 22 кОм
R9, R15, R20, R21 10 кОм
R11.R14, R16.R18 220 кОм
R12, R13, R23, R32 1 кОм
R24 15 кОм
R25 3,3 кОм
R27 1,8 кОм
R28 1,2 кОм
R29 820 0м
R30 560 Ом
R33-R40 2700м
R41 -R48 390 0м
Ajl 4,7 кОм
Р1.Р2 100 кОм
Конденсаторы
С1 470мкФ/16В
С2, С6, С11,С12, С14 100 нФ
СЗ, С8 470 нФ
С4 4,7мкФ/10В
05, С1 10 мкФ/16 В
С9 220 нФ
СЮ 1 мкФ/16 В
С13 Ю0мкФ/10В
С15 100 нФ/400 В Класса Х2
Диоды
D1 W06.W08 Диодный мост 1А
D2 1N4001...4007
«ЭЛЕКТРОННАЯ КОБРА»
129
Таблица 5.3. Перечень элементов, используемых при сборке линейного индикатора
(окончание)
Обозначение Наименование Примечание
D3 Светодиод красный
D4 1N4148
. Транзисторы
Т1.Т2 ВС548, ВС547, ВС237
ТЗ ВС558С, ВС557С
Т4 ВС327, ВС516
Симисторы
Q1-Q8 ВТ137 3-8 А/400В
имс
СП 7808 Стабилизатор на 8 В
CI2 LM311
CI3, CI4, CI5 LM324
CI6-CI13 МОС3021 (МОС3020)
Прочее
М1 Электретный микрофон
TR1 Трансформатор 220В/9В-ЗВА
L1 Противопомеховый дросель 5 А для симистора
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 5 А
SW1 -SW9 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 9 шт.
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
При подключении питания светодиод D3 должен зажечься. В про-
тивном случае сразу же необходимо отключить питание и проверить
расположение радиодеталей, разводку печатных проводников и ка-
чество паек.
Единственная регулировка заключается в том, чтобы с помощью
осциллографа подстройкой резистора Ajl придать пилообразному
импульсу правильную форму. На выводах конденсатора СЗ при мак-
симальной амплитуде должен наблюдаться заостренный зубец (без
сглаживания пика).
130
МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА
Если нет осциллографа, надо с помощью цифрового мультиметра
на пределе измерений 20 В (DCV) подстроить резистор Ajl так, что-
бы напряжение, измеренное на конденсаторе СЗ, составляло при-
мерно 2,9 В.
Затем следует повернуть движки потенциометров Р1 и Р2 вправо
до упора, и можно подключать лампу к каждому каналу. После под-
ключения питания должны зажечься несколько ламп, особенно если
окружающий шум значителен.
Если яркость ламп уменьшается при медленном вращении ручки
потенциометра Р1 влево, то регулятор функционирует нормально.
Далее остается отрегулировать чувствительность микрофона при
помощи потенциометра Р2. В зависимости от звука, улавливаемого
микрофоном, должно наблюдаться колебание светящегося столба.
Диапазон регулирования чувствительности микрофона можно
изменить соотношением значений сопротивлений резисторов R16
и R15. При R16 = 100 кОм коэффициент усиления уменьшается
в два раза.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
Мигающий светодиод-маячок 132
Мигающие огни 133
Мигающая реклама 138
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
132
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
МИГАЮЩИЙ СВЕТОДИОД-МАЯЧОК
Эта маленькая схема заставляет мигать светодиод, питаемый непо-
средственно от сети. Уменьшить число радиоэлементов позволяет
симметричный динистор.
Описание схемы
Схема устройства представлена на рис. 6.1. Диод D1 осуществляет
однополупериодное выпрямление, позволяя заряжаться электроли-
тическому конденсатору С1 через резистор R1.
Когда разница потенциалов на выводах конденсатора С1 достига-
ет напряжения переключения симметричного динистора D2, то он
немедленно переходит в проводящее состояние и конденсатор С1
разряжается через диод D3. Светодиод D3 начинает светиться от
протекающего тока, ограниченного резистором R2.
Когда напряжение на выводах конденсатора С1 упадет до такого
значения, при котором симметричный динистор D2 запирается, на-
чинается новый цикл. При этом светодиод D3 погаснет и конденса-
тор С1 будет заряжаться заново.
о--------►»-
01
Сеть 1N4004
220 V
(SW1)
330 кС
470 С
Рис. 6.1. Схема простейшего маячка
Изготовление
Так как схема подключается к сети, то разводку дорожек, хотя и очень
простую, необходимо в точности повторить на печатной плате.
Более опытные радиолюбители могут изменить расположение ра-
диоэлементов в зависимости от того, как используется устройство.
При включении в сеть светодиод загорается не сразу. Вам необхо-
димо запастись терпением (на время заряда конденсатора С1), преж-
де чем можно будет увидеть результаты своего тяжелого труда.
Разводка печатной платы маячка показана на рис. 6.2, радиодетали
на плате размещаются в соответствии с рис. 6.3. Перечень радиодета-
лей, необходимых для изготовления устройства, приведен в табл. 6.1.
МИГАЮЩИЙ СВЕТОДИОД-МАЯЧОК
133
Рис. 6.2. Разводка
печатной платы маячка
Сеть
220 V
Рис. 6.3. Схема размещения
радиодеталей на плате маячка
Таблица 6.1. Перечень элементов, необходимых для сборки маячка
Обозначение Наименование Примечание
Резистбры
R1 330 кОм
R2 4700м
Конденсаторы
21 22мкФ/50В
Диоды
D1 1N4004...4007
D2 ST32 Симметричный динистор 32 В
D3 Светодиод
Прочее
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
В отличие от универсальных цветомузыкальных установок мигаю-
щие огни могут найти применение в устройствах сигнализации или
при оформлении витрин.
Два попеременно включающихся канала мигающих огней предна-
значены главным образом для малоиндуктивных ламп (лампочек на-
каливания на 220 В). Благодаря малым размерам и экономичной кон-
цепции сборка этой схемы доступна для всех.
Микросхема КМОП мультивибратора с противофазными выхода-
ми управляет двумя симисторами, которые при этом ведут себя как
управляемые выключатели. Частота мигания регулируется с помощью
потенциометра. Напряжение питания устройства получается непо-
средственно из сетевого напряжения.
134
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
Описание схемы
Схема устройства приведена на рис. 6.4.
Благодаря гасящему конденсатору С5, который на частоте 50 Гц
имеет сопротивление (1/Со) приблизительно 3200 Ом, ток обратно-
го смещения стабилитрона D3 ограничивается без выделения тепла.
Преимущество конденсатора в роли гасящего элемента состоит в том,
что, являясь чисто реактивным радиоэлементом (сдвиг фаз между
напряжением на его выводах и током, который проходит через него,
составляет 90°), конденсатор не рассеивает активной мощности. Ког-
да схема отключена от сети, конденсатор С5 разряжается через ре-
зистор R9.
Диоды D1 и D2 осуществляют однополупериодное выпрямление,
а конденсатор С4 фильтрует напряжение, стабилизируемое на уров-
не 4,7 В стабилитроном D3.
Резистор R8 ограничивает ток через диоды при включении пита-
ния и заряде емкости С5, особенно если в этот момент сетевое напря-
жение проходит через максимальное значение, которое составляет
около 310 В. В итоге получается низковольтное постоянное напряже-
ние питания.
Питаемый таким образом мультивибратор на микросхеме 4047
выдает на прямом Q и инверсном Q выходах сигналы с противопо-
ложными фазами.
Рис. 6.4. Электрическая схема устройства (1 из 2)
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
135
Когда на выходе устанавливается высокий уровень напряжения,
соответствующий транзистор открывается. Ток открытого транзисто-
ра является током управления симистора, протекающим через управ-
ляющий электрод и ограничительный резистор. Резисторы R4 и R5
ограничивают этот ток на уровне примерно 25 мА. Протекание отпи-
рающего тока приводит к переходу симистора в проводящее состоя-
ние, сетевое напряжение подается на соответствующий выход, и лам-
па загорается.
В другом случае, когда на выходе мультивибратора низкий уровень
напряжения, транзистор закрыт, а симистор ведет себя как разомк-
нутый выключатель, лампа гаснет.
Цепочки R6 - С2 или R7 - СЗ защищают симистор от чрезмерных
колебаний или скачков напряжения и дополнительно содействуют
его отпиранию.
Изготовление
Поскольку в устройстве отсутствует гальваническая развязка, следу-
ет соблюдать осторожность при испытании.
Разводка печатной платы устройства показана на рис. 6.5, радио-
детали на плате размещаются в соответствии с рис. 6.6, внешний вид
собранного устройства представлен на рис. 6.7. Перечень элементов,
необходимых для сборки устройства, приведен в табл. 6.2.
Рис. 6.4. Электрическая схема устройства (2 из 2)
г
136
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
Рис. 6.5. Разведка печатной платы устройства
Сеть
Рис. 6.6. Схема размещения радиодеталей на плате устройства
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
137
Рис. 6.7. Внешний вид собранного устройства
Таблица 6.2. Перечень элементов, используемых при сборке устройства
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 15 кОм
R2.R3 6,8 кОм
R4.R5 1200м
R6.R7 150 Ом/1 Вт
R8 100 Ом/1 Вт
R9 470 кОм
Р1 1 МОм
Конденсаторы
С1 1 мкФ
С2.СЗ 100 нФ/400 В
С4 470 мкФ /10 В
05 1 мкФ/400В
Диоды
D1 1N4004...4007
D2 1N4001...4007
D3 Стабилитрон 4,7-6,2 В
Транзисторы
Т1,Т2 ВС337,2N2222, ВС548
138
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
Таблица 6.2. Перечень элементов, используемых при сборке устройства (окончание)
Обозначение Наименование Примечание
Симисторы
01,02 TLC226 400 В / 600 В
имс
СП 4047
Прочее
SW1,SW2,SW3 Двухконтактный зажим для печатного монтажа Зил.
МИГАЮЩАЯ РЕКЛАМА
Внимание! Запрещается проводить работу на плате, подключенной
к сети.
Рекомендуется выбрать потенциометр с пластмассовой осью или
надеть изоляционную ручку
Мигающие огни занимают одно из главных мест в световой аран-
жировке. Эти устройства часто используются для обрамления выве-
сок и витрин, где применяются неоновые лампы.
Функционирование приставки основано на использовании сигнала
мультивибратора, управляющего переключением двух оптосимисторов.
Оба являются моделями с запуском при прохождении нуля сетевого
напряжения, что позволяет ограничить влияние на схему индуктивно-
сти трансформатора, повышающего напряжение для неоновой лампы.
Описание схемы
Постоянное напряжение питания для схемы вырабатывается непо-
средственно из сетевого напряжения. Поэтому необходимо прояв-
лять осторожность, так как сетевой провод соединен с напряжением
питания приставки.
Основное падение напряжения происходит на конденсаторе С5
благодаря его сопротивлению 3200 Ом на частоте сети'50 Гц, и этим
С5 ограничивает ток через стабилитрон.
При подаче питания конденсатор С5 заряжается. Резистор R12
ограничивает ток через диоды, что особенно важно в момент прохож-
дения сетевым напряжением максимального значения.
Конденсатор С6 фильтрует стабилизированное напряжение, полу-
ченное после однополупериодного выпрямления диодами D3 и D4.
Интегральная микросхема CI 1 - это классическая микросхема
типа 555, используемая как мультивибратор, выходная частота кото-
рого определяется номиналами элементов Cl, R1 и R2 + Р1. Посколь-
ку сопротивление резистора R1 значительно меньше эквивалентного
сопротивления R2 + Р1, то скважность импульсов близка к 0,5.
мигающая реклама
139
Частота мультивибратора определяется следующим выражением:
F = 1,44 / {[R1 + 2 х (R2 + Pl)] х С1},
при этом скважность определяется как
г = (R2 + Pl) / [R1 + 2 х (R2 + Р1)].
Оба оптосимистора CI2 и CI3 управляются от одного выхода муль-
тивибратора.
Схема приставки для неоновой лампы приведена на рис. 6.8.
Когда на выходе 3 микросхемы СИ типа 555 высокий уровень,
через светодиод D2 и инфракрасный светодиод оптопары CI3 ток не
проходит. Отпирания симистора, подключенного к этой оптопаре, не
происходит, и он ведет себя в это время как разомкнутый выключа-
тель: канал 2 не питается.
Одновременно в течение этого полупериода колебаний мультивиб-
ратора резистор R3 задает ток горящего светодиода Din диода опто-
пары С12. Отпирание симистора Q1 происходит в момент прохожде-
ния нуля питания. При этом симистор ведет себя как замкнутый
выключатель, а канал 1 подключен к сети.
Рис. 6.8. Электрическая схема приставки для неоновой лампы
140
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
Когда в течение второй половины периода на выходе СИ устано-
вился низкий уровень, состояния каналов меняются на противопо-
ложные: симистор Q1 запирается, a Q2 переходит в проводящее со-
стояние.
Правильному функционированию симисторов способствуют цепи
R9 - СЗ и RIO - С4. Назначение RC-цепочки двойное: она защищает
симистор, подавляя колебания напряжения, которые могут повлечь
за собой чрезмерную величину dV/dt, и улучшают условия отпира-
ния симистора, пропуская анодный ток при разряде конденсатора
(СЗ или С4). Таким образом, к моменту отпирания гарантируется
появление тока, поддерживающего проводимость симистора. Это
особенно полезно при работе на индуктивную нагрузку, вызываю-
щую задержку тока проводимости симистора при отпирании.
Значения элементов RC-цепочки определяются характером на-
грузки и характеристиками симистора. Предложенные значения
(150 Ом и 100 нФ) подходят, как правило, к большинству симисто-
ров и в большинстве приложений.
С некоторыми качественными симисторами RC-цепочку можно не
использовать. Компания SGS-Thomson предлагает неискрящие си-
мисторы, отвечающие этому критерию и обозначаемые суффиксом W.
Например, ВТА 08-600 CW - это симистор на 8 А / 600 В, который
не нуждается в защитной RC-цепочке. Буква «С» уточняет чувстви-
тельность управляющего электрода симистора (С: 35 мА в режиме I,
II и III), а буква «W» указывает на то, что симистор принадлежит
к семейству неискрящих приборов.
Изготовление
Разводка печатной платы устройства показана на рис. 6.9, радиодетали
на плате размещаются в соответствии с рис. 6.10. Перечень радиодета-
лей, необходимых для изготовления приставки, приведен в табл. 6.3.
Следует аккуратно скопировать рисунок печатной платы, так как
сетевое напряжение присутствует на плате повсюду.
В целом сборка очень проста. До подключения питания следует про-
вести тщательную проверку расположения полярных радиоэлементов:
диодов, электролитических конденсаторов и интегральных микросхем.
Рекомендуется использовать потенциометр Р1 с пластмассовой осью.
При первых испытаниях к каждому каналу подключается лампоч-
ка накаливания на 60-100 Вт.
После включения питания одна из двух ламп должна загореться. Если
этого не произошло, необходимо быстро отключить плату от сети и тща-
тельно проверить собранную схему: расположение радиоэлементов
и разводку дорожек.
МИГАЮЩАЯ РЕКЛАМА
141
Рис. 6.9. Розводко печатной платы приставки
Рис. 6.10. Схема размещения радиодеталей на плате приставки
142
МИГАЮЩИЕ ОГНИ
Таблица 6.3. Перечень элементов, необходимых для сборки приставки
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 680 Ом
R2 68 кОм
R3.R4 2200м
R5-R8 3900м См. текст
R9.R10 150 Ом/1 Вт
R11 470 кОм
R12 ЮООм/1Вт
Р1 1-2,2 МОм-А См. текст
Конденсаторы
С1 1 мкФ/10 В
С2 220 нФ
СЗ.С4 100 нФ/400 В
С5 1 мкФ/400 В
С6 470мкФ/10В
Диоды
01 Светодиод Красный
D2 Светодиод Зеленый
D3 BZX85C4V7...6V2
D4 1N4001...4007
Симистор
01. Q2 ВА/600В
имс
СП NE555, LM555, TS555
CI2, CI3 МОС3021
Прочее
SW1.SW2, SW3 Двухконтапный зажим для печатного монтажа Зшт.
Радиатор ML26 2 шт.
Максимальная нагрузка на канал - 200 Вт. Симисторы в изолиро-
ванном корпусе типа ТО220 следует расположить на радиаторе.
Внимание! Запрещается выполнять работу с приставкой для нео-
новой лампы под напряжением, так как сетевое напряжение 220 В
связано с низковольтным напряжением схемы.
Замедлить темп мигания приставки можно, увеличив сопротивле-
ние потенциометра Р1 до 2,2 МОм.
Если отпирание симистора нарушается нагрузкой с большой ин-
дуктивностью, то следует уменьшить сопротивления резисторов R7
и R8 до величины 100 Ом.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Бегущие огни 144
Музыкальная «бегущая строка» 149
Там, за горизонтом... 159
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
144
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ,
БЕГУЩИЕ ОГНИ
Эта приставка является классической моделью с четырьмя лампами.
Дешевая и малогабаритная, она идеально подходит для первого зна-
комства с анимацией света. Опытные радиолюбители могут увели-
чить число каналов до восьми.
Принцип работы этой приставки основан на управлении переме-
щением света по четырем лампочкам, от одной к другой. Как только
одна лампа гаснет, зажигается следующая. При этом свет перемеща-
ется подобно гусенице. Скорость перемещения задается мультивиб-
ратором с регулируемой частотой.
Схема переключения собрана на десятиразрядном счетчике, в то
время как симисторы выполняют свою обычную роль — управляемых
выключателей.
Отсутствие необходимости подключать к плате внешние элемен-
ты повышает надежность приставки. Кроме того, для облегчения под-
ключения ламп и сетевого питания специально предусмотрены вин-
товые зажимы.
Рис. 7. /. Электрическая схема приставки (1 из 2)
БЕГУЩИЕ ОГНИ
145
Описание схемы
Электрическая схема приставки приведена на рис. 7.1.
Напряжение питания вырабатывается непосредственно из сетево-
го напряжения. Гасить напряжение с помощью конденсатора очень
удобно, так как этот элемент, будучи чисто реактивным (сдвиг фазы
на 90° между напряжением на его выводах и током, протекающим
через него), не рассеивает активной мощности. Действительно, со-
противление (1/Ссо) этого радиоэлемента приблизительно равно
3200 Ом на частоте сети, и конденсатор СЗ ограничивает ток стаби-
литрона D3. Когда схема отключена от сети, конденсатор СЗ разря-
жается через резистор R11.
Диоды D1 и D2 осуществляют однополупериодное выпрямление,
в то время как конденсатор С4 сглаживает напряжение, стабилизи-
рованное стабилитроном D3.
Резистор R12 ограничивает ток через диоды при подключении
питания, особенно если сетевое напряжение в этот момент проходит
через максимальное значение (примерно 310 В).
Рис. 7. /. Электрическая схема приставки (2 из 2)
146
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Таким образом, низковольтное напряжение питания получается из
сетевого напряжения экономным способом. Это напряжение питания
обеспечивает функционирование логических интегральных микро-
схем СИ и CI2. Конденсатор С2 осуществляет развязку, необходи-
мую для правильного функционирования микросхемы типа 555. Она
используется как мультивибратор, частота колебаний которого опре-
деляется номиналами радиоэлементов Cl, R1 и Pl с R2. Частота ко-
лебаний на выходе определяется следующим выражением:
F - 1,44 /.{[R1 + 2 х (Pl + R2)] х С1}.
Выходной импульс с СИ подается на тактовый вход десятиразряд-
ного счетчика CI2 типа 4017. При каждом нарастающем фронте это-
го тактового сигнала счетчик изменяет свое состояние и на очеред-
ном выходе устанавливается высокий уровень, тогда как на выходе,
имевшем прежде высокий уровень, формируется низкий уровень.
Высокий уровень с выхода Q4 подается на вход сброса счетчика,
что вызывает одновременный сброс всех выходов, за исключением
выхода Q0, на котором устанавливается высокий уровень в течение
длительности текущего периода тактового сигнала.
С другой стороны, сброс счетчика позволяет избежать сбоя, кото-
рый иногда возникает в момент установления напряжения питания
логической интегральной микросхемы.
Для реализации четырехканальной приставки «бегущая строка»
используются четыре первых выхода счетчика CI2. Ток нагрузки
КМОП интегральной микросхемы мал, и для согласования с симис-
торами каждый выход подключен к базе транзистора. Все каналы
идентичны, и транзистор выполняет функцию инвертора и усилите-
ля тока. Для успешного отпирания симисторов наиболее распростра-
ненных моделей часто необходим управляющий ток, равный, по
крайней мере, 25 мА. Кроме того, минимальный управляющий ток
зависит от способа отпирания. С отрицательным отпирающим им-
пульсом может потребоваться до 100 мА, поэтому способ IV (рис. 1.10)
исключается. Резисторы R7, R8, R9 и R10 ограничивают ток через
управляющий электрод.
Изготовление
Изготовление не представляет никаких проблем, копирование печат-
ной платы можно осуществить несколькими способами.
Опытные радиолюбители могут изменить печатную плату с целью
увеличения числа каналов. Для этого необходимо в дополнительном
канале добавить каскад усилителя мощности и не забыть осуществить
БЕГУЩИЕ ОГНИ
147
сброс счетчика. Максимальное число каналов ограничено разрядностью
счетчика, и сброс осуществляется с выхода, следующего за послед-
ним используемым.
При выборе радиодеталей рабочее напряжение конденсатора СЗ
является решающим параметром, так как амплитуда максимума се-
тевого напряжения близка к 310 В. Поэтому требуется рабочее на-
пряжение, по крайней мере, 400 В.
Кроме того, модели симисторов в корпусе TL предпочтительнее,
так как часто подобные симисторы более чувствительны. С такими
корпусами максимальная рекомендуемая нагрузка - 200 Вт.
Внешний вид собранного устройства представлен на рис. 7.2, раз-
водка печатной платы приставки показана на рис. 7.3, радиодетали
на плате размещаются в соответствии с рис. 7.4. Перечень радиодета-
лей, используемых при сборке, приведен в табл. 7.1.
Если желательно получить большую мощность, то следует исполь-
зовать симистор с изолированными выводами и поместить его на
радиаторе.
Перед подключением питания следует тщательно проверить пра-
вильность расположения всех радиодеталей.
Не допускается выполнять никаких действий на плате под напря-
жением, так как сетевое напряжение присутствует везде.
Рис. 7.2. Внешний вид собранной приставки
148
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ,
Рис. 7.3. Разводка печатной платы приставки
Сеть
220 VAC Канал 4 Канал ,3 Канал 2 Канал 1
Рис. 7.4. Схема размещения радиодеталей на плате приставки
МУЗЫКАЛЬНАЯ «БЕГУЩАЯ СТРОКА»
149
Таблица 7. /. Перечень элементов, используемых при сборке приставки
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 47 кОм
R2 150 кОм
R3-R6 4,7 кОм
R7-R10 1500м
R11 470 кОм
R12 1000м/1 Вт
Р1 1 или 2,2 МОм - А
Конденсаторы
С1 470 нФ
С2 220 нФ
СЗ 1 мкФ/400В
С4 470 мкФ/10 В
Диоды
D1 1N4004...4007
' D2 1N4001...4007
D3 Стабилитрон 4,7—6,2 В
Транзисторы
Т1.Т2 ВС337, 2N2222, ВС548
Симисторы
01,04 TLC226, BT136F, BT137F
ИМС
СИ NE555, LM555, TS555
CI2 4017
Прочее
SW1-SW5 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 5 шт
МУЗЫКАЛЬНАЯ «БЕГУЩАЯ СТРОКА»
«Бегущая строка» предназначена для управления десятью лампами.
Большее число каналов - не единственное преимущество этой при-
ставки, поскольку она объединяет одновременно принцип «бегущей
строки» и плавного регулятора. Действительно, яркость ламп, кото-
рые загораются последовательно одна за другой от канала к каналу,
регулируется с помощью потенциометра, размещенного на передней
панели прибора.
150
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ:
С другой стороны, скорость перемещения огней зависит от громко-
сти звука, воспринимаемого микрофоном. Кроме того, можно управ-
лять движением огней с помощью внешнего сигнала синхронизации.
Описание схемы
Принципиальная схема музыкальной «бегущей строки», представ-
ленная на рис. 7.5, состоит из следующих узлов: схемы питания, плав-
ного регулятора, предусилителя, преобразователя уровня громкости,
ГУН и схемы «бегущей строки».
Схема питания
Маломощный трансформатор понижает сетевое напряжение и обес-
печивает гальваническую развязку между сетью и низковольтным
питанием схемы. Вторичное переменное напряжение 12 Вэфф 50 Гц
выпрямляется диодным мостом на четырех диодах DI — D2 типа
lN400x. Через разделительный диод D5 заряжается сглаживающий
конденсатор С1. Полученное постоянное напряжение затем стабили-
зируется популярной микросхемой типа 7808, устойчивую работу
которой обеспечивает конденсатор С2.
Плавный регулятор
Сигнал синхронизации сети с резисторного делителя Rl, R2 управ-
ляет транзистором Т1, коллектор которого нагружен резистором R3.
Этот транзистор открыт в течение практически всего полупериода
сетевого напряжения, шунтируя переход база-эмиттер транзистора
Т2, который в это время закрыт.
А при каждой смене полупериода сетевого напряжения выпрям-
ленное пульсирующее напряжение проходит через нуль. На базе
транзистора Т1 в этот момент напряжение меньше 0,5 В, и он закрыт.
При этом происходит насыщение транзистора Т2 через резистор R3.
Пока длится переход через нуль питания, насыщенный транзистор
Т2 разряжает конденсатор СЗ через резистор R6. Так как постоянная
времени цепи R6 - СЗ очень мала по сравнению с длительностью полу-
периода сетевого напряжения, то разряд СЗ происходит практически
мгновенно. Это определяет крутой, спадающий фронт импульса пилы.
Напротив, как только транзистор Т2 закроется, конденсатор СЗ
начнет заряжаться постоянным током транзистора ТЗ, выполняюще-
го функцию генератора тока. Потенциал базы транзистора ТЗ зафик-
сирован прямым напряжением на светодиоде D6. Напряжение на
резисторах R5 + Ajl постоянно, коллекторный ток транзистора ТЗ
тоже постоянен (1с ~ 1Е).
МУЗЫКАЛЬНАЯ «БЕГУЩАЯ СТРОКА»
151
К каскадам усиления мощности
Рис. 7.5. Электрическая схема музыкальной приставки
152
(БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Следовательно, нарастание напряжения на выводах конденсатора
СЗ происходит линейно.
Когда пилообразный сигнал на конденсаторе СЗ сравнивается
с пороговым напряжением, установленным потенциометром Р1,
выходной каскад CI2 насыщается. В качестве компаратора CI2 ис-
пользуется микросхема LM311, выходной каскад которой собран на
мощных транзисторах с открытым коллектором. Таким образом,
эмиттеры транзисторов Т4 - Т13 оказываются подключенными к об-
щей шине, что приводит к отпиранию симистора.
Пока пилообразный сигнал, поданный на вход 3 компаратора
CI2, не достигнет порога, установленного потенциометром Р1, схема
управления выходами отключена. Регулируя потенциометр Р1, мож-
но увеличить или уменьшить длительность функционирования
транзисторов Т4 - Т13, а следовательно, и длительность включения
оптосимисторов. Таким образом изменяется яркость ламп.
Предусилитель
Питание на электретный микрофон подается через резистор R10,
цепочка R9 - С5 осуществляет фильтрацию. Сигнал с микрофона Ml
подается на вход 5 неинвертирующего операционного усилителя
CI3/B. На этот же вход подается через резистор R11 напряжение
смещения, равное 4 В, с делителя напряжения R7, R8.
Таким образом, НЧ сигнал накладывается на постоянную состав-
ляющую 4 В на входе и выходе CI3/B. Конденсаторы С6, С7 и С8
предназначены для развязки каскадов по постоянному току. Коэффи-
циент усиления этого первого усилительного каскада зависит от со-
отношения сопротивлений резисторов R12, R13 и потенциометра Р2,
который обеспечивает достаточный диапазон регулирования.
Выходной сигнал этого каскада затем подвергается дополнитель-
ному усилению вторым ОУ CI3/C. Он включен как инвертирующий
усилитель, вход которого смещен также как у СИ/В, но через резис-
тор R14. Как известно, в составе микросхемы CI3 типа LM324 содер-
жится четыре ОУ.
Преобразователь уровня громкости
Предварительно усиленный таким образом сигнал преобразуется
в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде сигнала.
Для этого каскад, собранный на CI3/D, D7, R17, R18 и С9, осуществ-
ляет однополупериодное выпрямление сигнала с последующим ин-
тегрированием конденсатором СЮ, нагруженным на резистор R19.
МУЗЫКАЛЬНАЯ «БЕГУЩАЯ СТРОКА»753
Постоянная времени R19, СЮ была выбрана так, чтобы произвести
наилучший световой эффект.
Постоянный сигнал с резистора R19 подается на вход неинверти-
рующего усилителя, собранного на четвертом ОУ микросхемы CI3.
Выходное напряжение покоя CI3/A должно соответствовать порогу
запуска ГУН CI4. Поэтому постоянная составляющая на выходе ве-
личиной 2 В (смещение) обеспечивается делителем R20, R21. Этот
порог можно отрегулировать, если в качестве R21 использовать под-
строечный резистор.
ГУН
ГУН - генератор, управляемый напряжением. Действительно, CI4 -
классический таймер типа 555, используемый как преобразователь
напряжение/частота. Чем выше напряжение на выходе CI3/A, тем
больше выходная частота ГУН. Порог сравнения для таймера снижен
примерно до 2 В с помощью резистора R26. Поэтому для достижения
порога переключения таймера конденсатор СИ может зарядиться до
напряжения больше 2 В, приложенного к резистору R24.
Чем выше напряжение, приложенное к резистору R24, тем больше
ток заряда конденсатора СИ и тем скорее произойдет заряд конден-
сатора, результатом чего является более высокая частота. Ток заряда
конденсатора СИ определяет резистор R25, и, подстраивая его, мож-
но регулировать максимальную скорость движения огней.
Каскад усиления мощности для «бегущей строки»
Тактовые импульсы, поступающие от ГУН, подаются на вход 14 де-
сятиразрядного КМОП счетчика CI5 типа 4017. Режим работы счет-
чика по тактовым импульсам установлен низким потенциалом на
входе 13.
В момент подачи напряжения питания цепочка R27 - С12 вызы-
вает сброс CI5 по входу 15, для того чтобы счетчик 4017 установился
в начальное состояние и не вошел в ложный цикл.
Электрическая схема канала «бегущей строки» и каскада усиления
мощности представлена на рис. 7.6.
К каждому выходу CI5 подключена схема управления каскадом
усиления мощности, идентичная для каждого канала. Для управле-
ния инфракрасным светодиодом оптосимистора используется клю-
чевой транзистор. Оптосимистор обеспечивает безукоризненное
отпирание симистора, выход которого играет роль управляемого
выключателя.
154
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Rq
L1
390 Q
C14
1Q0nF
400V
Tn
Rp
270 0
Rn = R28 - R37 (SWn)
Rp = R38 - R47
Rq = R48 - R57
On = QI - Q8
SWn = SW1 - SW8
Tn - T4 - T13
Cln - CI6 - CI15
Cln
Лампа
К трансформатору
Рис. 7.6. Электрическая схема одного из каналов приставки
Плавкий предохранитель защищает все каналы. Поскольку вклю-
чен всегда только один канал, то параметры предохранителя опреде-
ляются максимальной мощностью одного из каналов. Например,
если максимальная нагрузка - лампа на 300 Вт, то предохранитель
должен быть рассчитан на ток 1,6 А.
Цепочка LI - С14 ограничивает коммутационные помехи.
Изготовление
Хотя плата имеет внушительные размеры, но изготовляется эта му-
зыкальная «бегущая строка» достаточно просто и безопасно.
Безопасность настройки обеспечивается благодаря использованию
оптосимисторов, которые осуществляют полную гальваническую
развязку между цепями с сетевым напряжением и низковольтной
частью схемы (логической и аналоговой).
На время первых испытаний дроссель L1 не подключается к пла-
те, поэтому каскад усиления мощности будет обесточен.
Этот дроссель рекомендуется изготовить на магнитном тороидаль-
ном сердечнике с большим числом витков, чем у обычной противо-
помеховой модели для симистора или тиристора; при этом диаметр
провода подбирается в соответствии с максимальной нагрузкой ка-
нала (см. табл. 2.3).
До подачи питания следует проверить правильность расположе-
ния полярных конденсаторов, диодов, транзисторов и особенно ин-
тегральных микросхем
МУЗЫКАЛЬНАЯ «БЕГУЩАЯ СТРОКА,
155
Движки всех подстроечных резисторов (Ajl, R21 и R25) должны
быть установлены в среднее положение.
Если имеется осциллограф, то на контакте 3 микросхемы LM311
наблюдается треугольный сигнал. При этом с помощью Ajl устанав-
ливается неискаженная форма пилообразного напряжения при мак-
симальной амплитуде.
Другой способ регулировки Aj 1 - с помощью цифрового мульти-
метра. На пределе измерений 20 В (DCV) на выводах конденсатора
СЗ должно быть напряжение приблизительно 3 В.
Затем следует приступить к калибровке резистора R25. При от-
ключенном микрофоне на выходе 1 микросхемы CI3 напряжение
должно быть примерно 1,9 В, то есть ниже, чем напряжение на кон-
такте 5 микросхемы CI4 (около 2 В).
Эту первую фазу испытаний можно закончить в шумной обстанов-
ке, наблюдая изменения напряжения на выходе 1 микросхемы LM324
в зависимости от уровня громкости и регулировки потенциометра Р2.
На втором этапе следует приступить к испытанию каскада усиле-
ния мощности и всей схемы в целом. Для этого на печатную плату
припаивается дроссель L1 и к каждому каналу подключается лампа
па 220 В. Движок потенциометра Р1 устанавливается в среднее по-
ложение, а ручка потенциометра Р2 поворачивается до упора влево
(минимальный уровень).
После включения в сеть должен загореться светодиод D6, а лампа
должна светиться со средней яркостью. Яркость лампы регулируется
с помощью потенциометра Р1.
Если в ходе этого теста получен приемлемый результат, то дальше
остается только увеличить уровень напряжения с помощью потен-
циометра Р2, чтобы наблюдать перемещение огней, яркость которых
регулируется потенциометром Р1.
В противном случае следует отключить схему от сети и присту-
пить к новым проверкам.
Для ламп с мощностью больше 300 Вт симистор должен быть осна-
щен радиатором. Один из вариантов решения - пластинка из алюми-
ниевого листа толщиной 2 мм, закрепленная на корпусе симистора
с помощью болта М3 и пружинной шайбы. Размеры этой пластины
определяются габаритами платы и температурой симистора.
Разводка печатной платы приставки показана на рис. 7.7, радиоде-
тали на плате размещаются в соответствии с рис. 7.8. Перечень ра-
диодеталей, необходимых для сборки, приведен в табл. 7.2.
156
(БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Масштаб 1:1,5
Рис. 7.7. Разводка печатной платы
цветомузыкальной приставки
МУЗЫКАЛЬНАЯ «БЕГУЩАЯ СТРОКА
157
Рис. 7.8. Схема размещения радиодеталей
на плате цветомузыкальной приставки
158
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ,
Таблица 7.2. Перечень элементов, необходимых при сборке приставки
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1,R2, R3, R10, R19 4,7 кОм
R4 4700м
R5 2,2 кОм
R6 100 Ом
R7, R8, R17, R22, R23 22 кОм
R9, R15, R20 ЮкОм
R11,R14,R16,R18 220 кОм
R12.R13 1 кОм
R21 100 кОм Или подстроечный на 220 кОм (см. текст)
R24 47 кОм
R25 1 МОм Или подстроечный на 1-2,2 МОм
R26 1,8 кОм
R27 100 кОм
R28-R37 15 кОм
R38-R47 2700м
R48-R57 390 Ом
Ajl 4,7 кОм
Р1.Р2 100 кОм
Конденсаторы
С1 220 мкФ/16 В
С2, С6, С12, С15, С16 100 нФ
СЗ, С8, С11 470 нФ
С4 4,7 мкФ/16 В
С5.С7 10мкФ/16В
С9 220 нФ
СЮ 1 мкф/16 В
С13 47мкФ/10В
С14 100нФ/400В
Диоды
DI -D5 1N4001...4007
D6 Красный светодиод
D7 1N4148
Транзисторы
Т1.Т2 ВС548, ВС237, ВС547
ТАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
159
Таблица 7.2. Перечень элементов, необходимых при сборке приставки (окончание)
Обозначение > Наименование Примечание
ТЗ ВС558, ВС557
Т4-Т13 ВС338, ВС337, ВС548
Симисторы
Q1-Q10 BT137-F 4-8А/400В-600В
имс
СП 78L08,7808 Стабилизатор на 8 В
CI2 LM311
CI3 LM324
СИ NE555, LM555, TS555
CI5 4017
CI6-CI15 MOC3Q20, МОС3021
Прочее
М1 Электретный микрофон
TR1 Трансформатор 220В/12В-2ВА
L1 Противопомеховый дроссель 5 А для симистора
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 1,6 А
SW1.SW11 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 11 шт.
Держатель для предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
ТАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
В цветомузыкальной установке используется до 39 программ. Посто-
янное запоминающее устройство (СППЗУ) типа 2764 запоминает
последовательность световых анимаций. Индикация от 00 до 39 по-
казывает номер программы и выбирает одну из последовательностей.
Таким образом, сложность последовательностей, определяющих ком-
бинацию светящихся лампочек, может различаться настолько, на-
сколько позволяет представить сила воображения; 8-разрядное сло-
во, записываемое в СППЗУ, определяет логические уровни на восьми
выходах. С каждым фронтом сигнала синхронизации бегущей стро-
ки выбирается новое слово, и комбинация огней меняется.
СППЗУ 2764 — это постоянное запоминающее устройство, стира-
емое ультрафиолетовым излучением. Объем памяти этого СППЗУ
равен 64x1024 бит, или 65536. Память организована в 8-разрядные
слова, адресуемые по 13 линиям адреса, или в виде 8192 = 213 ячеек
памяти (различных адресов).
160
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Максимальное число шагов одной последовательности было вы-
брано равным 127, последний шаг используется для замыкания по-
следовательности. Это зацикливание, впрочем, может произойти на
любом шаге из 127 доступных. Поэтому последовательности могут
быть переменной длины и специфичными.
Зная число адресов памяти (8192) и число шагов последователь-
ности (127+1), можно сделать вывод, что максимальное число после-
довательностей составит: 8192/128 = 64.
Каждая последовательность отображается номером, высвеченным
на двух 7-сегментных индикаторах, управляемых двоично-десятич-
ным счетчиком, что, учитывая десятичное представление, сводит чис-
ло программ к сорока.
Для выбора номера программы предназначены две кнопки: одна —
для увеличения цифры единиц номера программы и другая - для
увеличения цифры десятков.
Описание схемы
Схема блока индикации приведена на рис. 7.9, а схема цветомузы-
кальной установки - на рис. 7.10.
Совместимая с TTL микросхема СППЗУ 2764 окружена логичес-
кими блоками TTL. Адрес СППЗУ вырабатывается двумя счетчика-
ми: бинарным и двоично-десятичным.
7-разрядный двоичный счетчик собран на микросхеме 74LS393,
которая содержит два 4-разрядных счетчика.
Этот двоичный счетчик управляет младшими адресами СППЗУ
и ведет пересчет ячеек памяти, последовательно шаг за шагом. Каж-
дый из двух двоично-десятичных счетчиков микросхемы 74LS390
выдает на своих выходах двоично-десятичное значение десятка
и единицы номера программы (00-39). Выходы этих двух счетчиков
определяют старший адрес СППЗУ.
Два 7-сегментных индикатора управляются двоично-десятичными
дешифраторами, подключенными к выходам Q-счетчиков.
Сигнал синхронизации на CI3 поступает от кнопок выбора номера
программы и схемы подавления дребезга, собранной на двух RS-триг-
герах, содержащихся в 74LS74.
Сброс номера программы
При включении питания происходит сброс двоично-десятичного
счетчика CI3. Заряд конденсатора С4 вызывает появление высокого
уровня на входе 14. Этот высокий уровень сброса устанавливается
в тот момент, когда цифра десятков номера программы увеличивается
ГАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
161
с 3 до 4. Два диода D9 и D10 реализуют функцию ИЛИ между этими
двумя событиями, которые приводят к сбросу двух счетчиков CI3.
При отключении напряжения питания конденсатор С4 разряжается
через резистор R27.
Скорость движения огней
Скорость движения огней — это скорость счета двоичного счетчика,
определяющего младшие адреса СППЗУ. Сигнал синхронизации это-
го счетчика формирует мультивибратор на микросхеме таймера типа
555. Частота этого генератора прямоугольных импульсов регулиру-
ется с помощью потенциометра Р1, размещенного на передней пане-
ли корпуса этой цветомузыкальной установки. Частота движения
огней определяется соотношением:
Fd = 1,44 / [(R25 + Pl + 2xR26) х С1].
А
В
С
D
Е
F
Рис. 7.9. Электрическая схема блока индикации цветомузыкальной установки
162
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
1 pF “Г" ' синхр.)
4X470а ™ Ч»> .7kQ
Рис. 7.10. Электрическая схема цветомузыкальной установки (1 из 2)
ГАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
163
Рис. 7.10. Электрическая схема цветомузыкальной установки (2 из 2)
164
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
При крайних значениях сопротивления потенциометра Р1 диапа-
зон изменения Fd составляет от 0,6 до 11 Гц.
Зацикливание последовательности
Зацикливание происходит всякий раз, когда заканчивается цикл сче-
та двоичного счетчика.
В тот момент, когда на всех выходах ПЗУ (QI - Q8) появляется
логическая единица, на выходе 8 вентиля И-НЕ микросхемы CI6
устанавливается низкий уровень.
Один из инверторов С17типа 74LS74 производит логическую ин-
версию, чтобы подать сигнал сброса на двоичные счетчики.
С этого момента CI2 выдает первый адрес последовательности,
и цикл замыкается. Конденсатор С5 устраняет помехи в моменты
установления уровней на линиях адреса и данных.
Каскад усиления мощности и схема управления
Выходы СППЗУ рассчитаны на слабый ток - около миллиампера.
Поэтому к этим выходам подключены восемь буферных инверторов
TTL микросхем CI7 и CI8 (которых в логической интегральной мик-
росхеме 74LS04 содержится шесть).
Каждый инвертор управляет транзистором в ключевом режиме.
Высокий уровень на выходе инвертора вызывает насыщение тран-
зистора, который к нему подключен. Светодиод в коллекторной цепи
транзистора указывает, что канал включен.
Принцип составления последовательностей
Принцип составления комбинации из последовательности шагов до-
статочно прост, и чтобы в этом убедиться, рассмотрим пример клас-
сической приставки «бегущая строка» (из всей гирлянды горит толь-
ко одна лампа). В табл. 7.3 представлена последовательность такой
программы. DI - D8 соответствуют восьми значениям, записанным
в СППЗУ (2764).
Девять двоичных слов в этой таблице следуют друг за другом. Это
девять значений последовательности, записанных в девяти ячейках
памяти СППЗУ с последовательными адресами. Логический нуль со-
ответствует горящей лампочке, в то время как логическая единица —
погасшей лампочке.
Запись серии слов одной последовательности начинается с базо-
вого адреса. Этот базовый адрес определяется номером программы,
дополненным младшим адресом первого шага последовательности -
А6А5А4 АЗА2А1А0 = 0000000, в то время как А12, All, А10, А9, А8,
ГАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
165
А 7 определяют старший адрес, установленный номером программы.
В табл. 7.4 приведены примеры базовых адресов.
Для лучшего понимания программирования памяти проанализиру-
ем практический случай. В табл. 7.5 приведен второй пример после-
довательности - чередующаяся последовательность лампочек.
Это чередование погашенных и горящих ламп, состояния, которые
сменяют друг друга с частотой тактового сигнала. Разместим, например,
последовательность простой бегущей строки как программу № 1, а че-
редующуюся последовательность - как программу № 2.
1аблица 7.3. Последовательность, моделирующая простую «бегущую строку»
01 D2 D3 04 ' D5 D6 07 08
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1 N 0 1 1 1 1 1
1 1 1 - 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1 1
Таблица 7.4. Примеры базовых адресов
№ А12 А11 А10 А9 А8 А7 А6 А5 А4 АЗ А2 А1 АО Ad$
00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 $0000
01 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 $0080
02 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 $0100
03 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 $0180
09 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 $0480
10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 $0800
11 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 $0880
12 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 $0900
19 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 $0080
20 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 $1000
21 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 $1080
29 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 $1480
30 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 $1800
39 1 1 1 0 0 1 0 0 0 о' 0 0 0 $1080
166
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ:
Таблица 7.5. Пример чередующейся последовательности
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
0 1 0 1 0 1 0 1
1 0 1 0 1 0 1 0
1 1 1 1 1 1 1 1
Рис. 7.11. Разводка печатной платы блока индикации
Рис. 7.12. Схема размещения радиодеталей на плате блока индикации
I AM, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
167
После преобразования двоичных значений последовательности
и шестнадцатеричные значения данные на входе программатора
( ППЗУ будут представлены так, как они записаны в табл. 7.6.
Изготовление
Копирование разводки дорожек рекомендуется проводить фотогра-
фическим методом. Монтаж начинается с установки десяти перемы-
чек, затем монтируются радиоэлемен- Г бпица 7.6 ты в порядке увеличения габаритных Данные последовагельности, размеров: резисторы, диоды, инте- подготовленные для записи в СППЗУ тральные микросхемы, конденсаторы,
Адрес Данные светодиоды, транзисторы и т.д. ПЗУ следует разместить в качест- венйой панельке, так как в процессе эксплуатации для введения новых световых комбинаций его потребуется программировать заново. Резисторы в цепи управляющего электрода R9 R16 следует выбрать в зависимости от чувствительности си- мистора. Модели в пластмассовом кор- пусе TL, как правило, более чувстви- тельные, и для них вполне достаточно сопротивление резисторов 470 Ом. Более мощные симисторы на ток больше 8 А требуют большего управ- ляющего тока, что предполагает вклю-
$0080 7F
$0081 BF
$0082 DF
$0083 EF
$0084 F7
$0085 FB '
$0086 FD
$0087 FE
$0088 F
FF
$ООАО 55
$00А1 АА
$00А2 FF
чение резистора с меньшим сопротивлением (при переходе на мощ-
ные симисторы понадобится обратить внимание на нагрузку
трансформатора, который при необходимости следует заменить бо-
лее мощным (10 БА) с установкой платы снаружи).
Если мощность в канале превышает 200 Вт, то симистор должен
быть оснащен радиатором, в качестве которого можно использовать
общую для всех симисторов алюминиевую пластину. Но в этом слу-
чае симистор должен быть в изолированном корпусе ТО220 или
SOT186. Можно также укрепить симисторы на металлической стен-
ке или на радиаторе, находящемся снаружи платы.
Разводка печатной платы блока индикации показана на рис. 7.11,
монтаж производится в соответствии с рис. 7.12. Разводка печат-
ной платы приставки показана на рис. 7.13, радиодетали на плате
168
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ:
размещаются в соответствии с рис. 7.14. Перечень радиодеталей, не-
обходимых для сборки, приведен в табл. 7.7.
Во время подготовки программ можно не подключать гирлянду
ламп, а воспользоваться светодиодами, для того чтобы проконтроли-
ровать правильность реализации последовательности. В ПЗУ после-
довательности могут записываться одна за другой.
Если потребовалось добавить новую последовательность, то не сто-
ит стирать СППЗУ, чтобы затем программировать его целиком. Про-
граммировать следует только зону, занятую последовательностью.
Масштаб 1:15
Рис. 7.13. Разводка печатной платы приставки
ГАМ, ЗА ГОРИЗОНТОМ...
169
Масштаб 1:1,5
Потенциометр 2,2 МОм
Рис. 7.14. Схема размещения радиодеталей на плате приставки
Таблица 7.7. Перечень элементов, используемых при сборке приставки
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 -R8 2,2 кОм
R9-R16 180-470 Ом См. текст
R17-R24 1 кОм
R25 33 кОм
R26, R27 47 кОм
R28 1 кОм
R29-R32 4700м
170
«БЕГУЩИЕ СТРОКИ»
Таблица 7.7. Перечень элементов, используемых при сборке приставки (окончание)
Обозначение „ Наименование Примечание
R33-R46 820 Ом
Р1 Потенциометр 2,2 МОм
Конденсаторы
С1 1 мкФ/10 В
С2,С4 10 мкФ/10 В
СЗ 220 нФ
С5 4,7 нФ
С6 100 нФ
С7.С11 100мкФ/10В
С8 470 мкФ/16 В
С9.С10 1000 мкФ/16 В
Диоды
D1-D8 Красный светсдиод
D9.D10 1N4148
D11.D12.D13 1N4001...4007
Транзисторы
Т1-Т8 2N2222
Симисторы
Q1-Q8 TLC226, BT136-F, BT137-F 400-600 В
ИМС
СП NE555, LM555, TS555
CI2 74LS393
CI3 74LS390
CI4 74LS74
CI5 2764
CI6 74LS30
CI7, CI8 74LS04
CI9 7805
СЮ-СП 74LS47
Прочее
AF1.AF2 Индикатор 13 мм с общим анодом
TR1 Трансформатор 220В/2х9В-5ВА
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 100 мА
F2 Плавкий предохранитель 5x20 на 10 А
SW1.SW9 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 9 шт.
Держатель для плавкого предохранителя 5x20 для печатного монтажа 2 шт.
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20 2 шт.
Радиатор ML26 Для корпуса ТО220
Винт М3
Контактный лепесток 8 шт.
28-контактная панелька для ИМС
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8
РУКОТВОРНЫЕ
МОЛНИИ
Импульсные лампы и трансформаторы 172
Концертный стробоскоп 173
Переносной стробоскоп 180
Музыкальный стробоскоп 188
Мощный стробоскоп 196
9 Специальные эффекты 201
10 Приложения 241
J72
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
ИМПУЛЬСНЫЕ ЛАМПЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ
Вспышка молнии...
Свет, излучаемый импульсными ксеноновыми лампами, очень яр-
кий. Его цветовая температура - 5500 К - близка к температуре днев-
ного света. Такие импульсные лампы загораются, когда содержащий-
ся в них газ ксенон становится проводящим.
Импульсные лампы представляют собой специальную прозрачную
стеклянную трубку, заполненную инертным газом, как правило ксе-
ноном. Форма трубки часто определяется ее мощностью: маленькие
модели для вспышек - прямые, в то время как для стробоскопичес-
ких ламп трубка изогнута в виде буквы U. У некоторых мощных ламп
трубки изогнуты в виде улитки.
На стеклянной трубке расположен ионизирующий электрод, назы-
ваемый также пусковым электродом. Это может быть лента со спе-
циальным покрытием, нанесенным по всей длине трубки (за исклю-
чением маленьких моделей, у которых пусковой электрод выполнен
в виде кольца, охватывающего трубку с одного конца). Для мощных
стробоскопных ламп (мощностью 150-160 Дж) контакт пускового
электрода с трубкой усиливается проводящей спиралью вокруг труб-
ки между двумя концами.
Внутри трубки с каждого конца размещены металлические элек-
троды: анод (+), часто помечаемый изготовителем красной меткой,
и катод (-).
Анод можно также обнаружить по темному налету внутри трубки
в месте расположения-электрода; кроме того, если пусковой электрод
не удается поместить симметрично по отношению к обоим электро-
дам, его иногда устанавливают именно на уровне анода.
В лампах на 20-150 Дж анод часто выглядит как простой стер-
жень, в то время как катод - это почти всегда стержень, который
плотно охвачен чем-то вроде пружины.
Газ становится проводящим при подаче очень мощного импульса
(5-10 кВ) на внешний пусковой электрод трубки, в которой газ пред-
варительно ионизирован напряжением, примерно 250 В, приложен-
ным к двум ее электродам (аноду и катоду).
Импульс на пусковой электрод трубки поступает с вторичной об-
мотки импульсного трансформатора в результате разряда конденса-
тора в первичной цепи. Синхронизация разряда осуществляется или
с помощью генератора релаксационных колебаний, или командами
пользователя, или программой.
ИМПУЛЬСНЫЕ ЛАМПЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ
173
Основные характеристики нескольких моделей импульсных транс-
форматоров представлены в табл. 8.1.
Таблица 8.1. Параметры импульсных трансформаторов
Параметры TS1 TS2 TS3 TS4 TS5
Максимальное напряжение на первичной обмотке, В 350 350 300 300
Вторичное среднее напряжение, кВ 8 8 11. 6
Коэффициент трансформации 1/70 1/40 1/40 1/45 1/35
Максимальная энергия в первичной обмотке, мДж 4 4 10 4
Максимальная емкость в цепи первичной обмотки для 310 В, нф 100 100 220 100
Размеры, мм ф>16х35 22x10x10 16x8x8 16x8x8 ф>15х11
Тип выводов Провода Провода 3 Штырька и ОВН на проводе Штырьки
Для того чтобы получить достаточно яркий разряд в трубке, тре-
буется определенное количество энергии, запасаемой, как правило,
в конденсаторах. Эта энергия разряжается в трубке между анодом
и катодом по газовому каналу, который, будучи один раз активизи-
рован, затем ведет себя как короткое замыкание.
Следовательно, ксеноновые лампы позволяют высвободить за
очень короткое время (около миллисекунды) энергию, накопленную
в конденсаторе, и получить таким образом большую мгновенную
мощность.
Срок службы таких импульсных ламп ограничен несколькими де-
сятками тысяч вспышек для фотографических моделей и нескольки-
ми десятками миллионов для стробоскопных ламп.
Чтобы срок службы импульсных ламп был большим, необходимо
тщательно соблюдать условия их эксплуатации.
В табл. 8.2 представлены технические данные для нескольких
стробоскопных импульсных ламп.
КОНЦЕРТНЫЙ СТРОБОСКОП
Вспышки импульсной лампы...
Многие не представляют танцевальный вечер без этого необыкно-
венного эффекта. Поэтому привилегированное место среди световых
приборов занимает стробоскоп.
174
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Таблица 8.2. Характеристики импульсных ламп
Параметры XFT106 XFT108., XFW122 XFT112
Энергия (мин./макс.), Дж 20/40 80/150 150/250 300/600
Максимальная мощность, Вт 4 8 12 15
Среднее рабочее напряжение, В 300 300 300 -
Максимальная частота, Гц 150 150 150 -
Максимальная емкость для выпрямительного j моста, 7 Гц, мкФ 6 12 18 22
Максимальная емкость для простого выпрямления, 7 Гц, мкФ 12 24 35 44
Максимальная емкость при 350 В, 7 Гц, мкФ 9 18 28 35
Стробоскопический эффект создает у публики иллюзию медлен-
ного наблюдения за танцором.
Эффект используется в многочисленных областях промышленно-
сти. Освещая при помощи стробоскопической лампы деталь, совер-
шающую периодические движения, можно проводить некоторые ре-
гулировки, в частности регулировку зажигания двигателя машины.
Для этого момент появления вспышки синхронизируется с пара-
метрами машины. Если частота вспышек кратна частоте вращения
детали (например, карданного вала), то при каждой вспышке осве-
щается одна и та же часть детали, и тогда она кажется неподвижной.
Таким образом, можно видеть деталь, хотя и быстро вращающую-
ся. Если частота вспышек не кратна периодичности перемещения
детали и это отличие невелико, то деталь кажется медленно переме-
щающейся.
Во время наблюдения за танцором, освещенным стробоскопом,
происходят те же явления. Движения танцора разлагаются на отдель-
ные фазы, что в большей или меньшей степени зависит от ритма его
танца и частоты вспышек стробоскопа.
Релаксационный генератор концертного стробоскопа перекрывает
частотный диапазон от 2 до 10 Гц, которого вполне достаточно для
подобного устройства, учитывая его назначение. В действительности
наилучшие результаты получаются на частотах между 3 и 5 Гц. Кроме
того, чтобы сохранить срок службы лампы, рассеиваемая мощность
КОНЦЕРТНЫЙ СТРОБОСКОП 175
должна быть ограничена. А ведь, чем выше частота, тем сильнее на-
। ружается лампа. Энергия, поступающая в трубку при каждом вклю-
чении, зависит от емкости конденсаторов, расположенных между ее
двумя рабочими электродами (анодом и катодом). Следовательно,
выбор номинала конденсаторов, накапливающих энергию, определя-
ется типом используемой лампы и требуемой яркости света.
С другой стороны, импульсный трансформатор, выбранный для
монтажа на этой плате, позволяет использовать лампы на 150 Дж
и даже на 250 Дж.
Описание схемы
Электрическая принципиальная схема стробоскопа представлена на
рис. 8.1.
Рис. 8.1. Схема стробоскопа
Удвоитель напряжения
Удвоитель напряжения позволяет получить высокое напряжение,
приблизительно 600 В, которое прикладывается между анодом и ка-
тодом лампы. Роль удвоителя напряжения выполняют диоды D1
и D2. Во время положительного полупериода сетевого напряжения
конденсатор С1 заряжается до максимального значения сетевого
напряжения (примерно 310 В), в то время как диод D2 закрыт и пре-
пятствует подаче напряжения на конденсатор С2. В следующем по-
лупериоде сетевого напряжения полярность напряжения противопо-
ложная, и теперь диод D1 закрыт, в то время как диод D2 начинает
пропускать ток, что приводит к заряду конденсатора С2.
176
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
При этом на импульсную лампу L1 подается высокое напряжение
приблизительно равное 600 В, которое ионизирует газовую среду
трубки, не вызывая свечения. Свечение вызовет импульс высокого
напряжения, поданный на внешний пусковой электрод.
Яркость вспышки лампы зависит от количества энергии накоплен-
ной в конденсаторах С1 и С2 и является функцией напряжения U на
выводах конденсатора и его емкости С, следовательно:
E = 0,5xCxU2.
Возможности применения импульсной лампы ограничиваются
максимальной мошностью Ртах. В этом случае максимальная емкость
Стах конденсаторов С1 и С2 определяется следующим образом:
_ 1 у Р max
таХ~ 310 2 Fmax
где Finax - максимальная частота разряда конденсаторов через им-
пульсную лампу.
В момент вспышки сопротивление лампы между анодом и катодом
очень мало. И если запуск лампы происходит в момент амплитудно-
го значения сетевого напряжения, резисторы R1 и R2 ограничивают
мощность, передаваемую лампе. Эта защита облегчает условия функ-
ционирования лампы и продляет ее срок службы.
Релаксационный генератор
Релаксационным генератором задается частота вспышек лампы. Его
основа - симметричный динистор. Действительно, симметричный
динистор D3 закрыт до тех пор, пока напряжение на его выводах не
достигнет порога, как правило равного 32 В. В это время он ведет
себя как разомкнутый выключатель. Пока симметричный динистор
закрыт, конденсатор С4 заряжается через резистор R7 и потенцио-
метр Р1.
Потенциометр Р1 позволяет регулировать ток заряда конденсато-
ра С4 и, таким образом, частоту колебаний релаксационного генера-
тора. Ограничительный резистор R6 определяет нижнюю границу
частоты.
Когда напряжение на контактах конденсатора С4 достигает вели-
чины напряжения переключения симметричного динистора, то он
переходит в проводящее состояние. Происходит разряд конденсато-
ра С4 до запирания динистора. Тогда с нового заряда конденсатора
С4 начинается следующий цикл.
КОНЦЕРТНЫЙ СТРОБОСКОП
177
Схема поджига
11так, конденсатор С4 периодически разряжается по цепи управляю-
щего электрода симистора, который при этом становится проводя-
щим. При замыкании симистора ток разряда конденсатора СЗ проте-
кает через первичную обмотку импульсного трансформатора TR1.
Когда симистор Q1 закрыт, конденсатор СЗ заряжается приблизи-
тельно до 310 В через резистор R5 и первичную обмотку TR1.
Практически мгновенный разряд конденсатора СЗ вызывает появ-
ление импульса тока в первичной обмотке TRI. С учетом коэффици-
ента трансформации на пусковой электрод импульсной лампы пода-
ется очень высокое напряжение (примерно 6 кВ). Газ, содержащийся
в лампе, в этот момент становится проводящим, конденсаторы С1
и С2 разряжаются, и лампа при этом излучает яркую вспышку. Све-
товой поток пропорционален емкости конденсаторов С1 и С2 и мощ-
ности лампы.
Изготовление
В целом изготовление достаточно просто, но необходимо проявить
осторожность во время испытаний, так как схема непосредственно
связана с сетевым напряжением. Кроме того, на плате генерируются
высокие напряжения.
Итак, до включения питания с удвоенным вниманием следует про-
верить правильность расположения полярных радиоэлементов, в част-
ности - и главным образом - двух диодов D1 и D2, а также двух
крупных электролитических конденсаторов С1 и С2.
Резисторы R1 и R2 должны быть приподняты на несколько мил-
лиметров над платой, чтобы облегчить рассеивание тепла, поэтому
необходима надежная установка этих радиоэлементов, как показано
на рис. 8.2.
Первый изгиб выводов позволяет установить резистор на печатной
плате, а второй изгиб вдоль дорожек фиксирует выводы и увеличи-
вает площадь пайки.
Корпус резистора
RB57
Рис. 8.2. Монтаж мощных резисторов на плате
Печатная
плата
178
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Значение емкости двух конденсаторов С1 и С2 зависит от желае-
мой яркости вспышки и используемой лампы. Для лампы на 150 Дж
можно получить яркую вспышку с конденсаторами 10 мкФ / 350 В
при стробоскопической частоте 7 Гц. В случае применения лампы на
40 Дж эту емкость можно уменьшить вдвое.
Емкость конденсатора СЗ определяется параметрами импульсно-
го трансформатора TR1. Учитывая, что первичная обмотка трансфор-
матора типа TS 8 выдерживает максимальную энергию 4 Дж, вполне
подойдет конденсатор на 100 нФ / 400 В, и это значение емкости не
следует увеличивать, так как можно повредить первичную обмотку
трансформатора.
С импульсной лампой следует обращаться осторожно. Не реко-
мендуется непосредственно касаться лампы пальцами. Лампа под-
ключается как можно ближе к плате, чтобы уменьшить потери. Же-
лательно не сгибать выводы лампы; если это все же приходится
делать, то сгибают аккуратно с помощью плоскогубцев.
Разводка печатной платы стробоскопа показана на рис. 8.3, ра-
диодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 8.4. Пере-
чень радиодеталей, необходимых для сборки стробоскопа, приведен
в табл. 8.3.
Световой отражатель поможет направить максимум света на
танцующих. Отражатель можно изготовить из тонкой алюминиевой
полоски или картона, на который нужно приклеить лист алюминие-
вой фольги.
Также можно установить стробоскоп внутри ненужной автомо-
бильной фары.
Если вы хотите изменить частоту вспышек, то лучше поворачивай-
те ручку потенциометра в сторону платы, чем в сторону лампы.
Практические советы:
1. Чтобы продлить срок службы импульсной лампы, не следует ис-
пользовать стробоскоп слишком долго.
2. Необходимо предпринимать меры предосторожности в отноше-
нии людей, у которых стробоскопы могут вызвать чувства вол-
нения и беспокойства.
3. Не следует смотреть непосредственно на лампу и освещать
близстоящих людей вспышкой.
4. Не следует касаться пальцами резисторов R1 и R2: после 3-4 ми-
нут работы прибора их температура может превысить 100 °C!
5. На время испытаний, в случае необходимости, следует надеть
солнцезащитные очки.
ОНЦЕРТНЫЙ СТРОБОСКОП
179
Рис. 8.3. Разводка печатной платы стробоскопа
Рис. 8.4. Схема размещения радиодеталей на плате стробоскопа
Таблица 8.3. Перечень элементов, используемых при сборке стробоскопа
Обозначение , Наименование Примечание
Резисторы
R1.R2 470 Ом / 7 Вт (RB57)
R3.R4 1 МОм
R5, R6 100 кОм
R7 220 кОм
180
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Таблица 8.3. Перечень элементов, используемых при сборке стробоскопа (окончание)
Обозначение , Наименование Примечание
R8 1000м
' Р1 220 кОм
Конденсаторы
С1.С2 2,2-10 мкФ/350 В Полярный (см. текст)
СЗ 100 нФ/400 В
С4 4,7 мкФ/63 В
Диоды
D1.D2 1N4001...4007
D3 BR100/05 32B Симметричный динистор
Симисторы
01 3-8 А/400 В
Прочее
TR1 Импульсная катушка TS8
Fl Плавкий предохранитель 5x20 на 350 мА
LI Импульсная лампа На 20-150 Дж
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
ПЕРЕНОСНОЙ СТРОБОСКОП
Стробоскоп питается низким напряжением и предназначен для не-
скольких вариантов применения.
С одной стороны, он подходит для оживления летнего вечера в мес-
те проведения отпуска, где невозможно подключиться к сети, или в слу-
чае, если требуется разместить установку там, откуда обеспечивается
наилучшее освещение сцены, но где отсутствует электропроводка.
С другой стороны, стробоскоп можно использовать в составе бор-
товой аппаратуры автомобиля в качестве сигнального маяка.
Постоянное напряжение от батареи 12 В или аккумулятора, спо-
собного выдавать ток до 2 А, преобразуется для получения высокого
напряжения, необходимого для ионизации газа, содержащегося
в импульсной лампе на 40 Дж. Генератор импульсов периодически за-
пускает процесс зажигания этой ксеноновой лампы, вызывая появ-
ление импульса очень высокого напряжения.
Яркость вспышки определяется выбором номинала конденсато-
ра, включенного между двумя электродами лампы. Максимальная
11ЕРЕНОСНОЙ СТРОБОСКОП
181
емкость в 10 мкФ предусмотрена для применения этого стробоскопа
для световых эффектов, в то время как конденсатор с емкостью
I мкФ может подойти для простой системы сигнализации. Впрочем,
i-рок службы импульсной лампы зависит от энергии, которую она
рассеивает в виде света и от частоты вспышек.
Описание схемы
Схема, представленная на рис. 8.5, собрана из обычных узлов стро-
боскопа (выпрямителя высокого напряжения, релаксационного гене-
ратора и схемы запуска) и дополнена схемой преобразования напря-
жения.
Схема преобразования напряжения
11овышающий преобразователь напряжения выполнен по двухтакт-
ной схеме с внешним запуском. В качестве трансформатора исполь-
зуется обычный сетевой трансформатор мощностью 5 ВА с вторич-
ной обмоткой 2x6 В. Эти обмотки в противофазе подключаются
МОП транзисторами Т1 и Т2 к постоянному напряжению 12 В.
Транзисторы управляются мультивибратором, частота которого
составляет 50 Гц и регулируется с помощью подстроечного резисто-
ра Ajl. Этот мультивибратор собран на инвертирующем триггере
Шмитта микросхемы СИ. Второй элемент этой микросхемы инвер-
тирует сигнал мультивибратора.
Когда на выходе инвертора высокий уровень, транзистор, подключен-
ный к этому инвертору, открыт. При этом одна половина обмотки ока-
зывается соединенной с общей шиной через очень малое сопротивление
сток-исток полевого транзистора. В другом случае, когда на выходе ин-
вертора низкий уровень, МОП транзистор закрыт и цепь разомкнута.
Общая точка обмоток на 6 В имеет потенциал +12 В благодаря
защитному плавкому предохранителю и диоду D2. Этот диод бла-
гоприятствует повышению коэффициента полезного действия пре-
образователя. Конденсатор С7 подавляет скачки напряжения, порож-
денные переключением транзисторов Т1 и Т2. Его емкость зависит
от емкости конденсатора, включенного между электродами импульс-
ной лампы.
В результате на выводах обмотки 220 В трансформатора появля-
ется высокое напряжение. Это напряжение выпрямляется диодным
мостом D5, D6, D7 и D8. Выпрямленное напряжение через диод D10
заряжает накопительный конденсатор между двумя электродами
182
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Рис. 8.5. Схема переносного стробоскопа (1 из 2)
импульсной лампы. Энергия этого конденсатора высвобождается
в момент зажигания лампы.
Диод D10 препятствует разряду конденсатора С5 через схему запуска.
Релаксационный генератор
Один из инверторов микросхемы СИ типа 40106 используется как гене-
ратор прямоугольных импульсов, с регулируемой скважностью. Это сде-
лано для того, чтобы высокий уровень передавался коротким импульсом.
Благодаря диодам D3 и D4 формируются отдельные цепи заряда
и разряда конденсатора СЗ. Пока на выходе генератора импульсов
высокий уровень, конденсатор СЗ медленно заряжается через резис-
тор R3 и потенциометр Р1, который регулирует частоту вспышек!
При достижении порога срабатывания инвертора на выходе 8 мик-
росхемы СИ устанавливается низкий уровень. Диод D3 закрывает-
ся, и конденсатор СЗ быстро разряжается через резистор R2 и диод
D4, на катоде которого в этот момент нулевое напряжение.
От емкости конденсатора СЗ зависит частота генератора прямо-
угольных импульсов.
IIIРЕНОСНОЙ СТРОБОСКОП
183
Рис. 8.5. Схема переносного стробоскопа (2 из 2)
Схема запуска тиристора
Выход генератора импульсов усиливается тремя инверторами мик-
росхемы СИ, которые обеспечивают ток через резистор R4, достаточ-
ный для отпирания тиристора Q1.
Включение тиристора влечет за собой разряд конденсатора С4 че-
рез первичную обмотку импульсного трансформатора TR2. В это вре-
мя импульс очень высокого напряжения (приблизительно 6 кВ) по-
дается на пусковой электрод импульсной лампы, и конденсаторы С5
или С6 разряжаются через лампу, которая становится проводящей,
вызывая яркую вспышку.
184
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
В интервале между двумя вспышками конденсатор С4 заряжается
через резистор R5 и первичную обмотку трансформатора TR2.
Изготовление
Внешний вид собранного устройства представлен на рис. 8.6. Развод-
ка печатной платы стробоскопа приведена на рис. 8.7, радиодетали на
плате размешаются в соответствии с рис. 8.8. Перечень радиодеталей,
необходимых для сборки переносного стробоскопа, приведен в табл. 8.4.
Сопротивление резистора R4 позволяет обеспечить управляющий
ток до 15 мА, поэтому следует выбрать подходящий тиристор.
Порог срабатывания микросхемы 40106 имеет большой разброс
в зависимости от производителя. Значения сопротивлений резисто-
ра R1 и подстроечного резистора Ajl выбраны с учетом этого разбро-
са. При необходимости номиналы резисторов можно изменить.
Перед регулировкой не надо подключать к плате импульсную лам-
пу, конденсаторы С5 и С6 и плавкий предохранитель. Следует про-
верить правильность расположения радиодеталей (в частности, тран-
зисторов Т1 и Т2).
Далее следует подключить схему к источнику питания +12 В 2 А
и отрегулировать подстроечный резистор Aj 1 таким образом, чтобы
на выходе мультивибратора, контактах 10, 11 или 12 микросхемы
40106 получить импульсы с частотой 50 Гц. Короткие положитель-
ные импульсы должны присутствовать на выходе 2 микросхемы СИ.
Рис. 8.6. Внешний вид собранного устройства
НОСНОЙ СТРОБОСКОП
185
Рис. 8.7. Разводка печатной платы стробоскопа
L1
Рис. 8.8. Схема размещения радиодеталей на плате стробоскопа
186
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Таблица 8.4. Перечень элементов, используемых при сборке переносного стробоскопа
Обозначение i< Наименование. ' Примечание
Резисторы
R1 100 кОм
R2 10 кОм
R3 150 кОм
R4 560 Ом
R5 100 кОм
R6.R7 1 МОм
Ajl 470 кОм
Р1 1-2,2 МОм
Конденсаторы
С1 100 нФ
С2 100 мкФ/25 В
СЗ 1-2,2 мкФ/25 В
С4 68-100 нФ/400 В Пленочный (см. текст)
С5 2,2-10 мкФ/350 В Полярный (см. текст)
С6 1 мкФ/400В Пленочный
С7 47-220 мкФ/25 В См. текст
Диоды
D1 1N4O01—4007
D2 BY251, BY255, Р600
D3.D4 1N4148
D5-D10 1N4004...4007
Транзисторы
Т1.Т2 BUZ11,IRF530
Тиристоры
Q1 TL8006, TLS106-6 600 или 800 В
ИМС
СИ HEF40106BP, CD40106BE, CD40106BCN
Прочее
TR1 Трансформатор 220В/2х6В-5ВА
TR2 Импульсная катушка TS 8
L1 Импульсная лампа На 20-60 Дж
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 1,25 А
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
Контактный лепесток 2 шт
1ИРБНОСНОЙ СТРОБОСКОП
187
Дальнейшая проверка проходит в следующем порядке:
• высоковольтный выход лампы (между анодом и катодом) нагру-
жается резистором 47 кОм, с мощностью рассеяния не менее 4 Вт;
• в держатель устанавливается предохранитель на 1,25 А или 1 А;
• включается схема, и подстройкой Aj 1 необходимо добиться макси-
мально высокого напряжения (около 300 В) на резисторе 47 кОм.
Затем подключаются оставшиеся радиоэлементы.
На плате концертного стробоскопа размещается полярный конден-
сатор С5 10 мкФ / 350 В, тогда как для сигнального маячка вместо
('5 устанавливается неполярный конденсатор С6 - 1 мкФ / 400 В.
Также можно выбрать конденсатор с промежуточным значением ем-
кости или получить ее путем подключения двух конденсаторов.
Для достижения оптимального коэффициента полезного действия
I хемы преобразователя напряжения емкость конденсатора С7 нужно
выбрать в зависимости от емкости между рабочими электродами
пампы. В табл. 8.5 представлены значения емкости конденсатора С7
в зависимости от суммарной емкости С5 + С6.
Перед включением питания еще раз проверяется правильность
расположения радиодеталей, в частности лампы импульсного транс-
форматора и конденсатора С5.
Когда ручка потенциометра Р1 повернута до упора в крайнее пра-
вое положение (частота вспышек максимальна), то вспышка должна
произойти сразу же после включения питания. Если этого не случи-
лось, питание немедленно отключается и снова тщательно проверя-
ется расположение радиоэлементов.
В зависимости от ритма музыки или назначения стробоскопа регу-
лируется частота мигания стробоскопа при помощи потенциометра Р1.
Низкая частота, как правило, используется для сигнального маячка,
в то время как для сцены рекомендуется частота примерно 50 Гц. Если
требуется сместить частоты в сторону более низких (вспышки повто-
ряюТся через больший интервал), то значение емкости конденсатора
СЗ надо увеличить.
Таблица 8.5. Выбор значения емкости конденсатора С7
С7
С5 + С6 Маячок Концерт
1 мкФ 220 мкФ 220 мкФ
2,2 мкф 220 мкф 100 мкФ
4,7 мкФ 100 мкФ 47 мкФ
10 мкФ 47 мкФ -
188
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Правила безопасности, касающиеся сборки стробоскопа аналогич-
ны тем, которые приведены в разделах «Лампы для стробоскопов»
и «Концертный стробоскоп». Следует учитывать, что нельзя остав-
лять ненагруженную схему преобразователя напряжения включен-
ной, особенно если емкость конденсатора С7 мала.
МУЗЫКАЛЬНЫЙ СТРОБОСКОП
Привлекательность музыкального стробоскопа заключается в его
способности мигать в зависимости от уровня громкости звука, вос-
принимаемого микрофоном.
Сигнал с электретного микрофона усиливается, а затем преобра-
зуется в постоянное напряжение с уровнем, пропорциональным
громкости музыки.
Это напряжение управляет ГУН (генератором, управляемым на-
пряжением), который вырабатывает сигнал зажигания импульсной
лампы. Этим генератором очень низкой частоты можно также управ-
лять вручную.
Напряжение питания схемы получается непосредственно из сете-
вого, а ксеноновая лампа ионизируется классическим способом с по-
мощью удвоителя напряжения.
Описание схемы
Электрическая схема музыкального стробоскопа приведена на рис. 8.9.
Схема низковольтного питания
Низковольтное напряжение вырабатывается непосредственно из се-
тевого напряжения.
На конденсаторе С13 происходит значительное падение напряже-
ния без тепловых потерь за счет реактивного сопротивления около
3200 Ом на частоте 50 Гц.
Когда схема отключена от сети, конденсатор С13 разряжается че-
рез резистор R11, в то время как резистор R28 ограничивает ток че-
рез стабилитрон в момент включения питания.
Диод D4 осуществляет однополупериодное выпрямление, а кон-
денсатор С12 сглаживает напряжение питания схемы.
Удвоитель напряжения
Напряжение питания импульсной лампы приблизительно равно
600 В. В каждом полупериоде сетевого напряжения через диоды D2
и D3, которые выполняют однополупериодное выпрямление, пооче-
редно заряжаются конденсаторы СЮ и СИ. Так как конденсаторы
СЮ и СИ включены последовательно и каждый из них заряжается
МУЗЫКАЛЬНЫЙ СТРОБОСКОП
189
к> 310 В, между электродами лампы L1 приложено напряжение
<>20 В. До тех пор пока эта импульсная лампа не проводит, конденса-
к>ры остаются заряженными.
Напротив, как только на пусковой электрод подается импульс вы-
сокого напряжения, газ в лампе L1 становится проводящим и разряд
конденсаторов вызывает яркую вспышку.
Резисторы R25 и R26 защищают импульсную лампу при зажига-
нии ее в момент амплитудного значения сетевого напряжения. Пос-
и* отключения питания конденсаторы СЮ и СИ разряжаются через
резисторы R23 и R24.
Схема запуска
11мпульс зажигания лампы генерируется импульсным трансформа-
тором при мощном разряде конденсатора в цепи первичной обмотки.
Для этого, когда тиристор Q1 закрыт, конденсатор С9 через резис-
тор R22 и первичную обмотку импульсного трансформатора TR1 за-
ряжается приблизительно до 300 В. Когда тиристор Q1 отпирается
высоким уровнем сигнала с выхода микросхемы CI2, он ведет себя
как замкнутый ключ, и конденсатор С9 оказывается подключенным
к первичной обмотке трансформатора.
Предусилитель
.'Электретный микрофон питается через резистор R5, а цепь R4 - С2 вы-
полняет фильтрацию. Сигнал, снимаемый с микрофона Ml, подается на
вход неинвертирующего операционного усилителя СИ/В. Его вход сме-
щен через резистор R3 с делителя напряжения Rl, R2. Таким образом,
НЧ сигнал на входе и выходе СИ/В накладывается на постоянную со-
ставляющую 6 В. Конденсаторы СЗ и С4 обеспечивают развязку по по-
стоянному току, чтобы предотвратить нарушение работоспособности раз-
личных каскадов. Потенциометр Р1 служит для регулировки усиления.
Выходной сигнал первого каскада дополнительно усиливается
вторым операционным усилителем, входящим в состав СИ. Микро-
схема LM324 содержит всего четыре ОУ. На этот раз СИ/С исполь-
зуется как инвертирующий усилитель, вход которого смещен так же,
как и у СИ/В, но через резистор R8. *
Коэффициент усиления этого каскада определяется соотношени-
ем сопротивлений резисторов R10 и R9.
Преобразователь напряжения
Предварительно усиленный сигнал, поступающий с СИ/С, преобра-
зуется в постоянное напряжение, пропорциональное его амплитуде.
190
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Для этого каскад, собранный на CI1/D, DI, Rll, R12 и С6, осуществ-
ляет однополупериодное выпрямление сигнала, который затем ин-
тегрируется конденсатором С7 с резистором R13.
Вход усилителя СИ/А подключен к делителю напряжения на ре-
зисторах R14, R15 и R13, на котором выделяется усредненный сиг-
нал. Постоянная составляющая выходного сигнала ОУ устанавлива-
ется резистором R14(oкoлo2 В) Величина смещения на выходе СИ/А
должна быть чуть ниже порога срабатывания CI2.
И4
Rl
22 ко
R5
4,7 kO
СЗ
Ml
100 nF
R2
22 ко
4,7 ко
R7
1 ко
PI
100 to
R6
C4
lOpF
Сеть
220 V
(SW1)
О-
СИ С
C14
X)nF
C6
220 nF
470 nF 10 ко
RIO
220 kQ
R11
22 ко
9® R9
CH =
LM324
R12
220 kQ
M1
Электретный
микрофон
D2
1N4004 R25
С13
400 V
470 kQ
+12 V
D4
1N4001
Fl
500 mA
470 pF
BZX85C12V
470 0
D3 RB57
1N4004
СЮ
10pF
350 V
R23
IMO
С11
10pF
350V
02 -г
1 W
„„ П R26
SLUg»0
i R24
“ IMO
Рис. 8.9. Электрическая схема музыкального стробоскопа (1 из 2)
МУЗЫКАЛЬНЫЙ СТРОБОСКОП
191
ГУН
Классический таймер типа 555 используется как преобразователь на-
нряжение/частота. Чем больше напряжение, приложенное к резистору
1(18, тем выше ток заряда конденсатора С8 и, следовательно, выше
частота мультивибратора.
Высокий уровень на выходе 3 микросхемы CI2 создает ток отпи-
рания тиристора Q1 схемы зажигания лампы.
В случае ручной настройки потенциометр Р2 управляет напряже-
нием на микросхеме 555 (ГУН). Когда движок потенциометра смещен
Рис 8.9. Электрическая схема музыкального стробоскопа (2 из 2)
192
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
до упора в сторону увеличения напряжения, частота сигнала на вы-
ходе CI2 максимальна.
В том случае, когда управление ГУН осуществляется музыкой, то
при большем напряжении на выходе СНА частота CI2 будет выше.
Порог срабатывания таймера 555 снижен примерно до 2 В резисто-
ром R20. Следовательно, если на резистор R18 подается напряжение,
превышающее 2 В, то конденсатор С8 сможет зарядиться до напря-
жения, достигающего порог переключения мультивибратора CI2.
Изготовление
Во время испытаний и манипуляций с платой необходимо проявлять
осторожность в связи с наличием сетевого напряжения.
При монтаже радиоэлементов наибольшее внимание нужно уде-
лить расположению полярных радиодеталей, особенно в схемах пи-
тания и удвоителя напряжения.
Не следует прижимать к плате два мощных резистора. Их выводы
необходимо заранее изогнуть для лучшей фиксации резисторов без
излишней нагрузки на место пайки.
Выбор значений емкостей конденсаторов СЮ и СИ зависит от
мощности импульсной лампы (см. табл. 8.2).
Разводка печатной платы музыкального стробоскопа показана
на рис. 8.10, радиодетали на плате размещаются в соответствии
с рис. 8.11. Перечень радиодеталей, необходимых для сборки стробо-
скопа, приведен в табл. 8.6.
Для безопасности первые испытания с целью общей проверки низ-
ковольтной части можно проводить, не подключая схему к сети. Для
этого постоянное напряжение питания 8—10 В подается на выводы
стабилитрона D5 и минусом к земляной шине.
Движки подстроечных резисторов должны быть в среднем поло-
жении.
Измеряется пороговое напряжение с помощью мультиметра на
выводах резистора R20.
Отключив микрофон или понизив уровень до минимума, под-
стройкой R14 установите на выходе СИ/А пороговое напряжение
(контакт А на плате или вывод 1 микросхемы СП). Когда микрофон
подключен, это напряжение должно увеличиваться с ростом гром-
кости окружающего шума.
Соединив контакты В и С, можно наблюдать за скоростью пере-
ключений на выходе 3 микросхемы CI2 в зависимости от регулиров-
ки потенциометра Р2.
На этом первая фаза испытаний может быть завершена. Теперь
необходимо отключить питание, поданное на стабилитрон.
МУЗЫКАЛЬНЫЙ СТРОБОСКОП
193
Рис. 8.10. Разводка печатной платы стробоскопа
Прежде чем включать схему в сеть, следует заново проверить распо-
ложение радиодеталей удвоителя напряжения. Движок потенциомет-
ра Р2 должен быть в среднем положении, а контакты В и С соединены.
После включения в сеть схема должна функционировать как обык-
новенный стробоскоп; при этом частота вспышек регулируется с по-
мощью потенциометра Р2.
На этой стадии функционирует высоковольтная часть схемы стро-
боскопа.
Отключив плату от сети и соединив контакты А и С, можно прово-
дить проверку для режима музыкального управления. Впоследствии для
194
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Сеть
220 V (SW1)
Чувствительность
Рис. 8.1J. Схема размещения радиодеталей на плате стробоскопа
ЗЫКАЛЬНЫЙ СТРОБОСКОП
195
1 лицо 8.6. Перечень элементов, используемых при сборке стробоскопа
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1, R2, R11, R16, R17 22 кОм
R3, R8,R10, R12 220 кОм
R4.R9.R15 10 кОм
R5, R6, R13 4,7 кОм
R7 1 кОм
R14 150 кОм Или подстроечный с вертикальной осью 220 кОм
R18 47 кОм
R19 470 кОм-2,2 МОм Или подстроечный
R20, R29 1,8 кОм
R21 6800м
R22 100 кОм
R23, R24 1 МОм
R25, R26 470 Ом/7 Вт
R27 470 кОм
R28 ЮООм/1 Вт
Р1 100 кОм
Р2 10 кОм
Конденсаторы
С1 4,7 мкФ/16 В
С2.С4 10 мкФ/16 В
СЗ.С14 100 нФ
С5,С8 470 нФ
С6 220 нФ
С7 1 мкФ/16 В
С9 100 нф/400 В
СЮ, СИ 3,3-10 мкФ/350 В См. текст
С12 470 мкФ/25 В
С13 1 мкФ/400В
С15 47 мкФ/16 В
Диоды
D1 1N4148
D2.D3 1N4004...4007
D4 1N4001...4007
D5 BZX85C12V
Тиристоры
Q1 TLS106-4 3-8А/400В
имс
СИ LM324
CI2 NE555, LM555
196
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Таблица 8.6. Перечень элементов, используемых при сборке стробоскопа (окончание!
Обозначение Наименование Примечание *
Прочее
TR1 Импульсная катушка TS 8
М1 Электретный микрофон
L1 Импульсная лампа На 40-150 Дж (см. текст)
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 500 мА
SW1 Двухконтактный зажим
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
реализации разных способов управления стробоскопом на место контак-
тов А, В и С можно будет установить двухпозиционный переключатель.
При включении платы в сеть вспышки должны происходить в соот-
ветствии с окружающим шумом. Далее остается только подстроить ре-
зистор R19 с помощью изолированной отвертки, чтобы установить мак-
симальную частоту вспышек (помните о сетевом напряжении на плате).
МОЩНЫЙ СТРОБОСКОП
Важнейшая характеристика этого стробоскопа - очень большая
мощность. Слишком яркие вспышки стробоскопа позволяют при-
менять его для достаточно больших танцевальных площадок. Его
работа аналогична функционированию концертного стробоскопа,
описанному в предыдущей главе, но в данном устройстве использу-
ются радиоэлементы, которые выдерживают мощности, развивае-
мые для получения ярких вспышек.
В стробоскопе применяется импульсная лампа типа XFT 112 на
600 Дж с импульсным трансформатором таких моделей, как TS 2 и TS 3.
Они подходят также и для ламп типа XFW122 на 250 Дж.
Структура стробоскопа осталась классической. Только для лампы
на 600 Дж батарея конденсаторов, которые запасают энергию, необ-
ходимую для получения яркой вспышки, должна быть составлена из
четырех конденсаторов 10 мкФ 350 В. При меньшей мощности стро-
боскопа (250 Дж) батарея конденсаторов сокращается до 2x15 мкФ.
Описание схемы
Схема для импульсной лампы на 250-600 Дж по структуре аналогич-
на схеме концертного стробоскопа, описание которого следует изу-
чить для получения более подробной информации.
Электрическая принципиальная схема стробоскопа представлена
на рис. 8.12.
МОЩНЫЙ СТРОБОСКОП
197
Удвоитель напряжения собран на диодах D1 и D2, которые заря-
жают батарею конденсаторов Cl — С4 через резисторы R1 и R2. Они
защищают лампу при максимальном сетевом напряжении. Таким
образом, энергия, передаваемая в лампу в момент ее зажигания, - это
энергия разряда конденсаторов через газ лампы, ставший проводником.
Зажигание импульсной лампы производится классическим спосо-
бом с помощью импульсного трансформатора, по первичной обмотке
которого протекает ток разряда конденсатора С5.
Действительно, когда тиристор Q1 открыт, он ведет себя как замк-
нутый выключатель, и конденсатор С5 оказывается подключенным
к первичной обмотке трансформатора. Протекающий ток вызывает
появление очень высокого напряжения на выводах вторичной обмот-
ки TR1. Это напряжение посредством пускового электрода зажигает
лампу, которая становится подобной короткому замыканию, разряжа-
ющему конденсаторы Cl - С4. В интервале между двумя вспышками
конденсатор С5 заряжается через резистор R5, первичную обмотку
импульсного трансформатора и диод D3, который осуществляет од-
нополупериодное выпрямление.
Частота вспышек задается релаксационным генератором на симмет-
ричном динисторе D4. Частота генератора регулируется потенциометром
Р1; границы диапазона регулировки установлены резисторами R6 и R8.
Резистор R7 ограничивает ток отпирания тиристора Q1.
198
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Изготовление
Правила и меры безопасности те же, что и для концертного стробо-
скопа. Следует соблюдать меры предосторожности, так как на плате
присутствует сетевое напряжение.
Надо внимательно проверить расположение радиоэлементов, в осо-
бенности батареи электролитических конденсаторов.
Прежде чем приступать к монтажу, необходимо определить ем-
кость батареи конденсаторов. Для получения вспышек оптимальной
яркости следует выбрать:
Cl = С2 = СЗ = С4 = 10 мкФ - для лампы в 600 Дж.
или:
Cl = С2 = 10 мкФ и СЗ = С4 = 4,7 мкФ - для лампы в 250 Дж.
Если вспышки покажутся чрезмерно яркими, то значения емкос-
тей этих конденсаторов можно уменьшить. При этом бережнее ис-
пользуется также импульсная лампа.
Тиристор Q1 можно заменить симистором на 400 В (типа TLC226),
у которого корпус и расположение выводов одинаковы.
Желательно, чтобы ось потенциометра Р1 была пластмассовой.
Резисторы R1 и R2 могут разогреваться до высоких температур,
поэтому их необходимо приподнять на несколько миллиметров от
поверхности платы, а выводы предварительно изогнуть так, чтобы
обеспечивалась надежная фиксация резисторов (см. рис. 8.2).
Импульсную лампу располагают либо со стороны монтажа, немно-
го приподняв ее, чтобы можно было поместить отражатель, либо со
стороны пайки в нескольких сантиметрах от проводящих дорожек.
В последнем случае необходимо предусмотреть отверстие в печатной
плате для соединительного провода от пускового электрода.
Если используется импульсная лампа, у которой пусковой элек-
трод размещен между анодом и катодом, то необходимо срезать этот
электрод, а к его кольцу (или к перемычке между двумя кольцами)
припаять высоковольтный провод импульсного трансформатора.
Внешний вид собранного устройства представлен на рис. 8.13. Раз-
водка печатной платы стробоскопа показана на рис. 8.14, радиодета-
ли на плате размещаются в соответствии с рис. 8.15. Перечень радио-
деталей, необходимых для сборки стробоскопа, приведен в табл. 8.7.
Учитывая расположение радиодеталей, эту плату легко размес-
тить внутри какого-нибудь корпуса. Для более эффективного на-
правленного освещения сцены следует расположить за лампой от-
ражатель.
МОЩНЫЙ СТРОБОСКОП
199
Рис. 8.13. Внешний вид собранного стробоскопа
Таблица 8.7. Перечень элементов, используемых при сборке стробоскопа
Обозначение Наименование I Примечание
Резисторы
R1.R2 220 Ом / 7 Вт (RB57)
R3.R4 1 МОм
R5.R8 100 кОм
R6 220 кОм
R7 1000м
Р1 220 кОм
Конденсаторы
С1,С2, СЗ, С4 3,3-10 мкФ/350 В
С5 100 нФ/400 В
С6 4,7 мкФ/63 В
Диоды
D1.D2.D3 1N4004...4007
D4 BR100/05 Симметричный динистор 32 В
Тиристоры
01 TLS106-4, TIC106D 3-8А/400В
Прочее
TR1 Импульсная катушка TS 3
L1 Импульсная лампа XFT112, XFW122 На 250-600 Дж
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 500 мА
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
200
РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ
Рис. 8.14. Разводка печатной платы мощного стробоскопа
Сеть 220 V
Ритм вспышек
Рис. 8.15. Схема размещения радиодеталей на плате стробоскопа
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ЭФФЕКТЫ
«Бегущая строка» и ЭВМ 202
«Радуга» и звук 208
Прожектор с цветным диском 217
Концертный лазер 229
10 Приложения
241
202
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» И ЭВМ
Интеграция музыкального сопровождения и цифровой техники про-
исходила год за годом, в то время как цифровая логика уже исполь-
зовалась для световой анимации. Предлагаемое устройство светового
эффекта типа «бегущая строка» наглядно демонстрирует значитель-
ные возможности, которые позволяет ЭВМ.
Различные устройства световых эффектов, в частности «бегущая
строка», питаются от сетевого напряжения 220 В. Управляющие сиг-
налы с микро-ЭВМ имеют значительно меньшую величину и легко
подвержены помехам. Следовательно, необходима гальваническая
развязка между логической управляющей схемой и каскадами уси-
ления мощности. Применение реле при световой анимации невоз-
можно ввиду частых переключений кратковременных уровней, вслед-
ствие чего контакты реле искрят, изнашиваются и не обеспечивают
требуемую скорость переключения.
Активно развивающаяся оптоэлектроника предлагает оптопары
с полной гальванической развязкой: оптосимисторы. Они специаль-
но предназначены для отпирания симисторов.
Применение оптосимисторов во всех каналах полностью изолиру-
ет компьютер от схем с сетевым напряжением.
Другое преимущество оптосимисторов — их размер (корпус DIL 6)
и возможность (согласно модели) срабатывать при переходе через
нуль питания. Эта особенность позволяет избежать прерывания се-
тевого напряжения, что ограничивает появление помех.
Описание схемы
Цветомузыкальная установка типа «бегущая строка» собрана на парах
симистор-оптосимистор, которые управляются обычным способом
схемой D-триггеров, настраиваемой через параллельный порт ЭВМ.
Электрическая схема цветомузыкальной установки типа «бегущая
строка» представлена на рис. 9.1.
Микросхема CI9 типа 74НСТ573 с восемью синхронными D-триг-
герами передает информацию с входа D на выход Q при высоком уров-
не на входе разрешения EN (сигнал STROBE параллельного порта).
Сигнал с входа D передается на выход Q триггера и к запускаю-
щей цепочке, состоящей из светодиода, диода оптосимистора и огра-
ничительного резистора. При высоком уровне на выходе Q выходной
каскад оптосимистора закрыт и симистор, который к нему подклю-
чен, не открывается. При этом лампа гаснет.
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» И ЭВМ
203
Наоборот, при низком уровне на выходе триггера через запускаю-
щую цепочку протекает ток (при условии, что на входе 11 микросхе-
мы CI9 высокий уровень). В таком случае в момент перехода через
нуль сетевого напряжения симистор открывается. Тогда лампа в этом
канале и соответствующий светодиод зажигаются.
Схема питания собрана на стабилизаторе напряжения типа 7805,
выпрямителя на диодном мосте D9 и фильтрующего конденсатора С1.
Изготовление
Благодаря использованию микросхемы 74НСТ573 разводка дорожек
достаточно проста. Копию разводки печатной платы можно выпол-
нить любым доступным методом, и монтаж радиодеталей не должен
вызвать проблем.
Тем не менее из-за малого расстояния между двумя симисторами
необходимо использовать симисторы в изолированном пластмассо-
вом корпусе.
Если выходная мощность на канал будет превышать 200 Вт, то
симисторы с изолированными выводами в корпусе SOT186 или
ТО220 следует установить на алюминиевой пластине. При этом си-
мисторы необходимо сместить на край печатной платы или увели-
чить длину платы на значение толщины алюминиевого листа, кото-
рый можно загнуть с каждого края печатной платы (U-образно).
Если нагрузка индуктивная (электромотор, трансформатор) и си-
мистор достаточно чувствительный, то сопротивление резистора
в цепи управляющего электрода (R17 - R24) можно уменьшить до
100 Ом, для того чтобы предотвратить несвоевременное отпирание
симистора.
Разводка печатной платы цветомузыкальной приставки «бегущая
строка» показана на рис. 9.2, радиодетали на плате размещаются
в соответствии с рис. 9.3. Перечень радиодеталей, необходимых для
сборки приставки, приведен в табл. 9.1.
До подачи питания необходимо проверить правильность располо-
жения радиоэлементов.
Сразу же после включения следует проконтролировать напряже-
ние на выводах фильтрующего конденсатора С1, а также стабилизи-
рованное напряжение 5 В. Только тогда можно подключить схему
к компьютеру и к гирлянде ламп. После подачи питания на плату за-
пускается программа. При этом должно наблюдаться движение огней,
совпадающее с миганием соответствующих светодиодов.
204
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
SW10
PB25F
90-
80-
70-
60-
50-
30-
20-
18 tr
19 О-
20 0-
21 О-
22 О-
23 0-
24 О-
25 О-
РАТА 7
РАТА 6
РАТА 5
РАТА 4
РАТАЭ
РАТА 2
РАТА1
РАТА О
STROBE
СИ О
rW-1
о
О
Сеть
220 V
О
(SW9)
Рис. 9.1. Электрическая схема цветомузыкальной бегущей строки (1 из 2)
БЕГУЩАЯ СТРОКА» И ЭВМ
205
R8 R16
R7 R15
R6 R14
R5 R13
R4 R12
Рис. 9.1. Электрическая схема цветомузыкальной бегущей строки (2 из 2j
206
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.2. Разводка печатной платы приставки «бегущая строка»
Далее остается только придумать различные варианты анимации
и реализовать их в программе.
Программное обеспечение
Ниже представлена простейшая программа, написанная на GW-'
BASIC. Она предназначена для управления простой 8-канальной
«бегущей строкой» (перемещается одна горящая лампа).
Эта программа послужит основой для разработки различных по-
следовательностей.
10 ‘CLS:AD.DATA=632:AD.0UT=634
20 ‘CLS:AD.DATA=888:AD.0UT=890
«БЕГУЩАЯ СТРОКА» И ЭВМ
207
Е
Е
Канал 7
Канал 6
Канал 5
Канал 4
Канал 3
Канал 2
Канал 1
Канал 8
Сеть 220V
Рис. 9.3. Схема размещения радиодеталей на плате приставки «бегущая строка»
30 CLS:AD.DATA=956:AD.0UT=958
100 OUT AD.OUT, 0: OUT AD.DATA,255
110 I=1:K$=”":TEMP0=5000
120 WHILE K$=""
130 OUT AD.DATA,255-2~I
140 FOR T=0 TO TEMPO:NEXT T
150 1=1+1:IF 1=8 THEN 1=0
260 K$=INKEY$
270 WEND
280 END
208
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Таблица 9.1. Перечень элементов, используемых при сборке приставки
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1 -R8 1000м
R9-R16 330 Ом, 390 Ом
R17-R24 330 Ом, 390 Ом, (100 Ом) См. текст
Конденсаторы
С1 470 мкФ/16 В
С2 100 нФ
СЗ 47мкФ/10В
Диоды
D1-D8 Светодиод красный
D9 W06.W08... Диодный мост 1 А / 30 В
Тиристоры
Q1-Q8 TLC226, BT136-F, BT137-F Изолированные
ИМС
CI1-CI8 МОС3041, МОС3042, МОС3043
09 74НСТ573
СПО 7805 ЕН5
Прочее
TR1 Трансформатор 220В/9В-2ВА
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 10А
SW1-SW9 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 9 шт.
SW10 Гнездо DB25
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
Одна из строк 10-30 определяет адрес параллельного порта ком-
пьютера. Этот адрес меняется в зависимости от номера порта (LPT1 —
LPT3), а также от типа компьютера.
Для других ЭВМ нужно будет определить переменные величины
AD.DATA и AD.OUT согласно техническим данным, которые, как
правило, приводятся в описании машины или параллельного порта.
«РАДУГА» И ЗВУК
Для сопровождения приятной музыки, такой как медленный фок-
строт, идеально подойдет трехцветный микшер.
Получаемый эффект основан на смешивании трех основных цве-
тов, интенсивность которых медленно меняется.
«РАДУГА» И ЗВУК 209
Таким образом, спектр видимых цветов представляется плавным
переходом оттенков, немного напоминающим радугу.
По примеру цветного телевидения с его составляющими RGB или
живописи с ее тремя основными цветами (красный, зеленый, синий),
световой спектр может быть получен при проецировании трех свето-
вых лучей основных цветов на стену, куда в случае необходимости
можно натянуть белое полотно.
Для независимого управления каждым лучом предусмотрены три
идентичных модуля. Принцип изменения яркости луча основан на
автоматической регулировке тока питания прожектора. Интенсив-
ность меняется медленно в такт с колебаниями несихронизируемого
генератора, частота которого регулируется потенциометром, установ-
ленным на лицевой панели прибора.
Для эффективного отпирания симистора с наименьшими пере-
грузками и для обеспечения гальванической развязки между схема-
ми управления и схемами усиления мощности используются оптоси-
мисторы. Следовательно, работа с устройством безопасна.
Описание схемы
Структурные схемы каждого из трех каналов идентичны.
Для каждого канала генератор ОНЧ (очень низких частот) выра-
батывает сигналы, по форме приближающиеся к треугольным, посто-
янная составляющая которых смещается дополнительным каскадом.
Выходной сигнал генератора ОНЧ затем сравнивается с общим
для каждого канала пилообразным сигналом, засинхронизирован-
ным с сетевым напряжением. До тех пор пока напряжение пилооб-
разного сигнала ниже напряжения сигнала от ОНЧ генератора, элек-
тронный ключ разомкнут и лампа не горит. Структура трех каналов
дополнена схемой питания.
Электрическая принципиальная схема микшера представлена на
рис. 9.4.
Схема питания
Маломощный трансформатор понижает сетевое напряжение и обес-
печивает гальваническую развязку между сетью и низковольтной
схемой питания устройства. Вторичное переменное напряжение
12 В^. выпрямляется диодным мостом, собранным на четырех дио-
дах Di - D4 типа 1N400X. Далее через диод D5 заряжается сглажи-
вающий конденсатор С1. Затем напряжение стабилизируется на
уровне 12 В стабилизатором напряжения типа 7812. Развязывающий
конденсатор С2 устраняет паразитное возбуждение.
210
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.4. Схема трехцветного микшера (1 из 2)
«РАДУГА» И ЗВУК
211
Рис. 9.4. Схема трехцветного микшера (2 из 2)
2}2
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Генератор пилообразного сигнала
Синхронный генератор формирует из пульсирующего напряжения
со средней точки делителя Rl, R2 короткие импульсы с частотой сети
50 Гц. Таким образом, транзистор Т1 открыт в течение практически
всего полупериода сетевого напряжения, шунтируя переход база-
эмиттер транзистора Т2, который при этом закрыт. При каждой сме-
не полупериодов сетевого напряжения выпрямленное пульсирующее
напряжение в течение короткого времени имеет малую величину, что
часто называют переходом через нуль питания. В этот момент на базе
транзистора Т1 напряжение меньше 0,5 В, что приводит к его запи-
ранию. Транзистор Т2 при этом насыщается через резистор R3.
Пока длится переход через нуль питания, насыщение транзистора
Т2 вызывает разряд конденсатора СЗ через резистор R4. Так как по-
стоянная времени цепи R4 - СЗ очень мала по сравнению с полупе-
риодом сетевого напряжения, то разряд конденсатора СЗ происходит
почти мгновенно. Это соответствует крутому спадающему фронту
пилообразного импульса.
Когда транзистор Т2 запирается, конденсатор СЗ начинает заря-
жаться стабильным током. Схема стабилизации тока на транзисторе
ТЗ, который получает смещение с делителя R5, R6, вырабатывает
стабильный ток. Он и определяет линейное изменение напряжения
на выводах конденсатора СЗ.
Таким образом, амплитуда пилообразного импульса зависит от силы
тока транзистора ТЗ. Величина тока определяется сопротивлением ре-
зисторов Aj 1 и R37. Регулировка амплитуды импульса осуществляется
с помощью подстроечного резистора Ajl. Его следует подстроить так,
чтобы амплитуда пилы слегка превышала 9 В.
Этот пилообразный сигнал подается на инвертирующий вход каж-
дого операционного усилителя, используемого в качестве компарато-
ра напряжения для управления электронным ключом.
Генератор ОНЧ
Микросхема таймера типа 555 включена как классический мульти-
вибратор, но используется несколько иным образом. Полезный пря-
моугольный сигнал при стандартном включении образуется на вы-
ходе 3. В нашей схеме сигнал снимается с выводов конденсатора,
включенного между общей шиной и контактами 2 и 6.
Так как треугольное напряжение на выводах этого конденсатора
изменяется в пределах 1/3-2/3 от напряжения питания, то необхо-
димо скомпенсировать постоянную составляющую сигнала. Это
•РАДУГА» И ЗВУК
213
осуществляет вычитающая схема, собранная на одном из операцион-
ных усилителей, входящих в состав микросхемы LM358.
Вычитающая схема
Упрощенная схема каскада представлена на рис. 9.5.
Усиление этого каскада зависит от соотношения сопротивлений
резисторов R2 / R1 или резисторов R4 / R3, что равнозначно, по-
скольку Rl = R3 и R2 = R4. Значение выходного напряжения опре-
деляется следующим выражением:
V = R2 / R1 х (V2 - VI).
В нашем случае R2 / R1 = 2,2, напряжение V2 меняется в пределах
от 4 до 8 В, а VI приблизительно равно 4 В. Таким образом, измене-
ние треугольного сигнала происходит в пределах от О В и до его ам-
плитудного значения, достигающего примерно 9 В.
Рис. 9.5. Вычитающая схема на операционном усилителе
Электронный ключ
Электронный ключ, как обычно, собран на симисторе. Отпирание сими-
стора производится оптосимистором, который обеспечивает полную
гальваническую развязку с электронными управляющими схемами.
В течение полупериода сетевого напряжения, до тех пор пока уро-
вень пилообразного сигнала ниже порога, установленного генерато-
ром ОНЧ (типа 555), симистор закрыт и лампа не горит.
Напротив, как только напряжение пилообразного сигнала превысит
напряжение генератора ОНЧ, симистор откроется и лампа будет гореть
на протяжении оставшейся части полупериода сетевого напряжения.
Нить накала лампы будет светиться ярче или слабее в зависимости
от того, как долго симистор будет находиться в открытом состоянии
в течение каждого полупериода.
Помехи, вызванные коммутацией напряжения питания лампы,
ослабляет LC-цепочка.
214
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Изготовление
Рабочее напряжение каждого из трех помехоподавляющих конденса-
торов (класса Х2 или X) должно быть 630 В.
Противопомеховый дроссель может быть обычного типа для си-
мисторов и тиристоров с номинальной индуктивностью порядка
200 мкГн. Однако противопомеховый дроссель можно намотать на
магнитном тороидальном сердечнике. В этом случае диаметр эма-
лированного провода следует выбирать в зависимости от нагрузки
для достижения оптимальной эффективности.
Действительно, чем значительнее нагрузка, тем больше должен быть
диаметр провода катушки, для того чтобы уменьшилось нагревание
последней. С другой стороны, чем больше индуктивность дросселя
(следовательно, и число его витков), тем лучше осуществляется филь-
трация; хорошие результаты дают индуктивности в интервале 2-5 мГн.
В табл. 2.3 приведены данные, необходимые для изготовления проти-
вопомехового дросселя на тороидальном сердечнике диаметром 20 мм.
Масштаб 1:1,5
Рис. 9.6. Разводка печатной платы микшера
«РАДУГА» И ЗВУК
215
Эффективность подавления помех легко проконтролировать с по-
мощью длинноволнового приемника, питаемого от сети. С выбран-
ными радиоэлементами схемы и нагрузкой 200 Вт на канал не было
отмечено значительных помеховых сигналов.
Небольшой радиатор, изготовленный из куска алюминиевой плас-
тины, поможет эффективнее рассеивать тепло от симисторов в кор-
пусе ТО220 или SOT186. Край алюминиевой пластины можно изо-
гнуть (в виде L), чтобы радиатор лучше держался за симистор.
Плавкий предохранитель следует выбирать в зависимости от мак-
симальной нагрузки. Для мощности 100 Вт на канал подойдет пре-
дохранитель на 1,6 А. Если к каналу подключается лампа 250 Вт, то
выбирают предохранитель на 4 А.
Разводка печатной платы микшера показана на рис. 9.6, радиоде-
тали на плате размещаются в соответствии с рис. 9.7. Перечень ра-
диодеталей, необходимых для сборки микшера, приведен в табл. 9.2.
Рис. 9.7. Схема размещения радиодеталей на плате микшера
216
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Таблица 9.2. Перечень элементов, используемых при'Рборке микшера
Обозначение Наименование . Примечание
Резисторы
R1.R2, R3 10 кОм
RIO, R11.R12 22 кОм
R4 1000м
R5, R16, R17, R18, R37 1 кОм
R6 6,8 кОм
R7, R8, R9 4700м
R13, R14.R15 1,5 кОм
R19, R20, R21, R22, R23, R24 100 кОм
R25, R26, R27, R28, R29, R30 220 кОм
R31, R32, R33 680 Ом
R34, R35, R36 330 Ом, 390 Ом
AJ1 2,2 кОм, 4,7 кОм
Aj2, Aj3, Aj4 1 кОм
Р1,Р2,РЗ Потенциометр 100 кОм - А
Конденсаторы
Cl 470 мкФ/25 В
С2, С7, С8, С9 100 нФ
СЗ 470 нФ
С4, С5,С6 47 мкФ/16 В
С10,С11,С12 100НФ/400В •
Диоды
DI -D5 1N4001
Транзисторы
Т1.Т2 ВС548
ТЗ ВС558С
Симисторы
Q1-Q3 4А/400В
ИМС
ai 7812
CI2, аз, 04 555
05,06,07 LM358
08,09,010 МОС3020, МОС3021
Прочее
LI, 12, L3 Прогивопомеховый дроссель Для симисторов
TR1 Трансформатор 220В/12В-ЗВА
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫМ ДИСКОМ
217
Таблица 9.2. Перечень элементов, используемых при сборке микшера (окончание)
Обозначение , а Наименование .. Примечание „
F1 Плавкий предохранитель 5x20
SW0-SW3 Двухконтактный зажим для печатного монтажа 4 шт.
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа 5x20
Крышечка для плавкого предохранителя 5x20
Подготовка
Прежде чем приступать к настройке, необходимо установить движки
всех подстроечных резисторов в среднее положение, а ручки всех
потенциометров повернуть влево до упора (для быстрого изменения
интенсивности света). Что касаетсй трех выходов, то к ним можно
подключить простые лампы накаливания на 40-100 Вт.
Хотя сетевое напряжение присутствует только в мощных каскадах,
между оптосимисторами и выходными контактами, все равно следу-
ет соблюдать осторожность. После обычных проверок на схему пода-
ется питание. Сразу же должны зажечься лампы.
Сначала проверяется напряжение питания 12 В. Затем резисторы
Aj2, Aj3 и Aj4 подстраиваются таким образом, чтобы на их движках
присутствовало напряжение 4 В (между соответствующими измери-
тельными точками РТ1, РТ2, РТЗ и общей шиной в точке РТО).
Резистором Ajl подстраивается желаемая скорость погасания
лампы. Действительно, когда скользящий контакт резистора Aj 1 на-
ходится в крайних положениях, лампочка либо практически совсем
не гаснет, либо гаснет слишком долго.
Простота регулировки позволяет без труда украсить вечер привле-
кательным освещением.
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫМ ДИСКОМ
Принцип работы устройства заключается в управлении скоростью
и вращением полупрозрачного диска, состоящего из разноцветных
секторов.
Управление может осуществляться вручную, автоматически и с по-
мощью музыки. Диск расположен перед прожектором, что обеспечи-
вает переход от одного цвета к другому при более или менее быстром
вращении диска.
Диск вращается с помощью шагового электродвигателя, управля-
емого от разных источников.
21В
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
R4
Рис. 9.8. Схема цветомузыкального устройства (1 из 2)
Сигналы управления вырабатывают постоянное напряжение для
управления генератора (ГУН). Этот генератор низкой частоты выдает
сигнал, частота которого определяется управляющим напряжением.
Сигнал ГУН затем используется схемой управления шаговым двига-
телем, направление вращения которого может быть выбрано вручную
или автоматически чередоваться в некотором ритме. Более полное
описание схемы управления приведено в разделе «Концертный лазер».
Описание схемы
Электрическая принципиальная схема цветомузыкального устрой-
ства представлена на рис. 9.8.
Режим ручного управления
Режим ручного управления осуществляется с помощью потенцио-
метра РЗ. В зависимости от положения его движка напряжение
в диапазоне от 0 до 12 В подается на вход ГУН.
Когда вход НАПРАВЛЕНИЕ не подключен, направление враще-
ния электродвигателя совпадает с ходом стрелки часов. Направление
вращения меняется на противоположное, когда на входе НАПРАВ-
ЛЕНИЕ с помощью простого нажатия кнопки установлено напряже-
ние О В.
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫМ ДИСКОМ
219
-* +12 V
Рис. 9.8. Схема цветомузыкального устройства (2 из 2)
Автоматическое управление
Автоматическая смена направления вращения электродвигателя про-
исходит с помощью мультивибратора на операционном усилителе.
Он вырабатывает сигнал прямоугольной формы. Частота мультивиб-
ратора определяется номиналами радиоэлементов С9, R19 и Р2.
Еще один операционный усилитель в режиме повторителя выра-
батывает напряжение треугольной формы. Это напряжение подается
на вход ГУН, с выхода которого снимается сигнал прямоугольной
формы с постепенно меняющейся частотой. Если заряд или разряд
конденсатора С9 происходит медленно (сопротивление Р2 макси-
мально), то скорость вращения электродвигателя также меняется
медленно. Напротив, если сопротивление потенциометра Р2 близко
к нулю, то скорость вращения изменяется быстро.
220
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.9. Электрическая схема блока управления мотором (1 из 2)
Музыкальное управление
Звук с электретного микрофона усиливается двумя последователь-
ными каскадами на операционных усилителях СИ/В и СИ/С. Для
увеличения динамического диапазона они смещены на половину на-
пряжения питания с помощью делителя Rl, R2.
Коэффициент усиления по напряжению канала усиления опреде-
ляется значениями сопротивлений резисторов R7, R6, Р1 и R9, R10.
Частотные характеристики зависят от величин емкостей конденсато-
ров связи СЗ, С5 и С4.
Затем усиленный сигнал подвергается активному однополупери-
одному выпрямлению операционным усилителем CI1/D, входящим
в состав микросхемы СИ, которая содержит четыре ОУ. Выпрямлен-
ный сигнал интегрируется цепочкой R13 — С7. Полученный усред-
ненный сигнал усиливается еще в два раза, чтобы находиться в диа-
пазоне работы ГУН.
Следовательно, на выходе АУДИО присутствует постоянное на-
пряжение, уровень которого пропорционален громкости звука, вос-
принимаемого микрофоном, а также усилению сигнала.
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫЕ ДИСКОМ
221
Красный
Рис. 9.9. Электрическая схема блока управления мотором (2 из 2)
ГУН
ГУН выполнен на микросхеме типа 4046. Частота сигнала с выхода мик-
росхемы CI3 зависит от уровня управляющего напряжения на ее вхо-
де 9, а диапазон изменения определяется подстроечными резисторами
Ajl, Aj2 и конденсатором СЮ. Более медленная скорость вращения
устанавливается резистором Ajl, в то время как максимальная ско-
рость устанавливается резистором Aj2.
Схема управления электродвигателем
Используемый шаговый электродвигатель относится к типу однопо-
лярных, у которых две обмотки имеют среднюю точку. Напряжение
питания электродвигателя составляет 12 В.
Электрическая схема блока управления электродвигателем пред-
ставлена на рис. 9.9.
222 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Электродвигатель оснащен пятью или шестью соединительными
проводами, так как каждая средняя точка обмоток должна иметь по-
тенциал +12 В. При этом ось мотора вращается, когда выводы обмо-
ток подключаются к общей шине согласно некоторой логической
последовательности.
При составлении логической последовательности нужно учиты-
вать, что каждая обмотка расположена перпендикулярно и каждая
катушка одной и той же обмотки управляется в противофазе (только
одна половина обмотки активна на каждом шаге).
В результате управляющие сигналы для катушек одной и той же
обМотки сдвинуты по фазе на 180° и на 90° между двумя обмотками.
Логическая последовательность формируется двумя D-триггера-
ми, CI5/A и CI5/B, и двумя вентилями ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,
CI4/C и CI4/D. Соответствующие временные диаграммы работы
этих устройств приведены на рис. 9.10.
Два других вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ микросхемы CI4
используются как простые буферные инверторы. Согласно логичес-
кому уровню на входе 5 микросхемы CI4 - НАПРАВЛЕНИЕ - ход
последовательности может быть изменен на обратный.
Интегральная микросхема CI6 типа ULN2004, которая содержит
семь составных транзисторов Дарлингтона, позволяет собрать эконо-
мичный и негромоздкий каскад усиления мощности. Один составной
транзистор Дарлингтона можно рассматривать как инвертор, что
оправдывает условное представление на схеме.
Рис. 9.10. Временная диаграмма работы схемы управления моторами
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫМ ДИСКОМ 223
Максимальный ток через один канал - 500 мА, но при температу-
ре 25 °C корпус микросхемы ULN2004 может рассеивать мощность
до 2 Вт, если есть радиатор. Нагрев CI4 будет зависеть от мощности
электродвигателя.
Каждый транзистор защищен внутренним диодом, и дополнитель-
ные радиоэлементы не нужны.
Изготовление
Разводка печатной платы цветомузыкального устройства показана на
рис. 9.11, радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 9.12,
внешний вид собранного устройства представлен на рис. 9.13. Пе-
речень радиодеталей, необходимых для сборки цветомузыкального
устройства, приведен в табл. 9.4.
Главная трудность при изготовлении заключается в идентифика-
ции выводов электродвигателя. Действительно, цветовая маркиров-
ка, которая приведена на схемах, соответствует кодировке электро-
двигателей марки DCK. Однако, к сожалению, эта кодировка не
универсальна, и при использовании другого электродвигателя, даже
извлеченного из какого-либо устройства, можно воспользоваться
данными, приведенными в табл. 9.3.
Таблица 9.3. Возможные варианты цветовой маркировки выводов электродвигателей
Обмотка 1 Обмотка'2
Общий Q1 ... Q1 ... Q2 Q2
Красный Желтый Оранжевый Черный Каштановый
Красный Желтый Зеленый Каштановый Черный
Зеленый Синий Желтый Красный Белый
Синий Желтый Красный Белый Каштановый
Белый Каштановый Красный Желтый Синий
Тем не менее обмотки всегда можно различить. Выводы каждой
обмотки определяются визуально, поскольку они, как правило, объ-
единяются в отдельный жгут.
С помощью омметра легко установить выводы обмоток, если их
общие точки разделены. Затем можно провести проверку, измеряя
идентичное сопротивление между общей точкой двух катушек одной
обмотки и их выводами.
В другом случае можно определить каждый провод, используя на-
пряжение питания +12 В. Для этого подается +12 В на две общие
224
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
точки и О В на один из четырех оставшихся проводов. Это будет со-
ответствовать выходу Q1 (желтый).
Затем подается О В на другой, случайный провод, и если ось
электродвигателя сдвинулась по часовой стрелке, то этот провод
соответствует выходу Q2 (черный), в противном случае - выходу Q2
(каштановый).
Оставшийся провод соответствует выходу Q1 (оранжевый). Впро-
чем, если подать на этот провод О В, то ось электродвигателя сдвинется.
Если затем с этого с провода снять О В, ось снова займет свое место.
В действительности она переместилась на один шаг.
Рис. 9.11. Разводка печатной платы цветомузыкального устройства
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫМ ДИСКОМ
225
Рис. 9.12. Схема размещения радиодеталей на плате
цветомузыкального устройства
1X1
2
О
22<5
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.13. Внешний вид собранного цветомузыкольного устройства
Для питания схемы используется стабилизированный источник
питания +12 В, 1 А. Некоторые электродвигатели не потребляют бо-
лее 500 мА. Если подходящий источник питания отсутствует, то можно
использовать автомобильный аккумулятор или собрать блок питания
из трансформатора на 10^16 В А и стабилизатора положительного на-
пряжения типа 7812, 78S12 или 7812СК, размещенного на радиаторе.
До подачи питания проверяется правильность расположения ин-
тегральных микросхем и других радиоэлементов. Электродвигатель
к схеме можно не подключать. Движок Aj 1 поворачивается вправо до
упора, а у Aj2 устанавливается в среднее положение.
Проверка начинается с управляющих каскадов.
ПРОЖЕКТОР С ЦВЕТНЫМ ДИСКОМ
227
Таблица 9.4. Перечень элементов,
используемых при сборке цветомузыкольного устройства
Обозначение Наименование Примечание
Резисторы
R1, R2, R11, R14, R15 22 кОм
R3, R8, R10, R12 220 кОм
R4, R9, R13, R18 10 кОм
R5.R6 4,7 кОм
R7, R21 1 кОм
R16, R17 47 кОм
R19 1,8 кОм
R20 100 кОм
Aj1 1-2,2 МОм
Aj2 10-47 кОм
Р1.Р2 100 кОм
РЗ 10-100 кОм
Конденсаторы
С1 4,7 мкФ/16 В
С2.С4 10 мкФ/25 В
СЗ, С8, С11 100 нФ
С5 470 нФ
С6 220 нФ
С7 1мкФ/25В
С9 220 мкФ/16 В
СЮ 1 мкФ Пленочный
С12 47 мкФ/16 В
С13 220-470 мкФ/16 В
Диоды
D1 1N4148
имс
СП LM324
CI2 LM358
CI3 4046
СИ 4070
05 4013
CI6 ULN2004
Прочее
М1 Электретный микрофон
м Шаговый однополярный двигатель DCK-200
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
Контактный лепесток 12шт
22В
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Вначале с помощью мультиметра контролируется напряжение на
выходе РУЧНОЕ. Оно должно регулироваться в пределах от 0 до
+12 В. Установив ручку потенциометра Р2 влево до упора, следует
убедиться с помощью осциллографа в наличии импульсов на выхо-
де А с размахом от 0,5 до 10,5 В и, кроме того, треугольного импульса
на выходе L.
Завершается первая проверка измерением напряжения на выходе
АУДИО; оно должно меняться в зависимости от окружающего шума.
Следующий этап состоит в том, чтобы проверить функционирова-
ние ГУН. Для этого посредством провода с зажимами соединяются
вход ГУН и выход РУЧНОЕ. С помощью осциллографа измеряется
сигнал на выходе 4 CI3. При перемещении движка потенциометра РЗ
частота наблюдаемого сигнала должна меняться (приблизительно от
1 до 500 Гц).
После этого остается только проконтролировать управляющие
сигналы электродвигателя. На каждом выходе (черном, желтом
и т.д.) включается нагрузочный резистор с сопротивлением 1 кОм
к шине +12 В. На резисторе должны наблюдаться сигналы прямо-
угольной формы.
После успешно проведенной проверки можно подключать элек-
тродвигатель. В режиме РУЧНОЕ, когда ручка потенциометра РЗ на-
ходится в среднем положении, при включении питания должна вра-
щаться ось мотора.
Следующий этап - регулировка интервала изменения скорости
вращения электродвигателя. Сначала устанавливается минимальная
скорость вращения мотора с помощью подстроечного резистора Aj 1
(ручка потенциометра РЗ должна быть повернута влево до упора).
Затем ручка потенциометра РЗ поворачивается вправо до упора
и регулируется максимальная скорость вращения мотора с помощью
подстроечного резистора Aj2.
В завершение необходимо подобрать переключатели для выбора
различных режимов управления: РУЧНОЕ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ
(выход L) или АУДИО, а также переключатель для выбора направ-
ления вращения: ручной выбор (двухпозиционный переключатель
размещается между контактами НАПРАВЛЕНИЕ и 0 В) или автома-
тическое чередование (соединение между контактами НАПРАВЛЕ-
НИЕ и АВТОМАТИЧЕСКОЕ (выход А)).
Микросхема CI4 с электродвигателем DCK-200 рассеивает более
1 Вт, и ее температура может превышать 60 °C, поэтому следует со-
блюдать осторожность.
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
229
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
Проецируя на стену или потолок луч лазерного диода, можно полу-
чить различные световые эффекты. Действительно, световой луч ди-
ода может описывать самые замысловатые фигуры, взаимодействуя
с подвижными зеркалами.
Модуляция луча получается в результате изменения скорости вра-
щения двух электродвигателей, на оси которых установлены зерка-
ла. Изменение скорости моторов может производиться в зависимос-
ти от музыкальной обстановки, вручную или случайным образом.
Зеркала отражателей лазерных лучей имеют два направления па-
дения луча: касательное падение относительно плоскости, перпенди-
кулярной оси электродвигателя, и под углом падения 45° по отноше-
нию к лучу. Сложность получаемых фигур зависит от числа зеркал.
Световая мощность пучка зависит от используемого лазерного
диода. Для получения значительной мощности желательно приме-
нять лазерную трубку, но в этом случае она должна использоваться
вместе с собственным источником высокого напряжения (приблизи-
тельно 1500 В).
Лазерный диод питается от схемы стабилизации тока, калибровка
которой зависит от типа используемого диода и желаемой яркости.
Схема модуляции скорости, а также два каскада усиления мощ-
ности, питающих электродвигатели, дополняют устройство. Выбор
типа модуляции для каждого мотора осуществляется с помощью пе-
реключателя, установкой одного из трех режимов управления: руч-
ного, музыкального или случайного. Этот переключатель следует
расположить на передней панели прибора.
Описание схемы
В общей схеме устройства встречаются ранее упомянутые блоки.
Схема питания приставки
Трансформатор TR1, защищенный плавким предохранителем F1,
понижает сетевое напряжение приблизительно до 12 Вэфф. Это напря-
жение выпрямляется диодным мостом D4. Конденсатор С13 сглажи-
вает выпрямленное напряжение, а стабилизация напряжения пита-
ния 8 В осуществляется стабилизатором отрицательного напряжения
7908, вследствие чего общая шина, шина 0 В и корпус стабилизатора
имеют один и тот же потенциал, хотя анод лазерного диода соединя-
ется с его корпусом.
Выход стабилизатора зашунтирован конденсатором С12.
230
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Схема питания лазерного диода
Лазерный диод имеет три вывода и состоит из собственно лазерного
диода (диода, излучающего лазерный луч) и контролирующего фо-
тодиода, предназначенного для контроля за мощностью излучения.
Анод лазерного диода и катод управляющего диода подключаются
к общему выводу, соединенному с корпусом.
Электрическая схема блока питания лазерного диода и электро-
двигателей представлена на рис. 9.14.
Следящая схема с обратной связью вырабатывает ток прямого сме-
щения лазерного диода. Стабилизатор автоматически регулируется
обратным током контролирующего диода, для того чтобы поддержи-
валась установленная мощность излучения.
Регулировка тока осуществляется операционным усилителем CI4,
на инверсный вход которого подано опорное напряжение 2,5 В с ре-
зисторов R22, R23.
Потенциал на прямом входе 3 меняется в зависимости от обратно-
го тока фотодиода лазерного диода. Действительно, ток фотодиода,
проходя через резисторы R25 и Ajl, преобразуется в напряжение.
Напряжение на выходе CI4 зависит от обратного тока фотодиода,
а также от подстроечного резистора Aj 1, с помощью которого устанав-
ливается световая мощность луча. Чем меньше выходное напряжение
CI4, тем больше ток лазерного диода и, следовательно, яркость луча.
Емкость конденсатора СИ определяет задержку нарастания тока
через лазерный диод, в частности при включении питания.
Схема стабилизатора работает следующим образом. Предполо-
жим, что резистор Ajl отрегулирован на определенный ток; тогда,
если световая мощность пучка уменьшится, то потенциал на пря-
мом входе понизится, вызывая уменьшение выходного напряжения
на выходе 1 усилителя CI4. Базовый ток транзистора ТЗ увеличит-
ся, что повлечет за собой нарастание коллекторного тока, который
является током лазерного диода; таким образом, яркость луча вос-
становится.
И наоборот, если световая мощность увеличивается, то напряже-
ние на прямом входе CI4 растет. Следовательно, выходное напряже-
ние операционного усилителя увеличивается, уменьшая при этом
базовый ток транзистора ТЗ и ток через лазерный диод.
Каскад усиления мощности для моторов
Два электродвигателя питаются от мощных независимых каскадов
с идентичной структурой.
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
231
Усилитель мощности - повторитель напряжения - выполнен на
операционном усилителе с мощным транзистором. Резисторы (R20,
R21) обеспечивают режим входного каскада усилителя. Диоды D2
и D3 защищают усилитель от скачков напряжения, вызванных элек-
тродвигателем.
Управление в ручном режиме
Управление в ручном режиме осуществляется с помощью потенцио-
метра РЗ. Именно с этого потенциометра подается постоянное напря-
жение на один или два каскада усиления мощности.
Скорость вращения электродвигателя прямо пропорциональна
положению движка потенциометра РЗ. Если необходима ручная не-
зависимая регулировка каждого мотора, то достаточно установить на
передней панели корпуса еще один потенциометр и соединить его
проводами с платой и переключателем выбора режима управления.
Рис. 9.14. Электрическая схема блока питания лазерного диода и электродвигателей
232
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.15. Электрическая схема блока управления приставки
Управление в случайном режиме
Псевдослучайное напряжение управления электродвигателями снима-
ется с мультивибратора, собранного на операционном усилителе CI2/A
с положительной обратной связью через резистор R18 (см. рис. 9.15).
Когда на выходе 1 операционного усилителя CI2/A высокий уро-
вень напряжения, конденсатор С8 заряжается через суммарное сопро-
тивление R19 + Р2. Когда напряжение на выводах этого конденсатора
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
233
превышает порог, установленный резисторами R16, R17 и R18, на-
пряжение на выходе 1 уменьшается приблизительно до О В. Пере-
ключение выхода ОУ через резистор R18 понижает порог срабатыва-
ния, и конденсатор С8 начинает разряжаться.
Как только напряжение на выводах конденсатора С8 спадает ниже
нового порога, на выходе CI2/A вновь устанавливается напряжение
высокого уровня. При этом порог срабатывания повышается за счет
тока резистора R18, и конденсатор снова заряжается через сопротив-
ление R19 + Р2.
Таким образом, циклы могут следовать друг за другом бесконечно
долго, и частота мультивибратора определяется потенциометром Р2,
а гистерезис зависит от резистора R18.
Треугольное напряжение с С8 поступает на повторитель напряже-
ния, собранный на операционном усилителе CI2/B. Подстроечный
резистор Aj 1 образует делитель напряжения с входными резистора-
ми мощных каскадов (R20 и R21). Полученное ослабление позволя-
ет ограничить максимальную скорость вращения электродвигателей
в случайном режиме.
Управление в музыкальном режиме
Сигнал, поступающий с электретного микрофона, который получает
смещение через резистор R5, усиливается двумя каскадами на опера-
ционных усилителях СИ/В и СИ/С. Они смещены на половину на-
пряжения питания с помощью делителя напряжения Rl, R2.
В этом канале усиления используются две фундаментальные схе-
мы на операционных усилителях; например, в каскаде с СИ/В легко
узнать схему неинвертирующего усилителя, а каскаде с СИ/В - схе-
му инвертора. Коэффициент усиления каждого каскада зависит от
значений сопротивлений резисторов R6, R7, R9, R10 и потенциомет-
ра Р1. Конденсаторы СЗ, С4 и С5 обеспечивают развязку постоянных
составляющих различных каскадов.
НЧ сигнал усиливается, азатем выпрямляется одпополупериодным
выпрямителем, собранным на третьем операционном усилителе CI1/D,
входящем в состав микросхемы LM324. Интегрирование выпрямлен-
ного сигнала производится с помощью конденсатора С7 и резистора
R13, которые определяют постоянную времени интегрирования.
Последний каскад усиливает проинтегрированное постоянное на-
пряжение в два раза. В зависимости от типа используемого электро-
двигателя для ограничения максимальной скорости мотора это уси-
ление можно уменьшить, исключив из схемы резистор R15, чтобы
234
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
получить повторитель напряжения, или увеличивая его сопротивле-
ние, чтобы получить промежуточное усиление.
Принципиальная схема каскадов управления приведена на рис. 9.15.
Изготовление
Хотя разводка достаточно плотная, изготовить плату весьма несложно.
Для того чтобы облегчить выполнение соединений, в каждой точке под-
ключения (A, F, Ml, М2, (+)) устанавливается контактный лепесток.
К собранной и проверенной плате не подключается лазерный диод
и электродвигатели. До включения питания плавкий предохранитель
должен быть закрыт крышечкой. После подачи питания следует прове-
рить напряжение +8 В между контрольной точкой С и контактом (-).
Для проверки диапазона изменений напряжения каскадов усиления
мощности и управления электродвигателями можно включить вольт-
метр параллельно выходам схемы управления или мощного каскада.
С помощью шнура, снабженного зажимами, соединяются контак-
ты F и Ml, затем М2. При этом вращением ручки потенциометра РЗ
можно вручную управлять скоростью вращения электродвигателей
(или контролировать изменение напряжения от 0 до 8 В на контакте F
и в диапазоне от 0 до 6 В на выходах МОТОР1 и МОТОР2).
Теперь соединяются контакты Ml или М2 с контрольной точкой А.
Вращение электродвигателей должно изменяться во времени. При
регулировке потенциометра Р2 эти изменения должны происходить
быстрее или медленнее. Кроме того, ограничение скорости контроли-
руется с помощью подстрочного резистора Ajl (напряжение, изме-
ренное на контакте А, должно изменяться между 2 и 6 В).
Соединив контакт S с Ml, а затем с М2, можно проверить выход
музыкального сигнала. При более или менее сильном посвистывании
3(R) 1(Ц
1 3
2
Рис. 9.16. Цоколевка лазерною диода
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
235
скорость вращения двигателей должна меняться. Чувствительность
микрофона регулируется с помощью потенциометра Р1.
После всех проверок разрешается подключить к схеме лазерный
диод. Необходимо соблюдать осторожность, так как при неверном
включении он может быть поврежден. Внешний вид и цоколевка это-
го прибора показаны на рис. 9.16. Следует внимательно рассмотреть
цоколевку лазерного диода (общий вывод соединен с корпусом).
В качестве примера на рис. 9.17 приведен габаритно-монтажный
чертеж лазерного диода CQL80.
Рабочая температура лазерного диода не должна превышать 50 °C.
Для лучшего теплоотвода лазерный диод следует установить на
краю печатной платы, чтобы прижать его алюминиевой пластиной,
как показано на рис. 9.18.
Рис. 9.17. Габаритно-монтажный чертеж лазерного диода CQL80
236
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис 9.18. Монтаж
лазерного диода
Разводка печатной платы цветомузыкаль-
ной приставки показана на рис. 9.19, радио-
детали на плате размещаются в соответ-
ствии с рис. 9.20, внешний вид собранного
устройства представлен на рис. 9.21. Пере-
чень радиодеталей, необходимых для сбор-
ки приставки, приведен в табл. 9.5.
Получить тонкий и очень сконцентриро-
ванный луч можно с помощью собирающей
линзы, расположенной параллельно алю-
миниевой пластине. Фокусное расстояние
(между радиатором и плоскостью линзы)
зависит от используемой оптики и опреде-
ляется опытным путем.
Для настройки яркости лазерного луча Aj 1
устанавливается в крайнее правое положе-
ние, чтобы получить большее сопротивление.
К выводам резистора R28 (47 Ом) под-
ключается вольтметр (на пределе измерений
20 В (DCV)). Если измеряемое напряжение
около 2 В, ток через лазерный диод составляет примерно 40 мА, при
3 В - 60 мА (3/47).
Только после этого можно подать на схему питание.
С этого момента на визирной поверхности (листе чистой бумаги)
должно появиться красное пятно. Напряжение, измеренное на выво-
дах резистора R28, не должно превышать 4 В.
Таблица 9.5. Перечень элементов, используемых при сборке приставки
Обозначение . Наименование Примечание
Резисторы
R1, R2, R11, R13, R14, R15 22 кОм
R3, R8, RIO, R12 220 кОм
R4, R9, R18, R22 10 кОм
R5, R6, R23 4,7 кОм
R7, R19, R25 1 кОм
R16, R17, R20, R21 47 кОм
R24 2,2 МОм
R26, R27 150 0м
R28 47 Ом/1 Вт
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
237
Таблица 9.5. Перечень элементов, используемых при сборке приставки (окончание)
Обозначение Наименование Примечание
Ajl 100 кОм
Aj2 470 кОм
Р1,Р2 100 кОм
РЗ 10 кОм
Конденсаторы
С1 4,7 мкФ/10 В
С2.С4 10 мкФ/16 В
СЗ, СЮ, С14 100 нФ
С5 470 нФ
С6 220 нФ
С7 2,2 мкФ/16 В
С9.С12 47мкФ/16В
С11 22 мкФ/16 В
С13 470 мкФ/25 В
Диоды
D1 1N4148
D2.D3 1N4001...4007
D4 W06 Диодный мост 1 А
05 CQL80... Лазерный диод
Транзисторы
Т1,Т2 TIP29.TIP31
ТЗ ВС640
имс
СИ LM324
CI2, CI3,04 LM358
СГ5 7908
Прочее
М1 Электретный микрофон
TR1 Трансформатор 220В/12 В - 5 ВА
SW1 Двухконтактный зажим для печатного монтажа
F1 Плавкий предохранитель 5x20 на 50 мА
Держатель для плавкого предохранителя для печатного монтажа
Трехконтактный зажим для печатного монтажа
Радиатор ML26
Электродвигатель постоянного тока 6 В 2 шт.
23В
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.19. Разводка печатной платы приставки
Наблюдая за световым пятном, медленным изменением Ajl на-
стройте желаемую яркость.
Максимально допустимый для лазерного диода ток составляет 90 мА.
На этой стадии можно провести фокусировку лазерного пучка пе-
ремещением линзы. Луч, направленный на стену с расстояния не-
скольких метров, должен иметь минимальный диаметр светового пятна.
Если лазерный диод имеет коллимационную систему, то манипуляции
существенно упрощаются. Для установки фокусного расстояния до-
статочно подкрутить или ослабить регулировочные винты держателя
внутренней линзы.
КОНЦЕРТНЫЙ ЛАЗЕР
239
220 V
Мотор 2 Мотор 1
Рис. 9.20. Схема размещения радиодеталей на плате приставки
На следующем этапе сборки можно установить электродвигатели,
оснащенные зеркалами, для отклонения лазерного луча.
Сначала на осях моторов следует закрепить держатели зеркал.
Например, можно из пластмассового листа толщиной 4-6 мм выре-
зать кружок диаметром 3 см или квадрат со стороной 4 см. Эта ма-
ленькая пластина с просверленным в центре отверстием, немного
большим, чем диаметр оси мотора, насаживается на ось (впослед-
ствии ее необходимо приклеить).
240
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
Рис. 9.21 Внешний вид собранного устройства
К-пластмассовому держателю приклеивается зеркало таким обра-
зом, чтобы между зеркалом и держателем, перпендикулярным оси
электромотора, образовался угол.
Затем первый мотор устанавливается так, чтобы зеркало, которое
на нем закреплено, располагалось под углом 45° к оси лазерного дио-
да. Второй мотор размещают на расстоянии 10 см таким образом, что-
бы повторное отражение способствовало распространению лазерного
луча параллельно первоначальному направлению (не учитывая ма-
лого угла между зеркалом и держателем).
Электродвигатели можно закрепить при помощи установочных
приспособлений или хомутиков, используемых в электротехнике для
фиксации на стенах электрических рукавов.
ГЛАВА
СТРАНИЦА
1 Введение 11
2 Помехи 33
3 Плавные регуляторы света 47
4 Дополнительные возможности цветомузыки 69
5 Модуляторы света 103
6 Мигающие огни 131
7 «Бегущие строки» 143
8 Рукотворные молнии 171
9 Специальные эффекты 201 ПРИЛОЖЕНИЯ Основные параметры биполярных транзисторов 242 Перечень тиристоров 246 Перечень симисторов на 400/800 В 246 Перечень применяемых радиоэлементов и их аналоги 250
242
ПРИЛОЖЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
В этих таблицах символ * указывает на то, что максимальная мощ-
ность зависит от определенного типа охлаждения.
Таблица П1
Обозначение Е Корпус 11кб. макс., В Цкэ. макс., В изб. макс., В !к. макс., А Р. макс., Вт Ft. мин., МГц С.,, макс., пФ об • • ’ ₽ !к.дляр,А
2N1613 N Т05 75 50 7 0,6 0,8 80 25 >40 0,15
2N1711 N Т05 75 50 7 0,6 0,8 70 25 >100 0,15
2N1711A N Т05 75 50 7 1 1 70 25 >100 0,15
2N2219 N Т05 60 30 5 0,8 0,8 250 8 >100 0,15
2N2219A N Т05 75 50 6 0,8 0,8 300 8 >100 0,15
2N2222 N Т018 60 30 5 0,8 0,5 250 8 >100 0,15
2N2222A N Т018 75 40 6 0,8 0,5 300 8 >100 0,15
2N2905 Р Т05 60 40 5 0,6 0,6 200 8 >100 0,15
2N2905A Р ТО5 60 60 5 0.6 0,6 200 8 >100 0,15
2N2906 Р Т018 60 40 5 0,6 0,4 200 8 >40 0,15
2N2907 Р Т018 60 40 5 0,6 0,4 200 8 >40 0,15
2N3053 N Т05 60 40 5 0,7 1 100 15 >50 0,15
2N3055 N таз 100 60 7 15 115* 0,2 >20 4
2N3771 N таз 50 40 5 30 150* 0,2 - 15/60 10
2N3772 N таз 100 60 7 30 150* 0,2 - 15/60 10
2N3773 N таз 160 140 7 30 150* 0,2 - 15/60 8
Таблица П2
Обозначение Тип Корпус 11кб. макс., В Цкэ. макс., В изб. макс., В 1к. макс., мА Р. макс., мВт I ; Ft. мин., МГц Crt. макс., пФ СП О 1к. для р, мА
ВС107 N Т018 50 45 6 100 300 150 5 110 200 450 2
ВС237 N ТО92 50 45 6 200 500 60 4,5 125 240 450 2
ВС307 Р ТО92 50 45 5 100 300 100 8 125 240 500 2
ВС327 Р ТО92 50 45 5 800 500 60 18 100 160 250 100
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
243
Таблица П2 (окончание)
Обозначение С £ Корпус Uk6. макс., В Цкэ. макс., В I Уэб. макс.} В !к. макс., мА Р. макс., мВт- Ft. мин., МГц С.,. макс., пФ, < ей > О ' I к. ДЛЯ р, мА
ВС337 N ТО92 50 45 5 800 500 60 18 100 160 250 100
ВС408 N Т0106 30 20 5 100 250 150 5 110 200 420 2
ВС516 Р ТО92 40 30 10 400 625 120 7 30000 20
ВС517 N ТО92 40 30 10 400 625 120 5 30000 20
ВС546 N ТО92 80 5 6 100 500 150 - 110 220 - 2
ВС547 N ТО92 50 45 6 100 500 200 4.5 110 220 420 2
ВС548 N ТО92 30 30 6 100 500 200 4,5 110 220 420 2
ВС549 N ТО92 30 30 6 100 500 200 4,5 110 220 420 2
ВС550 N ТО92 50 45 5 100 500 200 4,5 110 220 420 2
ВС556 Р ТО92 80 65 6 100 500 150 8 125 240 - 2
ВС557 Р ТО92 50 45 5 100 500 75 8 125 240 420 2
ВС558 Р ТО92 30 25 5 100 500 75 7 125 240 420 2
ВС559 Р ТО92 30 25 5 100 500 75 7 125 240 420 2
ВС560 Р ТО92 50 45 5 100 500 150 4,5 125 240 420 2
ВС637 N ТО92 60 60 5 1А 1 Вт 50 - 40 - - 150
ВС639 N ТО92 80 80 5 1А 1 Вт 50 - 40 - - 150
ВС640 Р ТО92 80 80 5 1 А 1 Вт 50 - 40 - - 150
BD135 N ТО126 45 45 5 1 А 12 Вт* 50 - 40/250 150
BD136 Р ТО126 45 45 5 1А 12 Вт* 50 - 40/250 150
BD137 N ТО126 60 60 5 1А 12 Вт* 50 - 40/250 150
BD138 Р ТО126 60 60 5 1А 12 Вт* 50 - 40/180 150
BD139 Р ТО126 80 80 5 1А 12 Вт* 50 - 40/160 150
BD140 Р ТО126 80 80 5 1 А 12 Вт* 50 - 40/250 150
BD238 N ТО126 100 100 5 2А 25 Вт* 3 - 25 1А
BD239 N ТО126 100 100 5 2А 25 Вт* 3 - 15 1А
BD240 Р ТОР66 55 45 5 2А 30 Вт* 3 - 15 1 А
BD241 N ТОР66 55 45 5 ЗА 40 Вт* 3 - 25 1А
BD242 Р ТОР66 55 45 5 ЗА 40 Вт* 3 - 25 1А
BD677 N ТО126 60 60 5 4А 40 Вт* 1 - 750 2А
BD679 N ТО126 80 80 5 4А 40 Вт* 1 - 750 1,5 А
244
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица ПЗ
Обозначение ' С S Корпус Окб. макс., В икэ. макс., В изб. макс., В !к. макс., А Р. макс., Вт . Ik. дляр, А
TIP29 N ТОР66 40 40 5 1 30* 40/200 0,2
TIP30 Р ТОР66 40 40 5 1 30* 40/200 0.2
TIP31 N ТОР66 40 40 5 3 40* 40/100 1
NIP32 Р ТОР66 40 40 5 3 40* 40/100 1
TIP33 N ТОРЗ 40 40 5 10 80* >20 3
TIP34 Р ТОРЗ 40 40 5 10 80* >20 3
TIP35 N ТОРЗ 40 40 5 25 90* >10 15
TIP36 Р ТОРЗ 40 30 5 25 90* >10 15
ТТР41 N ТОР66 40 40 5 6 2 15/75 3
TIP42 Р ТОР66 40 40 5 6 2 15/75 3
TIP61 N ТОР220 40 40 5 2 40* 15/100 0,5
TIP62 Р ТОР220 40 40 5 2 40* >1000 0,5
TIP100 N ТОР66 60 60 5 8 80* >1000 3
ТТР105 Р ТОР66 60 60 5 8 80* >750 3
TIP110 N ТОР66 60 60 5 2 50* >1000 2
TIP115 Р ТОР66 60 60 5 2 50* >1000 2
TIP120 N ТОР66 60 60 5 5 60* >1000 3
TIP121 N ТОР66 80 80 5 5 60* >1000 3
TIP125 Р ТОР66 60 60 5 5 60* >1000 3
ТТР126 Р ТОР66 80 80 5 5 60* >1000 3
ТТР130 N ТОР66 60 60 5 12 70* >1000 4
ТТР135 Р ТОР66 60 60 5 12 70* >1000 4
ТТР14О N ТОРЗ 60 60 5 10 125* >500 10
TIP141 N ТОРЗ 80 80 5 10 125* >500 10
ТТР142 N ТОРЗ 100 100 5 10 125* >500 10
TIP145 Р ТОРЗ 60 60 5 10 125* >500 10
Т1Р146 Р ТОРЗ 80 80 5 10 125* >500 10
ТТР147 Р ТОРЗ 100 100 5 10 125* >500 10
ТИПЫ КОРПУСОВ ТРАНЗИСТОРОВ
245
Рис. П1. Типы корпусов транзисторов
246
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ ТИРИСТОРОВ
Таблица П4
"7Т ггтг? Обозначение In А (СКВ) i J Я ‘“Л i VW *“| 1И1 мА II Корпус
ВТ149 0,8 8 >0,8 >0,2 <5 200/600 ТО-92
ВТ169 0,8 0,5 8 >0,8 >0,2 <5 200/600 ТО-92
2N5064 0,8 0,5 10 >0,8 >0,2 <5 200 ТО-92
BTW148 1 0,6 10 >1,5 >0,2 <6 400/600 CMS
. ВТ148 4 2,5 25 >1,5 >0,2 <6 400/600 SOT82
ВИ 50 4 25 >1,5 >0,2 <6 500 Т0220
TLS106 4 2,5 35 <1 <0,2 <5 50/600 TL
TLS107 4 2,5 35 <1 <0,5 <5 50/600 TL
ВТ151 12 7,5 100 >1,5 >15 <20 500/800 ТО220
BT151F 9 5,7 100 >1.5 >15 <20 500/800 SOT186
ВТ152 20 13 200 >1 >32 <60 400/800 ТО220
ВТ145 25 16 300 >1 >35 <60 500/800 ТО220
ПЕРЕЧЕНЬ СИМИСТОРОВ НА 400/800 В
Симисторы ВТ фирмы Philips
Таблица П5
Обозначение 1„А(СКВ) Its*» Корпус
ВТ136 4 25 ТО220
BT136F 4 25 SOT186
ВТ137 8 55 ТО220
BT137F 8 55 SOT186
ВТ138 12 90 ТО220
BT138F 12 90 SOT186
ВТ139 16 140 ТО220
BT139F 16 140 SOT186
Для перечисленных симисторов:
VGT > 1,5 В и VA2 А) < 1,7 В.
ПЕРЕЧЕНЬ СИМИСТОРОВ НА 400/800 В
247
Тепловое сопротивление переход-корпус:
RT = 60 K/Вт для симисторов в корпусе ТО220;
RT = 55 K/Вт для симисторов в корпусе SOT186.
Дополнительные цифры в обозначении типа симистора производ-
ства Philips (500, 600, 700,800), указывают величину максимального
постоянного напряжения VDRM в закрытом состоянии. Например, для
симистора ВТ136-500 VDRM = 500 В. Симисторы в пластмассовом
корпусе SOT186 изолированы, а в корпусе ТО220 - нет.
Симисторы TLC
Таблица П6
Серия dVJdt dVcom/dt
Л + + - -— - +
- 35 35 35 70 <100 10 тип.
G 50 50 50 100 <200 <10
F 25 25 25 70 <50 10 тип.
Е 10 10 10 25 50 тип. —
D 5 5 5 10 5 тип. -
Симисторы TLC размещаются в пластмассовом корпусе и, следо-
вательно, являются изолированными приборами.
Таблица П7
Обозначение 1г, А(СКВ) V_,B . Корпус j
ПСИ 6 3 30 200 71
TLC226 3 30 400 71
7LC336 3 30 600 71
TLC386 3 30 700 71
Таблица П8
Серия С „с мА dV^dt, dVconi/dt
+ + + - — - + В/мкс тип. В/мкс тип.
7 5 5 5 5 10 1
0 5 5 5 10 10 1
S 10 10 10 10 20 4
А 10 10 10 25 20 4
В 25 25 25 50 20 4
248
ПРИЛОЖЕНИЯ
Симисторы, изготовленные по технологии Snubberless
(неискрящие)
Приведенные в табл. П9 значения тока IGT соответствуют режимам
управления I, II и III. Дополнительные цифры в обозначении (200,
400, 600, 700, 800) уточняют максимальное значение напряжения
VDRM для симистора ВТА или ВТВ. Кроме того, ВТВ — это симистор,
размещенный в изолированном корпусе ТО220, а у симистора типа
ВТВ центральный контакт (А2) соединен с металлической поверх-
ностью корпуса ТО220.
Таблица П9
Обозначение 1„А(СКВ) Приставка 1 мА di/dt с, А/мс dv/dt с, В/мкс
ВТА/ВТВ 06 6 SW 10 50 2,7
TW 5 20
ВТА/ВТВ 08 8 SW 10 50 3,5
TW 5 20
ВТА/ВТВ 06 6 AW 75 8 750
BW 50 5 500
CW 35 3,5 250
ВТА/ВТВ 08 8 AW 75 10 750
BW ' 50 7 500
CW 35 4,5 250
ВТА/ВТВ 10 10 AW 75 12 750
BW 50 9 500
CW 35 5,5 250
ВТА/ВТВ 12 12 AW 75 16 750
BW 50 12 500
CW 35 6,5 250
ВТА/ВТВ 16 16 М 75 21 750
BW 50 14 500
CW 35 6,5 250
ЦОКОЛЕВКИ СТАБИЛИЗАТОРОВ
249
Цоколевки стабилизаторов
Семейство 78ХХС
Корпус ТО-220АВ
Семейство 78LXX
Корпус ТО-92
L200
Корпус ТО-3 и Pentawatt
Вид сверху
Вид сверху
OUT
сом.
IN
Вид сверху
____„5 Limit
. 4 **
=>—3GN0
2 OUT
IN
Семейство 79ХХС
Корпус ТО-220АВ
Семейство 79LXX
Корпус ТО-92
LM723
Корпус DILI4
Вид сверху
LM317/ стабилизатор LM317/ стабилизатор LM317/ стабилизатор
Корпус ТО-220АВ Корпус ТО-5 Корпус ТО-3
Вид сверху
Вид сверху
Вид снизу
Корпус = вход
LM337 / стабилизатор LM337/ стабилизатор LM337/ стабилизатор
Корпус ТО-220 пластик Корпус ТО-5 Корпус ТО-3
Вид снизу
Корпус = вход
Рис. П2. Цоколевки стабилизаторов
250
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕНЯЕМЫХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ
И ИХ АНАЛОГИ
Таблица П.10
1аи ёнование и тип f * — 1 Аналог Наименование и тип Аналог
Стабилитроны BUZ11
BZX85C4V7...6V2 BF530
BZX85C12V кг Микросхемы
Диоды SLB587(SLB586)
W061 Д/40В TIL111,CNY17
1N4001...4007 ВД243А-Д NE555, LM555 КР1006ВИ1
1N4148 ВД522 LM311 КР554САЗ
BPW41 1М324 КР1401УД2
ВУ251 LM741,TL061 140УД6
BY255 ТВА820М
Р600 LM358 К1040УД1
Стабилизаторы 4001 ЛЕ5
7805 КР142ЕН5А.В 4011 ЛА7
78U05 КР1157ЕН502 4017 ИЕ8
7905 КР1162ЕН8 4013 ТМ2
78L08 КР1157ЕН802 4046 КР1561ГГ1
7812 КР142ЕН8Б 4070 КР1561ЛП14
Транзисторы 74LS393 К555ИЕ19
ВС237 КГ3102 Трансформатор
ВС327 КГ686 220В/9В-2ВА ТП121
ВС337 КГ660 220 В/12 В-2ВА ТП121
ВС516 КГ686 220В/15В- 2ВА ТП121
ВС517 КГ645А 220В/9В-ЗВА ТП112
ВС547С КТ3102 220 В/2х12 В-3 ВА ТП112
ВС548 КТ3102 220 В/2х6 В - 5 ВА ТП112
ВС557С КТ3107 220 В/2х9 В - 5 ВА ТП112
ВС558С КТ3107 220 В/12 В-5 ВА ТП112
2N2222 КТ503Д