Определить уровень сигнала на индикаторных светодиодах необходимо для решения нескольких задач (показатели тока и напряжения, смены фазы), но наиболее часто такая схема применяется именно для отображения уровня звука.
В современной электронике индикаторные светодиоды отчасти уступили место устройствам на ЖКИ и светодиодных матрицах. Но схема такого типа не только наглядно показывает уровень сигнала, она также проста в реализации и довольно наглядна.
Из чего собрать светодиодный индикатор уровня?
За основу могут быть взяты аналого-цифровые преобразователи (АЦП) LM3914-16. Эти микросхемы способны управлять как минимум 10 диодами, а при добавлении новых чипов количество лампочек может увеличиваться практически до бесконечности. Индикатор может иметь любой цвет, а над исполнением корпуса лучше подумать заблаговременно, чтобы потом это не стало неожиданностью.
LM3914 имеет линейную шкалу, которая может также использоваться для измерения напряжения, а 15 и 16 – логарифмическую, но при этом цоколевка у микросхем ничем не отличается.
Светодиоды при этом могут быть любыми, импортными или отечественными, главное, чтобы они подходили для выполнения поставленной задаче. Например, можно использовать простейшие диоды АЛ307, но можно и более сложные.
Расчет схемы индикатора
Составление данного устройства не требует никаких специальных навыков. Расчет показателей тока и напряжения можно произвести в любой программе, как и чертеж.
Одна из «ножек» (9) микросхемы подключается к положительному входу подачи напряжения. Таким образом светодиоды будут управляться как единый столбец. Для того чтобы иметь возможность самостоятельно регулировать режимы при смене фазы, схема должна включать в себя переключатель, но может спокойно обойтись и без него, если эта опция не нужна.
Ток, проходящий через светодиоды для заданного напряжения и фазы можно рассчитать так:
R – сопротивление на 7 и 8 «ножках»
Для тока в 1 мА R=12,5 / 0,001 А = 12,5 кОм.
А для тока в 20мА R=625 Ом.
Внедрение подстроечного резистора даст возможность регулировать яркость свечения, при отсутствии такой необходимости можно поставить обычный. Номиналы для них будут 10 кОм и 1 кОм соответственно.
Конечная схема светодиодного индикатора уровня получится приблизительно такой.
Она идеально подходит для моно-сигнала, но для стерео- придется составить ещё одну на второй канал. Они могут объединяться через обычный сетевой кабель с учетом фазы. Отменный вариант – сделать две одинаковые схемы, выполненные в разных цветах для демонстрации уровня каждого из каналов. Устройства также могут менять свой цветовой диапазон, но такая реализация будет несколько сложнее.
Величина C3 может быть равной 1 мкф при условии, что R4=100 кОм. Номинал R2 можно подбирать из диапазона 47-100 кОм.
В данной схеме используется транзистор КТ 315, но его можно заменить любым другим с подходящими параметрами (фазы сигнала, тока, вел-на напряжения, p-n переход).
Совет: Все необходимые элементы можно приобрести на радиорынке или в магазине, стоит учесть, что чипы LM3915-16 несколько дороже, чем LM3914. Менее затратный вариант – выпаять комплектующие с уже существующих плат.
В итоге получится приблизительно такое устройство:
Собрать индикатор уровня сигнала своими силами – вполне решаемая задача. Главное – найти из чего будет составляться схема, а после – уделить немного времени проверке и отладке устройства.
LM3915 – интегральная микросхема (ИМС) производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала и выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов. Благодаря своей конструктивной особенности, ИМС получила широкое распространение в схемах индикаторов на светодиодах. Так как светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале, он нашёл практическое применение в отображении и контроле уровня сигнала в усилителях звуковой частоты.
Не стоит путать LM3915 с её родственниками LM3914 и LM3916, которые имеют аналогичное расположение и назначение выводов. ИМС серии 3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение), а ИМС серии 3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.
Краткое описание LM3915
Блок-схема LM3915 состоит из десяти однотипных операционных усилителей, работающих по принципу компаратора. Прямые входы ОУ подключены через цепочку из резистивных делителей с различными номиналами сопротивлений. Благодаря этому светодиоды в нагрузке зажигаются по логарифмической зависимости. На инверсные входы приходит входной сигнал, который обрабатывается буферным ОУ (вывод 5).
Внутреннее устройство ИМС включает маломощный интегральный стабилизатор, подключенный к выводам 3, 7, 8 и устройство для задания режима свечения (вывод 9). Диапазон питающего напряжения составляет 3–25В. Величину опорного напряжения можно задать в пределах от 1,2 до 12В при помощи внешних резисторов. Вся шкала соответствует уровню сигнала в 30 дБ с шагом 3 дБ. Выходной ток можно задать от 1 до 30 мА.
Схема индикатора звука и принцип её действия
Как видно из рисунка, принципиальная электрическая схема индикатора уровня звука состоит из двух конденсаторов, девяти резисторов и микросхемы, нагрузкой для которой служат десять светодиодов. Для удобства подключения питания и аудиосигнала её можно дополнить двумя разъёмами под пайку. Собрать такое простое устройство под силу любому, даже начинающему, радиолюбителю.
Типовое включение предусматривает питание от источника 12В, которое поступает на третий вывод LM3915. Оно же, через токоограничивающий резистор R2 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2, идёт на светодиоды. Резисторы R1 и R8 служат для снижения яркости последних двух красных светодиодов и являются необязательными. 12В также приходит на перемычку, которая управляет режимом работы ИМС через вывод 9. В разомкнутом состоянии схема работает в режиме «точка», т.е. происходит свечение одного светодиода, соответствующего входному сигналу. Замыкание перемычки переводит схему в режим «столбик», когда уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца.
Резистивный делитель, собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Более точная настройка осуществляется многооборотным подстроечным резистором R4. Резистор R9 задает смещение для верхнего уровня (вывод 6), точное значение которого определяется сопротивлением R6. Нижний уровень (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7,8) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. Именно R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле:
R5=12,5/I LED , где I LED – ток одного светодиода, А.
Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. Во избежание перегрева корпуса ИМС, не следует превышать ток LED более 20 мА. Все-таки это индикатор, а не новогодняя гирлянда.
Печатная плата и детали сборки
Печатную плату индикатора уровня звука в формате lay можно скачать . Она имеет размеры 65×28 мм. Для сборки требуются прецизионных деталей. Резисторы типа МЛТ-0,125Вт:
- R1, R5 R8 – 1 кОм;
- R2 – 100 Ом;
- R3 – 10 кОм;
- R4 – 50 кОм, любой подстроечный;
- R6 – 560 Ом;
- R7 – 10 Ом;
- R9 – 20 кОм.
Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. ИМС LM3915 рекомендуется запаивать не напрямую, а через специальную панельке для микросхемы. В нагрузке можно применить ультраяркие LED любого цвета свечения, вплоть до фиолетового. Но это уже личные эстетические предпочтения. Для отображения стереосигнала потребуются две одинаковые платы с независимыми входами. Более подробные данные о LM3915 можно найти в техническом описании здесь.
Работоспособность данного индикатора доказана на практике многими радиолюбительскими кружками и по-прежнему выпускается в виде наборов МастерКит.
Читайте так же
При конструировании различных устройств автоматики и сигнализации бывает необходим звуковой индикатор состояния того или иного узла. Нередко такой индикатор строят на основе генератора ЗЧ, нагруженного на звуковой излучатель. Однако монотонный звук подобного индикатора часто не достаточно заметен, особенно в условиях шума. Поэтому используют способы модуляции сигнала, например, прерывая его или изменяя амплитуду либо частоту.
Хотя подобные устройства неоднократно описывались в технической литературе, они подчас были сложны и критичны к напряже- нию питания, содержа-ли большое количество радиоэлементов и намоточные детали.
Предлагаемый индикатор избавлен от подобных недостатков, некритичен к типу звукового излучателя и способен работать при значительном разбросе напряжения питания. Индикатор (рис. 1) состоит из управляющего генератора, выполненного на транзисторах VT1, VT2, управляемого генератора на транзисторах VT3, VT4 и усилителя мощности на транзисторе VT5.
Управляющий генератор вырабатывает импульсы треугольной формы, следующие с частотой около 2 Гц и модулирующие частоту звукового сигнала. Его выходной сигнал снимается нестандартно - с базы транзистора VT2 - и подается через резистор R5 на базу транзистора VT3 управляемого генератора, выполненного совместно с транзистором VT4 по схеме мультивибратора.
Выходной сигнал мультивибратора поступает на усилитель мощности через резистор R8. Нагружен усилитель на динамическую головку ВА1, из которой и раздаются звуки.
Транзисторы VT3, VT4 должны быть с коэффициентом передачи тока не менее 80, а VT5 должен выдерживать ток, потребляемый звуковым излучателем. Параметры остальных транзисторов некритичны. Если напряжение питания не превышает 4 В, динамическая головка может быть мощностью не менее 0,25 Вт со звуковой катушкой сопротивлением 8 Ом. При большем напряжении вместо нее допустимо установить низкоомные телефонные капсюли, например, ТА - 4, ТК - 67, ДЭМШ - 1 А, ДЭМ - 4М.
Конструктивное выполнение индикатора определяется используемыми деталями. Один из вариантов печатной платы из односторонне фольгированного стеклотекстолита изображен на рис. 2. Изолирующие дорожки прорезаны резаком, изготовленным из отрезка ножовочного полотна (если его нет, подойдет острый нож). При желании можно составить новый чертеж платы для изготовления ее способом травления.
Плата рассчитана на установку резисторов УЛМ или МЛТ, а также указанных на схеме транзисторов. Для установки конденсаторов имеется несколько отверстий и запас площади платы, что позволяет использовать конденсаторы различных типов, в частности, МБМ, БМ, KM, K50 - 6. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3.
Плата предназначена для крепления на зажимах аккумулятора ЗШНКП - 10Б (от рудничного светильника), для чего на ней просверлены два отверстия диаметром 6,5 мм на расстоянии 107 мм. При креплении платы обеспечивается электрическое соединение зажимов аккумулятора с печатными проводниками. Чтобы исключить коррозию платы под воздействием испаряющегося электролита аккумулятора, ее следует покрыть электроизоляционным лаком. Сверху плату закрывают крышкой, например, из комплекта указанного светильника, но вполне приемлемы другие варианты.
Рис. 4.12. Звуковой индикатор
Схема низковольтного звукового индикатора (рис. 4.12) предназначена для повышения безопасности вождения автомобиля в ночное время. Это устройство препятствует засыпанию водителя во время движения. Индикатор вместе с элементом питания выполнен на односторонней печатной плате в виде скобы (рис. 4.13) что позволяет, включив микропереключатель SA1, закрепить его за ухом.
При глубоком наклоне головы (в момент засыпания) замкнутся контакты датчика наклона F1 и включат индикатор - громкий сигнал мгновенно разбудит водителя.
Разумеется, надежность работы устройства будет во многом зависеть от конструкции датчика F1. Перепробовав различные конструкции датчика наклона головы, я выбрал самый простой - его легко можно сделать без применения станков. Он состоит из пружины от шариковой авторучки, латунного винта М4х5 и контактного упора (рис. 4.14). Винт вставляется в пружину и припаивается (с помощью флюса или таблетки аспирина). Второй конец пружины укорачивается и крепится на плате.
Индикатор работоспособен при изменении напряжении питания в пределах от 0,7 до 2 В и потребляет ток не более 5 мА.
Схема устройства представляет собой автогенератор на транзисторах разной структуры с непосредственной связью. Использование пьезоизлучателя позволяет сделать индикатор малогабаритным и легким. Для получения достаточной громкости звука параллельно с пьезоизлучателем включена катушка L1. Она совместно с внутренней емкостью HF1 образует резонансный контур. Это позволяет за счет резонансных колебаний повысить рабочее напряжение на пьезризлучателе, которое будет значительно превышать напряжение питания.
Рис. 4.13. Топология печатной платы и расположение элементов: пьезоизлучатель HF1 закрепляется над элементами платы подпайкой к контактным площадкам
Пьезоизлучатели разных типов имеют значения собственной звуковой резонансной частоты, находящиеся в пределах 2...8 кГц. Поэтому при замене типа пьезоизлучателя для каждого конкретного случая можно подобрать наилучшее сочетание параметров контура (для получения максимальной громкости при минимальном потреблении тока).
Рис. 4.14. Конструкция датчика наклона головы
Частоту звука можно изменить конденсатором С1 или изменением числа витков катушки L1, что, конечно же, менее удобно. Катушка L1 содержит 600 витков провода ПЭВ-0,08 (0,1 или 0,12 мм), намотанных на склеенных клеем БФ-2 ("Момент") двух кольцах типоразмера К10х6х3 мм из феррита 700НМ1 (или 1000НН). Микропереключатель SA1 можно использовать типа ПД-9-2. Батарея G1 типа РЦ53М или аналогичная. Резисторы и конденсаторы подойдут любого типа, транзисторы КТ315Г допустимо заменить на КТ312В, КТ3102Е, а транзистор КТ361В на КТ3107.
Наибольшая громкость звучания будет при совпадении частоты автогенератора и собственной резонансной частоты пьезоизлучателя. Звуковой индикатор может найти и другие применения, например в детских игрушках.
Всем самодельщикам привет! Как-то разбирая свои запасы наткнулся на два люминесцентных индикатора с советских магнитофонов. Один оказался рабочий. Решил с него сделать что-то необычное. Ну тут и понеслось... Второй звуковой индикатор решил собрать на микросхемах в виде стрелок из светодиодов, ну а третий из вакуумных индикаторов ИВ-26 из промышленных электронных часов, и всё это дело оформить в корпус. Для LM3915 вытравил две платы (одна для светодиодов), светодиоды в smd корпусе выпаял из LED ленты, собрал платы - включил - всё прекрасно заработало. Для ИВ-26 пришлось задействовать платки индикаторов с китайской магнитолы на микросхеме AN6884. Осталось дело за корпусом, вырезал из ДВП панели, склеил их между собой при помощи деревянных брусочков и клея «Момент». Для индикаторов в корпусе вырезал окно. Зашпаклевал, зачистил и обклеил чёрной плёнкой. Фальш-панель обрезал из профиля из-под гипсокартона. Так как для питания нужно было 5 разных напряжений (+12 -12 26 3,5 6,3 вольта), мотать трансформатор не стал - порылся в закромах и нашёл подходящие трансики и к ним спаял простейшие стабилизаторы. Всё это дело закрепил в корпусе при помощи термоклея. Общий выключатель и регулятор уровня расположил сзади конструкции. Для передней панели вырезал пластину из стекла, просверлил 3 отверстия под выключатели. Красивее было бы тонированное стекло, но его не нашёл, думаю затонировать автомобильной плёнкой. Теперь смотрите на фотоотчёт и видеоролики работы индикаторов, специально для нашего любимого сайта сайт :-)
Принципиальные схемы индикаторов ЗЧ
Фото изготовления конструкции
