Светодинамические устройсва и автоматы
Статьи публикуются по мере поступления. Для упорядоченного тематического
поиска воспользуйтесь блоком "Карта сайта"
Начнем
обзор, с конструкции лазерного СДУ. Проецируя на стену или потолок луч
лазерного диода, можно получить различные световые эффекты.
Действительно, световой луч диода может описывать самые замысловатые
фигуры, взаимодействуя с подвижными зеркалами. Модуляция луча получается
в результате изменения скорости вращения двух электродвигателей, на оси
которых установлены зеркала. Изменение скорости моторов может
производиться в зависимости от музыкальной обстановки, вручную или
случайным образом. Зеркала отражателей лазерных лучей имеют два
направления падения луча: касательное падение относительно плоскости,
перпендикулярной оси электродвигателя, и под углом падения 45° по
отношению к лучу. Сложность получаемых фигур зависит от числа зеркал.
Световая мощность пучка зависит от используемого лазерного диода. Для
получения значительной мощности желательно применять лазерную трубку, но
в этом случае она должна использоваться вместе с собственным источником
высокого напряжения (приблизительно 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 мощности, питающих электродвигатели,
дополняют устройство. Выбор типа модуляции для каждого мотора
осуществляется с помощью переключателя, установкой одного из трех
режимов управления: ручного, музыкального или случайного. Этот
переключатель следует расположить на передней панели прибора.
Трансформатор
TR1, защищенный плавким предохранителем F1, понижает сетевое напряжение
приблизительно до 12 В. Это напряжение выпрямляется диодным мостом D4.
Конденсатор С13 сглаживает выпрямленное напряжение, а стабилизация
напряжения питания 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
соединяется с его корпусом. Выход стабилизатора зашунтирован
конденсатором С12. Лазерный диод имеет три вывода и состоит из
собственно лазерного диода (диода, излучающего лазерный луч) и
контролирующего фотодиода, предназначенного для контроля за мощностью
излучения. Анод лазерного диода и катод управляющего диода подключаются к
общему выводу, соединенному с корпусом.
Лазерная СДУ.
Схема блока питания лазерного диода и электродвигателей.
Следящая
схема с обратной связью вырабатывает ток прямого смещения лазерного
диода. Стабилизатор автоматически регулируется обратным током
контролирующего диода, для того чтобы поддерживалась установленная
мощность излучения. Регулировка тока осуществляется операционным
усилителем СI4, на инверсный вход которого подано опорное напряжение 2,5
В с резисторов R22, R23. Потенциал на прямом входе 3 меняется в
зависимости от обратного тока фотодиода лазерного диода. Действительно,
ток фотодиода, проходя через резисторы R25 и Aj1, преобразуется в
напряжение. Напряжение на выходе CI4 зависит от обратного тока
фотодиода, а также от подстроечного резистора Aj1, с помощью которого
устанавливается световая мощность луча. Чем меньше выходное напряжение
CI4, тем больше ток лазерного диода и, следовательно, яркость луча.
Емкость конденсатора С11 определяет задержку нарастания тока через
лазерный диод, в частности при включении питания. Схема стабилизатора
работает следующим образом. Предположим, что резистор Aj1 отрегулирован
на определенный ток; тогда, если световая мощность пучка уменьшится, то
потенциал на прямом входе понизится, вызывая уменьшение выходного
напряжения на выходе 1 усилителя CI4. Базовый ток транзистора ТЗ
увеличится, что повлечет за собой нарастание коллекторного тока, который
является током лазерного диода; таким образом, яркость луча
восстановится. И наоборот, если световая мощность увеличивается, то
напряжение на прямом входе CI4 растет. Следовательно, выходное
напряжение 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.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 электродвигателем.
Управление в ручном режиме. Управление в
ручном режиме осуществляется с помощью потенциометра РЗ. Именно с этого
потенциометра подается постоянное напряжение на один или два каскада
усиления мощности. Скорость вращения электродвигателя прямо
пропорциональна положению движка потенциометра РЗ. Если необходима
ручная независимая регулировка каждого мотора, то достаточно установить
на передней панели корпуса еще один потенциометр и соединить его
проводами с платой и переключателем выбора режима управления. Управление
в случайном режиме. Псевдослучайное напряжение управления
электродвигателями снимается с мультивибратора, собранного на
операционном усилителе CI2/A с положительной обратной связью через
резистор R18 (см. рис. 2). Когда на выходе 1 операционного усилителя
CI2/A высокий уровень напряжения, конденсатор С8 заряжается через
суммарное сопротивление R19+Р2. Когда напряжение на выводах этого
конденсатора превышает порог, установленный резисторами R16, R17 и R18,
напряжение на выходе 1 уменьшается приблизительно до 0 В. Переключение
выхода ОУ через резистор R18 понижает порог срабатывания, 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
сопротивление 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 напряжения, собранный на
операционном усилителе CI2/B. Подстроечный резистор Aj1 образует
делитель напряжения с входными резисторами мощных каскадов (R20 и R21).
Полученное ослабление позволяет ограничить максимальную скорость
вращения электродвигателей в случайном режиме. Управление в музыкальном
режим. Сигнал, поступающий с электретного микрофона, который получает
смещение через резистор R5, усиливается двумя каскадами на операционных
усилителях СI1/В и СI1/С. Они смещены на половину напряжения питания с
помощью делителя напряжения R1, R2. В этом канале усиления используются
две фундаментальные схемы на операционных усилителях; например, в
каскаде с СI1/В легко узнать схему неинвертирующего усилителя, а каскаде
с СI1/C — схему инвертора. Коэффициент усиления каждого каскада зависит
от значений сопротивлений резисторов R6, R7, R9, R10 и потенциометра
Р1. Конденсаторы СЗ, С4 и С5 обеспечивают развязку постоянных
составляющих различных каскадов. НЧ сигнал усиливается, а затем
выпрямляется однополупериодным выпрямителем, собранным на третьем
операционном усилителе CI1/D, входящем в состав микросхемы LM324.
Интегрирование выпрямленного сигнала производится с помощью конденсатора
С7 и резистора R13, которые определяют постоянную времени
интегрирования. Последний каскад усиливает проинтегрированное постоянное
напряжение в два раза. В зависимости от типа используемого
электродвигателя для ограничения максимальной скорости мотора это
усиление можно уменьшить, исключив из схемы резистор R15, чтобы получить
повторитель напряжения, или увеличивая его сопротивление, чтобы
получить промежуточное усиление.
Электрическая схема блока управления приставки.
Изготовление
Хотя
разводка достаточно плотная, изготовить плату весьма несложно. Для того
чтобы облегчить выполнение соединений, в каждой точке подключения (A,
F, M1, M2, (+)) 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 проверить напряжение +8 В между контрольной
точкой С и контактом (-). Для проверки диапазона изменений напряжения
каскадов усиления мощности и управления электродвигателями можно
включить вольтметр параллельно выходам схемы управления или мощного
каскада. С помощью шнура, снабженного зажимами, соединяются контакты F и
M1, 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 M1 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
контролируется с помощью подстрочного резистора Aj1 (напряжение,
измеренное на контакте А, должно изменяться между 2 и 6 В). Соединив
контакт S с M1, а затем с М2, можно проверить выход музыкального
сигнала. При более или менее сильном посвистывании 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.
Цоколевка лазерного диода.
Следует
внимательно рассмотреть цоколевку лазерного диода (общий вывод соединен
с корпусом). В качестве примера на рис приведен габаритно-монтажный
чертеж лазерного диода CQL80.
Габаритно-монтажный чертеж лазерного диода CQL80.
Рабочая
температура лазерного диода не должна превышать 50°С. Для лучшего
теплоотвода лазерный диод следует установить на краю печатной платы,
чтобы прижать его алюминиевой пластиной, как показано на рис. 5.
Монтаж лазерного диода.
Разводка печатной платы цветомузыкальной приставки показана на рис. 6, радиодетали на плате размещаются в соответствии с рис. 7.
Разводка печатной платы приставки.
Схема размещения радиодеталей на плате приставки.
Получить тонкий
и очень сконцентрированный луч можно с помощью собирающей линзы,
расположенной параллельно алюминиевой пластине. Фокусное расстояние
(между радиатором и плоскостью линзы) зависит от используемой оптики и
определяется опытным путем. Для настройки яркости лазерного луча Aj1
устанавливается в крайнее правое положение, чтобы получить большее
сопротивление. К выводам резистора R28 (47 Ом) подключается 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 выводах резистора R28, не
должно превышать 4 В. Наблюдая за световым пятном, медленным изменением
Aj1 настройте желаемую яркость. Максимально допустимый для лазерного
диода ток составляет 90 мА. На этой стадии можно провести фокусировку
лазерного пучка перемещением линзы. Луч, направленный на стену с
расстояния нескольких метров, должен иметь минимальный диаметр светового
пятна. Если лазерный диод имеет коллимационную систему, то манипуляции
существенно упрощаются. Для установки фокусного расстояния достаточно
подкрутить или ослабить регулировочные винты держателя внутренней линзы.
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 вырезать кружок диаметром 3 см или квадрат со
стороной 4 см. Эта маленькая пластина с просверленным в центре
отверстием, немного большим, чем диаметр оси мотора, насаживается на ось
(впоследствии ее необходимо приклеить). К пластмассовому держателю
приклеивается зеркало таким образом, 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 диода. Второй мотор
размещают на расстоянии 10 см таким образом, чтобы повторное отражение
способствовало распространению лазерного луча параллельно
первоначальному направлению (не учитывая малого угла между зеркалом и
держателем).
Электродвигатели
можно закрепить при помощи установочных приспособлений или хомутиков,
используемых в электротехнике для фиксации на стенах электрических
рукавов.
Простой переключатель гирлянд
Схема
этого переключателя представляет собой симметричный мультивибратор,
собранный на двух тиристорах, в анодные цепи которых включено по одной
гирлянде. Каждая гирлянда может содержать параллельное, последовательное
или смешанное соединение ламп, но оно должно быть рассчитано на
напряжение 24 В и номинальный ток 5 А. Питание устройства производится
переменным напряжением 24 В через диодный мост.
Источник пульсирующего напряжения для гирлянд
Схема,
приведенная на рис, рассчитана на питание трех гирлянд, каждая из
которых состоит из 10 ламп накаливания типа МНЗО-0,1, соединенных
параллельно. Питание гирлянд производится отрицательной полуволной
напряжения 28 В с вторичной обмотки III сетевого трансформатора Т1 через
диод VI1 и промежутки коллектор-эмиттер коммутирующих транзисторов.
V8,
V9, VI0. Эти транзисторы отпираются по¬очередно по базам от трехфазного
мультивибратора, собранного на транзисторах V2, V4, V6. Управляющие
напряжения с мультивибраторов буферные транзисторы VI, V3, V5. Частота
мультивибратора устанавливается переменным резистором R10 и должна
немного отличаться от частоты питающей сети 50 Гц. Благодаря этому
загорание и погасание ламп в гирляндах осуществляется с разностной
частотой между частотой сети и частотой мультивибратора.
Питание на
трехфазный мультивибратор подается с обмотки II сетевого трансформатора
через мостовой выпрямитель на диодах V2-V5 и параметрический
стабилизатор Rl 1, V7 напряжением 8 В. Конденсатор С4 - сглаживающий.
Кнопка S1 «Пуск» служит для запуска мультивибратора.
В устройстве
используется унифицированный трансформатор ТА163 - 127/22-50. Его
вторичные обмотки с выводами 11-12, 13-14, 15-16 и 17-18 соединены
параллельно, образуя обмотку III, а обмотки с выводами 19-20 и 21—22
соединены последовательно, образуя обмотку И. Вместо устаревших
транзисторов МП111 можно использовать КТ315А, а вместо П210Б - КТ814Г.
При этом резистор R17 можно изъять, а сопротивления резисторов R15, R16 и
R18 увеличить до 130 Ом.
Гирлянды с плавным переключением
Схема
переключателя гирлянд, приведенная на рис, содержит два одинаковых
блока управления А1 и А2. В каждом блоке имеется релаксационный
генератор, собранный на зарядно-разрядном конденсаторе С2 и динисторе
VI. Заряд конденсатора происходит очень медленно через резистор R1, а
разряд после отпирания динистора - быстро через резистор R2. При
включенном тумблере S1 частота колебания генератора уменьшается примерно
вдвое. С регулятора уровня R4 колебания поступают на базу транзистора
V2. Пока мгновенное значение напряжения на базе мало, транзистор заперт и
быстро заряжается конденсатор С4. При достижении напряжения пробоя
отпирается динистор V3 и открывается тиристор V4. При этом ярко
загорается гирлянда Н1-Н10. Когда напряжение на базе транзистора
окажется достаточным, он начинает открываться, частично разряжая
конденсатор С4. В результате моменты открывания тиристора сдвигаются
относительно мгновенного значения полупериодов сетевого напряжения, что
приводит к снижению яркости ламп гирлянды. Когда транзистор войдет в
насыщение, С4 полностью разрядится, тиристор запрется, и гирлянда
погаснет. Процесс во втором блоке управления протекает аналогично, но не
синхронно с процессом в первом блоке.
Поэтому
гирлянды Н1-Н10 и Н21-Н30 иногда горят одновременно, иногда поочередно,
иногда не горит ни одна. В последнем случае зажигается вспомогательная
гирлянда Н11-Н20. Переменным резистором R2 устанавливается частота
генератора, а резистором R4 - интенсивность свечения. Гирлянды содержат
по 10 ламп накаливания, рассчитанных на напряжение 26 В и ток 0,12 А.
Универсальный автомат «Бегущий огонь».
Тактовая
частота автомата, которой определяется скорость перемещения «огня»,
вырабатывается мультивибратором, собранным на элементах DD1.1 и DDI.2 с
буферным эмиттерным повторителем на транзисторе VT1. Частоту можно
изменять подбором сопротивлений резисторов R2, R3 или конденсаторов C1,
С2. С эмиттерного повторителя сигнал поступает на вход шестиразрядного
двоичного счетчика DD2. Переключателем SA1 выбирается коэффициент
деления тактовой частоты, после которого импульсы подаются на вход
регистра DD3.1, а с его выхода Q3 - на вход регистра DD3.2. Благодаря
этому каждый положительный перепад импульсов с выхода 1 счетчика
сдвигает высокий уровень на выходах регистров, начиная с выхода Q0 до Q3
DD3.1 и далее с выхода Q0 до Q3 DD3.2. Так образуется зажигание
светодиодов по 8 каналам, в каждом из которых используется ключ в виде
составного транзистора. В тактовом мультивибраторе вместо К133ЛАЗ можно
использовать микросхемы ТТЛ: К155ЛАЗ, К1533ЛАЗ, К1554ЛАЗ или КМОП:
К176ЛА7, К561ЛА7, К564ЛА7. Назначение выводов у микросхем ТТЛ такое же,
как у К133ЛАЗ.
для увеличения щелкаем на изображении
У микросхем КМОП входы элементов 1-2, 5-6, 8-9, 12-13. Соответствующие
выходы - 3, 4, 10, 11. Питание основной части автомата производится от
внешнего источника питания напряжением 9-12 В через электронный
стабилизатор, собранный на интегральной микросхеме DA1. При
использовании микросхем КМОП благодаря их малому потреблению можно
вместо электронного стабилизатора напряжения КР142ЕН5А использовать
параметрический стабилизатор на стабилитроне. Питание транзисторных
ключей и подключенных к ним светодиодов осуществляется от отдельного
источника напряжением U1. Универсальность автомата заключается в том,
что «бегущий огонь» может создаваться не только светодиодами, но и
другими источниками света, например маломощными лампами накаливания,
рассчитанными на напряжения 6,3, 13,5 или 26 В, а также последовательным
соединением двух или нескольких светодиодов или ламп накаливания.
Автомат световых эффектов «Фейерверк».
Автомат
управляет очередностью зажигания 16 пар лампочек накаливания,
расположенных на панно, форма которого может выбираться конструктором.
На трех элементах интегральной микросхемы DDI собран генератор тактовых
импульсов, частота повторения которых управляется переменным резистором
R2. Тактовые импульсы подаются на счетный вход четырехразрядного
двоично-десятичного счетчика DD2, с выходов которого двоичный код
поступает на дешифратор DD3. К выходам дешифратора через транзисторные
ключи подключены 16 пар ламп. После каждого тактового импульса на
очередном выходе дешифратора образуется напряжение низкого уровня
(логический «О»), отпирающее ключ. В результате загорается
соответствующая пара ламп.
Автомат
световых эффектов питается от электросети с напряжением 220 В с помощью
блока питания.. Блок питания представляет собой трансформаторный
выпрямитель, состоящий из двух диодных мостов. Первый из них, VD1-VD4,
оснащен электронным стабилизатором напряжения 5 В и предназначен для
питания микросхем автомата.
Второй диодный мост, VD5-VD8, служит источником питания ламп напряжением 12 В.СВЕТОМУЗЫКА на диодахСхема собирается на небольшой плате и занимает немного места. Монтаж можно сделать и навесной. Транзисторы VT1 — VT3 подойдут с любым буквенным индексом. Диоды VD1 — VD3 могут быть любого типа, но желательно: VD1 — желтого, VD2 — зеленого, a VD3 — красного цвета свечения.
Около динамической головки аккуратно просверлите три отверстия диаметром 4 мм и изнутри вклейте светодиоды. Резисторы R2, R5 и R8 служат для регулировки яркости свечения. Но если сигнал слаб, их лучше исключить.
Цветомузыкальная приставка на симисторахПитается цветомузыкальная приставка из этого набора от двух источников — от сети -220 В и источника постоянного тока напряжением 9 В. Работает она по фильтровому принципу, с разделением звукового сигнала на низкочастотную, среднечастотную и высокочастотную составляющие, которые управляют свечением ламп в соответствующем канале. Кроме того, в схеме приставки предусмотрена возможность независимой регулировки уровня сигнала в каждом канале.
Разделенные на три составляющие компоненты звукового сигнала поступают на управляющие входы трёх симисторов, управляющих свечением ламп.
На выходе каждого канала подключаются лампы накаливания, рассчитанные на напряжение 220 В.
Принципиальная электрическая схема приведена на рис 1. В состав устройства входят три раздельных фильтра: фильтр низких частот (НЧ), фильтр средних частот (СЧ) и фильтр высоких частот (ВЧ), а также три симистора управления лампами накаливания. На входе схемы имеется переменный резистор R1 для регулировки уровня входного сигнала, а на входе каждого фильтра установлены подстроечные резисторы VR1, VR2 и VR3 для настройки чувствительности соответствующего канала.
Рассмотрим работу одного из каналов. После подачи постоянного напряжения 9 В, переменного (сетевого) 220 В и подключения входа приставки к линейному выходу источника сигнал поступает через переменный резистор R1 (общий регулятор уровня сигнала) на подстроечный резистор VR1 (регулятор чувствительности по низкочастотному каналу). Канал НЧ собран на элементах VR1, С1, С2, С8, R2...R5, TR1, IPT1, SCR1. На элементах R2, С1, С2 собран фильтр НЧ, выделяющий низкочастотную составляющую сигнала. При достижении этим сигналом некоторой пороговой величины (зависит от уровня на линейном выходе и от положения движков резисторов VR1 и VR2) транзистор TR1 открывается. В первичной обмотке трансформатора IPT1 начинает течь переменный ток выделенной НЧ фильтром частоты, который наводит ЭДС во вторичной обмотке трансформатора. Таким образом формируется напряжение, приложенное к управляющему электроду симистора SCR1, который в свою очередь и «руководит» включением/выключением лампы накаливания. Кроме основного своего предназначения трансформатор IPT1 служит также для гальванической развязки низковольтных цепей приставки от сети 220 В. Каналы СЧ и ВЧ собраны по аналогичным схемам и работают точно таким же образом.
Конструктивно приставка выполнена на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита и имеет размеры 94x70 мм. Смонтированную плату нужно обязательно установить в подходящий по размеру пластиковый корпус, так как все токоведущие шины, подключённые к симисторам и лампам накаливания, имеют непосредственный контакт с сетью 220 В и должны быть надёжно изолированы.
Для установки платы в корпусе по её краям предусмотрены монтажные отверстия под винты 03 мм. Если мощность ламп, подключённых к выходным клеммам цветомузыкальной приставки, превышает 200 Вт, симисторы надо установить на радиаторы (в качестве общего радиатора для всех симисторов можно, например, использовать алюминиевую пластину 70x30x2 мм, при этом симмисторы (обязательно!) необходимо изолировать от радиатора при помощи изоляционных втулок и теплопроводных изоляционных прокладок).
Лампы канала НЧ мы рекомендуем выкрасить в красный цвет,
канала СЧ — в желтый, а канала ВЧ — в синий.
Однако, и цвета ламп, и их распределение по каналам можно изменить.
В конце концов, это дело личных предпочтений и вашего вкуса.
Просмотров: 6996 |
Добавил: Chinas
| Рейтинг: 0.0/0
|
