[ Pobierz całość w formacie PDF ]
+
++
Projekty AVT
Niezwykła
iluminofonia
2 4 9 7
Moda na najróżniejsze efekty świetlne nie
maleje. Także Czytelnicy EdW w ramach co−
miesięcznej Miniankiety wskazują, że tego
typu układy powinny się częściej ukazywać
na łamach naszego pisma. Życzenia wyraża−
ne przez Czytelników są zróżnicowane. Nie−
którzy chcą zbudować jak najprostszy i jak
najtańszy układ, nawet jednokanałowy.
Większość chciałaby wykonać urządzenie 3−
lub 4−kanałowe. Inni mają dość popularnych
od wielu lat systemów 3−kanałowych i chcie−
liby cieszyć oczy działaniem wyrafinowane−
go efektu świetlnego, realizowanego za po−
mocą systemu wielokanałowego, na przykład
10−kanałowego, gdzie poszczególne lampy
reagowałyby jedynie na sygnały z wąskiego
pasma częstotliwości.
Wszystkie te i jeszcze inne życzenia po−
zwoli zrealizować system prezentowany
w niniejszym artykule. W Redakcji EdW zo−
stał opracowany niecodzienny moduł − układ
iluminofoniczny, zapewniający niezwykłą
elastyczność budowanego systemu.
Ten podstawowy układ − moduł jest jed−
nokanałowy. Jego wykonanie jest bardzo ła−
twe. Moduł można umieścić w typowej obu−
dowie wtyczkowej z gniazdem (Z27), a do
gniazda dołączyć dowolną lampę. Upro−
szczony schemat blokowy i najprostszy przy−
kład wykorzystania pokazany jest na
rysun−
ku 1
.
Rysunek 2
pokazuje typowy system ilu−
minofoniczny, zawierające trzy moduły z fil−
trami o różnych charakterystykach. Zaletą ta−
kiego „rozproszonego” systemu iluminofo−
nicznego z trzema oddzielnymi modułami
jest możliwość dowolnego rozmieszczenia
lamp w pomieszczeniu. W systemie może
pracować dowolna liczba modułów z różny−
mi filtrami, co umożliwia budowę urządzenia
wielokanałowego.
Projekt oznaczono dwiema gwiazdkami
nie ze względu na stopień skomplikowania,
tylko dlatego, że
układ jest zasilany wprost
z sieci i na jego elementach występują napię−
cia groźne dla życia i zdrowia
. Dlatego
osoby
niepełnoletnie i niedoświadczone mogą wy−
konać prezentowane urządzenie jedynie pod
opieką wykwalifikowanych opiekunów
.
Istotną zaletą opisywanego urządzenia
iluminofonicznego jest to, że nie wymaga
ono dołączenia do wzmacniaczy czy miksera
– każdy moduł wyposażony jest w mikrofon.
Działanie każdego modułu zależy od za−
wartego w nim filtru. Zastosowany uniwer−
salny filtr, choć prosty w budowie, zapewnia
znakomitą separację poszczególnych pasm.
Co bardzo ważne, do wykonania układu nie
jest potrzebna jakakolwiek wiedza na temat
filtrów. Nie trzeba nawet rozumieć sensu za−
mieszczonych charakterystyk. W dalszej czę−
ści artykułu podane są dokładne wskazówki,
jak wykonać najprostszy system jednokana−
łowy oraz klasyczny system 3−kanałowy. Dla
osób, które chcą zbudować system wieloka−
nałowy (np. 7− czy 9−kanałowy) przeznaczo−
ne są obszerne informacje pod śródtytułem
Możliwości zmian
. Opisano tam zasady do−
boru i modyfikacji filtrów. Informacje z tego
artykułu wystarczą wszystkim praktykom,
których celem jest wykonanie iluminofonii
o założonych parametrach.
Niniejszy projekt stał się także dodatko−
wym bodźcem dla jego autora, czego efek−
tem jest kolejny artykuł, a właściwie cykl ar−
tykułów, przedstawiający szczegółowo zasa−
dy projektowania podstawowych filtrów.
Rys. 1
Rys. 2
Elektronika dla Wszystkich
13
Projekty AVT
O taki materiał również od dawna upomina−
cie się przez Miniankietę. Cykl rozpocznie
się w jednym z następnych numerów EdW.
W module zastosowano dwa filtry aktyw−
ne z tak zwanym wielokrotnym sprzężeniem
zwrotnym, wykorzystujące wzmacniacze
U1B, U1C. Użytkownicy popularnych ukła−
dów iluminofonicznych często narzekają na
zbyt słabą separację kanałów. W prezentowa−
nym układzie dwa filtry zapewniają dużą
stromość charakterystyki częstotliwościowej,
a tym samym gwarantują, że sygnały z sąsie−
dniego pasma, nawet silne, nie będą wpływać
na pracę danego modułu.
Elementy bierne filtrów oznaczono na ry−
sunku 4 nietypowo − literą Z (Z1...Z10). Po−
wód jest prosty, w zależności od pożądanego
rodzaju filtru w tych miejscach stosowane
będą rezystory albo kondensatory. Szczegóły
podane są w dalszej części artykułu.
Należy kolejny raz podkreślić, że do wy−
konania typowego systemu iluminofoniczne−
go nie są potrzebne żadne obliczenia – nale−
ży wybrać jedną z czterech wersji i zmonto−
wać elementy według wykazu umieszczone−
go na końcu artykułu.
Poziom sygnału z drugiego filtru, to jest
z nóżki 8 U1C, jest podawany na blok ze
wzmacniaczem U1D. Jest to komparator,
w którym dodatkowo wprowadzono histerezę
(realizowaną przez R6, R8, C5, R7, D7). Re−
zystory R14, R15 wyznaczają czułość kom−
paratora. Czym mniejsza wartość R14, tym
większa czułość.
W spoczynku na wejściu odwracającym (n.
13) występuje ujemne napięcie, więc na
wyjściu (n. 14) napię−
cie jest bliskie dodat−
niemu napięciu zasila−
nia. Tranzystor T1 jest
nasycony, przejmuje
cały prąd płynący
przez R9 i ... transop−
tor OPT1 nie działa.
Jeśli sygnał zmien−
ny z wyjścia U1C ma
amplitudę większą, niż napięcie stałe na re−
zystorze R14 (plus napięcie na R6), napięcie
na wyjściu U1D gwałtownie się zmniejsza.
Tranzystor T1 przestaje przewodzić i prąd
płynie przez optotriak, powodując włączenie
triaka T2 przy najbliższym przejściu napięcia
sieci przez zero. Taki niecodzienny sposób
sterowania zastosowano celowo, by pobór
prądu przez układ był praktycznie taki sam
i by tym samym zmniejszyć wahania napię−
cia zasilającego zastosowanego prościutkie−
go zasilacza.
Dodatkowe elementy R6, R8 zapewniają
histerezę. Obwód C5, R7 powoduje, że poja−
wienie się sygnału spowoduje włączenie
optotriaka przynajmniej na kilkadziesiąt mi−
lisekund. Dzięki nim przy niezbyt dużych sy−
gnałach układ zachowuje się podobnie jak
uniwibrator. Opcjonalna dioda D7 może słu−
żyć do skracania „czasu martwego” takiego
uniwibratora. W wersji podstawowej dioda ta
nie będzie montowana.
W układzie zastosowano optotriak z obwo−
dem włączania w zerze napięcia sieci typu
MOC3042. Dzięki temu żarówka włączana jest
w sposób wykluczający powstawanie zakłóceń.
Jak wiadomo, proste układy iluminofoniczne,
gdzie triaki lub tyrystory są sterowane fazowo
lub w sposób przypadkowy, często zakłócają
pracę innych urządzeń. Tutaj odpowiedni opto−
triak w prosty sposób eliminuje tę wadę.
Wydajność zasilacza z dwoma kondensa−
torami 220nF wynosi ponad 20mA, co całko−
wicie wystarcza do wysterowania optotriaka
MOC3042 o gwarantowanym prądzie wy−
zwalania 10mA.
W module przewidziano triak o prądzie 6A. Ze
względu na fakt, że zimna żarówka pobiera przez
chwilę prąd kilkakrotnie większy od nominalnego,
maksymalna moc współpracujących żarówek po−
winna być mniejsza niż wynika z pomnożenia na−
Opis układu
Schemat blokowy modułu pokazany jest na
rysunku 3
. Sygnał z mikrofonu elektretowe−
go jest wzmacniany, a następnie filtr wydzie−
la potrzebne składowe. Powodują one reakcję
komparatora oraz wysterowanie optotriaka
i triaka. Triak zaświeca żarówkę. Ze względu
na niewielki prąd potrzebny do pracy układu
i do zadziałania optotriaka, układ zasilany jest
z prostego zasilacza beztransformatorowego.
Pełny schemat ideowy pokazany jest na
ry−
sunku 4
. Zasilacz beztransformatorowy z kon−
densatorami C1, C2 dostarcza niezbędnej ener−
gii. Napięcie z kondensatora filtrującego C6
jest dzielone na dwie części za pomocą diod
Zenera D5, D6, dzięki czemu wzmacniacze
operacyjne z kostki TL084(074) są zasilane na−
pięciem symetrycznym o wartości około
±
Rys. 3 Schemat blokowy
Rys. 4 Schemat ideowy
14
Elektronika dla Wszystkich
6,8V.
Mikrofon elektretowy M1 jest polaryzo−
wany napięciem filtrowanym dodatkowo
przez elementy R5C3. Poziom sygnału z mi−
krofonu zależy od rezystancji R4 – (czym
mniejsza wartość R4, tym mniejszy sygnał).
Akustyczny sygnał z mikrofonu jest wzmac−
niany przez wzmacniacz U1A. Wzmocnienie,
a więc czułość układu można regulować za
pomocą potencjometru montażowego PR1.
Projekty AVT
pięcia sieci przez prąd triaka (220Vx 6A). Dla pew−
ności warto stosować żarówki o mocy do 200W.
che dźwięki, można wykorzystać elementy
U1B, U1C do wzmocnienia sygnału według
rysunku 6
.
Wersja 2 − tony niskie.
Bardzo często po−
żądane jest, by lampy migały w rytm muzy−
ki, wyznaczony przez instrumenty, wytwa−
rzające niskie
dźwięki. Uzyskuje
się to, wykorzy−
stując filtr przepu−
szczający tylko to−
ny niskie, czyli
filtr dolnoprzepu−
stowy. Filtr w tej
wersji pokazany
jest na
rysunku 7
.
Częstotliwość gra−
niczna wynosi
220Hz. Dzięki za−
stosowaniu dwóch
jednakowych
stopni uzyskuje
się dużą stromość
charakterystyki w paśmie zaporowym równą
40dB/dekadę.
Wersja 3 − tony średnie.
Jeśli układ ma re−
agować na tony średnie, należy zmontować
Cztery wersje
Każdy moduł systemu według rysunków 1
i 2 można wykonać w jednej z czterech wer−
sji. O właściwościach modułu zadecyduje
charakterystyka filtru. W najprostszym przy−
padku nie trzeba stosować żadnego filtru,
a wtedy układ będzie reagował na jakiekol−
wiek dźwięki.
Wersja 1 – szerokopasmowa.
Ta najprost−
sza wersja nie zawiera filtru. Każdy dźwięk
o odpowiedniej głośności powoduje otwarcie
triaka i zaświecenie lampy. Wzmacniacze
U1B, U1C nie są wykorzystane. W miejsce Z1
należy wlutować kondensator o pojemności
220nF (zamiast C8) oraz wykonać zworę do
punktu połączenia R14, R15. W miejsce Z5,
Z10 koniecznie trzeba wlutować zwory. Układ
połączeń może wyglądać jak na
rysunku 5
.
Jeśli potrzebna byłaby wyjątkowo wyso−
ka czułość, by układ reagował nawet na ci−
Rys. 7
Rys. 5
Rys. 8
Rys. 6
Rys. 9
Rys.10
Elektronika dla Wszystkich
15
Projekty AVT
elementy Z1...Z10 według
rysunku 8
. Taki
podwójny filtr pasmowo−przepustowy ma
pasmo 400Hz...3kHz.
Wersja 4 − tony wysokie.
Jeśli układ ma
reagować na tony wysokie, należy zmonto−
wać filtr górnoprzepustowy według
rysunku
9
. Przy podanych wartościach elementów
częstotliwość graniczna wynosi około
4,5kHz, a stromość w paśmie zaporowym
wynosi 40dB/dekadę.
Rysunek 10
pokazuje charakterystyki
częstotliwościowe trzech układów z rysun−
ków 7...9. Warto zwrócić uwagę, że częstotli−
wości graniczne poszczególnych filtrów są
tak dobrane, aby robocze pasma częstotliwo−
ści nie zachodziły na siebie.
układu nie powinien sprawić trudności nawet
słabiej zaawansowanym. Warto zacząć od
zwór i elementów najmniejszych: diod i re−
zystorów, a potem kolejno montować ele−
menty większe. Obwody filtrów należy
zmontować według jednego z rysunków 5...9
oraz według wykazu elementów.
Uwaga! Zestaw AVT−2497 zawiera ele−
menty umożliwiające zmontowanie dowolnej
z przedstawionych wersji. Obecność „nadmia−
rowych” elementów i trudności ze zmierze−
niem uzyskanej charakterystyki wskazują, że
przy montażu filtrów należy zachować szcze−
gólną uwagę, by nie pomylić elementów.
Po zmontowaniu całości należy wyjątko−
wo starannie sprawdzić prawidłowość mon−
tażu, zwłaszcza filtru oraz obwodów zasila−
cza beztransformatorowego. Warto poprosić
o sprawdzenie inną osobę, by skontrolowała
układ „świeżym okiem”.
Układ prawidłowo zmontowany ze spraw−
nych elementów nie wymaga żadnego uru−
chamiania i od razu powinien poprawnie pra−
cować. Na początek należy ustawić potencjo−
metr montażowy w środkowym położeniu.
Układ należy skontrolować i ustawić czu−
łość po dołączeniu żarówki. Model z różny−
mi filtrami był testowany w pokoju, gdzie
stoi zestaw audio.
Uwaga! Ze względu na fakt, że na ele−
mentach układu
występuje pełne na−
pięcie sieci energe−
tycznej, w module
nie przewidziano
klasycznego poten−
cjometru, tylko po−
tencjometr monta−
żowy PR1. Użycie
klasycznego poten−
cjometru z metalo−
wą ośką grozi ryzy−
kiem przebicia
i śmiertelnego po−
rażenia!
Nie jest to zna−
czącym utrudnieniem, bo układ zazwyczaj
będzie wykorzystywany w jednakowych wa−
runkach. Wszelkie manipulacje w układzie
należy wykonywać po upewnieniu się, że jest
on odłączony od sieci energetycznej. Po
umieszczeniu modułu w dużej wtyczkowej
obudowie Z27, w jej ściance można wykonać
mały otwór o średnicy kilku milimetrów, po−
zwalający na regulację PR1 za pomocą nie−
wielkiego wkrętaka. Na czas regulacji układ
należy odłączyć od sieci.
Ostateczne ustawienie potencjometru trze−
ba będzie dobrać eksperymentalnie w ostatecz−
nym miejscu wykorzystywania. Jednorazowo
wyregulowane moduły iluminofoniczne będą
przy okazji pełnić dodatkową, pożyteczną rolę:
będą wskaźnikiem przekroczenia zaplanowa−
nej głośności. Gdy żarówki będą się świecić
ciągle lub z krótkimi przerwami, głośność mu−
zyki należy zmniejszyć.
Montaż i uruchomienie
Uwaga!
Na elementach układu występują napię−
cia sieci energetycznej groźne dla życia
i zdrowia. Osoby niepełnoletnie i niewy−
kwalifikowane mogą wykonać układ wy−
łącznie pod fachowym nadzorem upraw−
nionych opiekunów i nauczycieli.
Możliwości zmian
Próby wykazały, że czułość układu jest duża,
absolutnie wystarczająca nawet przy słucha−
niu muzyki kameralnej z niewielką głośno−
ścią. Gdyby okazało się, że czułość jest za
mała do cichej muzyki, można ją zwiększyć
następującymi sposobami:
zwiększyć R4 do 4,7kΩ, a nawet 10kΩ,
zmniejszyć R12 do 470
Moduł można wykonać na płytce druko−
wanej, pokazanej na
rysunku 11
. Montaż
Ω,
Zmniejszyć R14 do 10k
.
Choć układ projektowany był do współ−
pracy z optotriakiem MOC3042 o gwaranto−
wanej czułości 10mA, próby wykazały, że
poprawnie pracuje także z większością eg−
zemplarzy optotriaków MOC3041.
Układy w podstawowych czterech we−
rsjach powinny spełnić oczekiwania zdecy−
dowanej większości Czytelników zaintereso−
wanych układem.
Kto chce, może dowolnie dobrać często−
tliwość graniczną filtrów we wszystkich wer−
sjach. Informacje podane na rysunkach
i w tabeli pomogą dobrać pożądaną charakte−
rystykę bez przeprowadzania żmudnych obli−
czeń i symulacji. Podstawowa zasada jest
Ω
Reklama Reklama Reklama
Rys. 11 Schemat montażowy
16
Elektronika dla Wszystkich
Projekty AVT
prosta – aby zmienić charakterystykę danego
filtru, należy zmienić wartości pojemności.
Zwiększanie pojemności obniża częstotliwo−
ści graniczne, zmniejszanie pojemności –
zwiększa częstotliwości graniczne.
Częstotliwość graniczna filtru dolnoprze−
pustowego wynosi około 220Hz. Warto
sprawdzić, jak będzie reagował układ z fil−
trem przepuszczającym tylko najniższe czę−
stotliwości. W tym celu śmiało można zwięk−
szyć pojemności filtru dolnoprzepustowego
(Z2, Z5, Z7, Z10 – patrz rysunek 7) z 330nF
i 33nF na 470nF i 47nF, a nawet 1µF i 100nF.
Spowoduje to obniżenie częstotliwości gra−
nicznej. Taka operacja ma sens, ponieważ
większość systemów audio wyposażona jest
w skuteczne głośniki niskotonowe, więc moż−
na liczyć na zawartość najniższych tonów.
Przeprowadzono próby modelu z filtrem LP
(rysunek 7) o niższej częstotliwości, z pojem−
nościami 1µF i 100nF. Wyniki były bardzo
dobre – układ reagował na najniższe tony.
Można też bez obaw zmniejszyć pojem−
ności filtru górnoprzepustowego (Z1, Z3, Z4,
Z6, Z8, Z9 – patrz rysunek 9) z 3,3nF na
2,2nF czy nawet 1,5nF.
Rysunek 12
pokazuje (linie czerwone)
charakterystyki po zmianie wartości elemen−
tów w filtrach górno− i dolnoprzepustowym
na tle charakterystyk „standardowych”.
Warto pamiętać, że przy zmianach w filtrze
wysokich częstotliwości efekty mogą być nie−
zgodne z oczekiwaniami ze względu na różną
jakość nagrań oraz obecność mikrofonu i gło−
śników. Może się okazać, że z winy kiepskich
głośników lub słabej jakości nagrań, zawartość
najwyższych bądź najniższych składowych
jest bardzo mała i moduł ma zbyt małą czułość.
Wtedy można zmienić elementy filtrów, by fil−
try dodatkowo wzmacniały sygnały użyteczne.
Na
rysunku 13
pokazane są wartości elemen−
tów filtru górnoprzepustowego o częstotliwo−
ści granicznej 5kHz i stromości 40dB/dek
i wzmocnieniu wypadkowym około 30dB
(30x).
Rysunek 14
pokazuje charakterystykę
takiego filtru. Niewielkie podbicie na skraju
pasma wynika z większej dobroci filtrów, Q=1,
a nie Q=0,707, jak w filtrach z rysunków 7...9.
Można też łatwo modyfikować charakte−
rystykę filtru środkowoprze−
pustowego (pasmowego).
Przede wszystkim można
przesuwać charakterystykę
w stronę niskich albo wyso−
kich częstotliwości, odpowie−
dnio zwiększając albo
zmniejszając pojemności Z3,
Z4, Z8, Z9 z rysunku 8.
Wszystkie
pojemności nale−
ży zmieniać w takiej samej
proporcji
, wykorzystując ko−
lejne wartości z szeregu E12.
Przykładowo zamiast pojem−
ności 4,7nF i 22nF można za−
stosować 3,3nF 15nF albo
6,8nF i 33nF.
Kto chce zbudować system
zawierający więcej niż trzy
niezależne kanały, musi zastosować filtry środ−
kowoprzepustowe (pasmowe) o węższym pa−
śmie przenoszenia. W filtrze z rysunku 8 spe−
cjalnie poszerzono pasmo, „rozsuwając” czę−
stotliwości środkowe obu filtrów składowych.
Zrealizowano to przez zastosowanie różnych
wartości kondensatorów Z3, Z4 (4,7nF) oraz
Z8, Z9 (22nF). Najwęższe pasmo uzyskuje się,
gdy w filtrze pasmowym wszystkie pojemno−
ści Z3, Z4, Z8, Z9 są jednakowe.
Rysunek 15
pokazuje charakterystyki fil−
tru, gdy Z3, Z4, Z8, Z9 mają pojemności ko−
lejno 22, 10, 4,7nF. Jak widać, taki filtr
przy okazji wzmacnia sygnał o 22dB
(12,5x), a poszczególne pasma są skutecznie
Rys. 14
Rys. 15
Rys. 12
Rys. 13
Rys. 16
Elektronika dla Wszystkich
17
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

mirabelkowy.keep.pl