2157_1 Iluminofonia.pdf

Projekty AVT

Urządzenie iluminofoniczne

4−kanałowe

część I

Opisane niżej urządzenie powstało

na zamówienie szerokiego grona

Czytelników. Właśnie iluminofonia

była jednym z kilku układów,

o który najczęściej upominali się

młodsi Czytelnicy przy okazji

grudniowej ankiety.

2157

Przedstawione urządzenie analizuje za−

wartość poszczególnych częstotliwości

w sygnale audio i stosowanie do tego ste−

ruje pracą czterech różnokolorowych żaró−

wek. Muzyce towarzyszy więc pulsujące

różnobarwne światło o natężeniu propor−

cjonalnym do zawartości w sygnale składo−

wych o poszczególnych częstotliwościach.

Dzięki zastosowaniu wewnętrznego

mikrofonu, nie jest potrzebne połączenie

przewodowe pomiędzy wzmacniaczem,

a iluminofonią. Jest to istotne ze wzglę−

dów bezpieczeństwa.

Dużym problemem przy konstruowa−

niu układów iluminofonicznych zawierają−

cych triaki bądź tyrystory było i jest wystę−

powanie zakłóceń sieciowych, związanych

z fazowym sposobem sterowania tych

elementów. W przedstawianym układzie

zastosowano układy włączające triaki

w momencie przechodzenia przez zero

przebiegu napięcia sieci 220V. Dzięki temu

wyeliminowano konieczność stosowania

filtrów przeciwzakłóceniowych, niezbęd−

nych w układach sterowanych fazowo.

Układ w swej wersji podstawowej jest

prosty do wykonania i nie wymaga regulacji.

Przy zachowaniu odpowiednich środków

bezpieczeństwa (związanych z występowa−

niem w układzie napięcia sieci), wykonania

urządzenia mogą się podjąć nawet osoby,

które nie do końca rozumieją działanie układu

Bardziej zaawansowani elektronicy

mają szerokie pole do popisu i mogą mo−

dyfikować układ, uzyskując odmienne

efekty – możliwości te są opisane w koń−

cowej części artykułu.

Sygnał z mikrofonu jest wzmacniany

i podawany na potencjometr regulacji po−

ziomu. Sygnał z potencjometru jest poda−

wany na filtry rozdzielające pasmo akus−

tyczne na cztery zakresy. Sygnały z po−

szczególnych filtrów są prostowane i po−

dawane na cztery komparatory sterujące

za pośrednictwem triaków pracą lamp.

W prostych urządzeniach iluminofo−

nicznych próg zadziałania komparatorów

jest stały, przez co istnieją tylko dwa sta−

ny wyjściowe i dwa stopnie jasności: cał−

kowite wyłączenie i pełne świecenie

lamp. W prezentowanym układzie wpro−

wadzono dodatkowy generator przebie−

gu schodkowego podobnego nieco do

piły, dzięki czemu w zależności od pozio−

mu sygnału uzyskuje się kilka stopni jas−

ności żarówek. Takie rozwiązanie umożli−

wia kilkustopniową, czyli niemal płynną

regulację jasności żarówek, a nie tylko

ich pulsowanie.

stwa – urządzenie zasilane jest z sieci

220V, a więc napięciem groźnym dla

życia i zdrowia.

W praktyce nie wszystkie elementy

pokazane na schemacie będą montowa−

ne. Dzięki temu urządzenie w wersji pod−

stawowej będzie prostsze i tańsze.

Układ zasilany jest napięciem symetrycz−

nym ±12V, uzyskiwanym z kostek U9 i U10.

Urządzenie nie zawiera żadnego gniaz−

da wejściowego. „Wejściem” sygnału

jest dwukońcówkowy mikrofon elektre−

towy, oznaczony Mic, stąd elementy

R3,R4 i C5. Sygnał z mikrofonu jest

wzmacniany w dwustopniowym wzmac−

niaczu ze wzmacniaczami operacyjnymi

U6A i U7A. Wzmocniony sygnał podawa−

ny jest na potencjometr POT.

Na wejściu wzmacniacza U7A umiesz−

czono szereg dwójników (R7C7...R10C10).

Umożliwiają one kształtowanie charakte−

rystyki wzmacniacza. wstępnego. Chodzi

o to, że w typowych nagraniach zawar−

tość składowych o niższych częstotliwoś−

ciach jest znacznie większa, niż składo−

wych o wyższych częstotliwościach. Dla

Opis układu

Schemat ideowy urządzenia w pełnej

wersji pokazany jest na rysunku 2 (str. 8).

Schemat wyglą−

da na skompliko−

wany, ale w rzeczy−

wistości składa się

z kilku prostych

bloków. Do jego

wykonania i urucho−

mienia nie jest po−

trzebna rozległa

wiedza ani umiejęt−

ności. Jedyną spra−

wą, na którą trzeba

zwrócić baczną u−

wagę jest zapew−

nienie bezpieczeń−

Zasada działania

Schemat blokowy urządzenia pokaza−

no na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat blokowy

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/97

Projekty AVT

Rys. 2. Schemat ideowy urządzenia iluminofonicznego

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/97

Projekty AVT

, który będzie potrzeb−

ny, gdy ktoś chciałby wykorzystać obwód

automatycznej regulacji wzmocnienia.

Potencjometr POT pozwala ręcznie

ustawić odpowiedni poziom sygnały, tak

by lampy zapalały się przy oczekiwanych

poziomach głośności.

Kostka U6B pełni jedynie rolę bufora,

który jest potrzebny, by filtry mające nie−

wielką rezystancję wejściową nie obcią−

żały nadmiernie potencjometru POT.

Filtry aktywne zbudowane są z układa−

mi U1A, U2A, U3A i U4A. Wykorzystano

tu filtry z tak zwanym wielokrotnym

sprzężeniem zwrotnym. W układzie wy−

stępują trzy filtry środkowoprzepustowe

i jeden górnoprzepustowy (z kostką U4A).

W pierwotnej wersji filtr najniższych częs−

totliwości był filtrem dolnoprzepusto−

wym, ale próby wykazały, że uzyskiwana

stromość zboczy była za mała.

Ponieważ urządzenie będzie używane

przez osoby korzystające z różnej klasy sprzę−

tu audio, także sprzętu niezbyt wysokiej ja−

kości, zastosowano podział pasma, pokazany

na rysunku 3. Przybliżone częstotliwości

środkowe filtrów wynoszą 140Hz, 420Hz

i 1700Hz. Częstotliwość graniczna filtru gór−

noprzepustowego wynosi około 3,5kHz.

Jak widać, wybrano dość niskie częs−

totliwości górnych pasm, właśnie ze

względu na posiadaczy sprzętu słabszej

jakości, przenoszącego pasmo do co naj−

wyżej 10kHz.

Przy projektowaniu filtrów przyjęto

dobroć równą 4, co dało wystarczającą se−

parację poszczególnych kanałów. Wzmoc−

nienie każdego filtru wynosi 2 (+6dB).

Wzmacniacze operacyjne U1B, U2B,

U3B i U4B pracują w obwodach jednopo−

łówkowych prostowników aktywnych.

Dzięki zastosowaniu prostowników ak−

tywnych uzyskuje się liniowe prostowa−

nie wszystkich sygnałów, także tych

o małych amplitudach, rzędu miliwoltów.

Zwykły prostownik z diodą krzemową

prostuje jedynie sygnały o amplitudach

powyżej 600mV. Mniejsze sygnały po

prostu przezeń nie przechodzą.

Prostownik liniowy ze wzmacniaczem ope−

racyjnym jest wręcz niezbędny wtedy, gdy po−

ziom jasności żarówek ma być regulowany

płynnie, a nie dwustanowo, jak to bywa

w prostszych urządzeniach iluminofonicznych.

Prostownik aktywny ma jeszcze jedną

zaletę: oprócz prostowania może wzmac−

niać sygnał. Tak też jest w przedstawia−

nym układzie. Wzmocnienie poszczegól−

nych prostowników wyznaczone jest sto−

sunkami rezystorów R30/R26, R32/R27,

R34/R28 i R36/R29. Wzmocnienie kolej−

nych prostowników nie jest jednakowe.

W trakcie testów modelu okazało się, że

trzeba zarówno zmodyfikować charakte−

rystykę częstotliwościową wzmacniacza

wstępnego, stosując odpowiednie war−

tości elementów C9, C10 i R9, R10, jak

i skorygować wzmocnienie poszczegól−

nych kanałów. Stąd różniące się od siebie

wartości rezystorów R32, R34 i R36.

Zastosowane w układzie prostowniki

wyposażone są w filtry uśredniające

(R31C29...R37C32).

Płynną regulację jasności lamp umożli−

wia układ generatora przebiegu schodko−

wego z licznikiem U11 i przetwornikiem

rezystorowym z diodami D15...D24 i re−

zystorami R38...R48.

Licznik U11 zlicza wyprostowane impul−

sy przebiegu sieci energetycznej. Dzięki za−

stosowaniu w zasilaczu prostownika dwu−

połówkowego jest to częstotliwość 100Hz.

Dla umożliwienia pracy licznika zmodyfiko−

wano obwód prostownika sieciowego

wprowadzając elementy R1, R2, D5. Prze−

bieg na rezystorze R1 jest „dwupołówkowo

wyprostowaną sinusoidą”. Jego zbocza nie

są ostre, ale nie przeszkadza to w pracy licz−

nika, ponieważ układ CMOS 4017 ma na

wejściu CLK układ Schmitta, który umożli−

wia pracę nawet przy bardzo wolno rosną−

cych impulsach wejściowych.

Na rezystorze R38, a tym samym na

wejściach czterech komparatorów

U1B...U4B występuje przebieg schodko−

wy. Dzięki odpowiedniemu dobraniu re−

zystorów R39...R48, nie jest to przebieg

liniowy, a raczej logarytmiczny. Dzięki te−

mu jasność żarówek zmienia się propor−

cjonalnie do logarytmu (wyprostowanego

i uśrednionego) napięcia w danym kanale.

W pełnej wersji uzyskuje się 10 schodków,

czyli dziesięć poziomów jasności żarówki.

W praktyce ze względu na ograniczo−

ną stromość filtrów i znaczną długość

cyklu pracy celowe okazało się zmniej−

szenie liczby tych poziomów do 5...6.

Choć licznik 4017 może zliczać do 10,

z przedstawionego względu w układzie po−

kazanym na rysunku 2 skrócono cykl pracy

licznika do sześciu łącząc nóżkę 5 z nóżką 15.

Na rysunku 4 pokazano w uproszcze−

niu zasadę działania układu generatora

przebiegu schodkowego i pracy kompa−

ratorów (kostki U5 i U8) przy różnych po−

ziomach napięcia z prostowników linio−

wych. Właśnie ze względu na logaryt−

micznie zmienną wysokość schodków,

konieczne było zastosowanie precyzyj−

nych prostowników liniowych ze wzmac−

niaczami operacyjnymi.

Dla rozszerzenia możliwości dobierania

poziomów napięcia i odpowiadających im

jasności lamp, przewidziano obwód prze−

suwania napięcia spoczynkowego na wy−

jściach prostowników liniowych. Są to ele−

menty R53...R55, C14. Przeprowadzone

próby wykazały, że w wersji podstawowej

nie potrzeba przesuwać tego poziomu,

dlatego rezystor R55 zastąpiono zworą.

Elementami wykonawczymi urządze−

nia są triaki. Zastosowanie triaków o prą−

dzie 6A umożliwia zastosowanie żarówek

o mocach rzędu kilkuset watów. W prak−

tyce raczej nie będą potrzebne żarówki

o mocach większych niż 100W.

Aby skutecznie oddzielić obwody sieci

energetycznej od układu sterującego, za−

stosowano oddzielenie galwaniczne

w postaci optotriaków U12...U15.

Dla uniknięcia zakłóceń występują−

cych przy fazowym sterowaniu triaków,

wykorzystano optotriaki z wbudowanym

obwodem włączania przy przejściu napię−

cia sieci przez zero.

W szereg z optotriakami włączono do−

datkowo diody LED, które pełnią funkcję

kontrolek i są bardzo pomocne przy pró−

bach i testach, gdy żarówki nie są jeszcze

podłączone. Dla równomiernego obciąże−

nia zasilacza, dwa obwody (D25, D26) ob−

ciążają źródło napięcia dodatniego, a ob−

wody z diodami D27, D28 – ujemnego.

Elementami wykonawczymi urządze−

nia są cztery żarówki. Dołączone one bę−

dą do obwodu sieci 220V i punktów E,E1,

F, F1, G, G1, H, H1. Proponowany układ

połączeń pokazany jest na rysunku 2.

Dokończenie w EdW10/97.

Rys. 3. Podział pasma akustycznego

Rys. 4. Zasada działania układów

sterujących jasnością lamp

Piiotr Góreckii

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/97

równomiernej pracy wszystkich lamp po−

trzebne jest więc uwydatnienie wy−

ższych częstotliwości. Temu celowi służy

wspomniana sieć dwójników RC.

W układzie przewidziano także obwód

automatycznej regulacji poziomu z ukła−

dem U7B i tranzystorem T1. Próby wyka−

zały, że obwód taki nie jest niezbędny,

oprócz zalet ma też wady, więc w wersji

podstawowej nie będzie on montowany.

Pozostawiono jednak rezystor R5

o wartości 100k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: