автоматы световых эффектов бегущие огни принципиальная схема описание печатная плата схема бегущих огнай с печатной платой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       
 

 

 

 

 

ПРОСТЫЕ БЕГУЩИЕ ОГНИ

АВТОМАТЫ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ.

        Условно все автоматы световых эффектом можно разделить на два основных типа - "бегущие огни" и "цветомузыки".
    "Бегущие огни" - это устройства, управляющие светоизлучающими приборами строго в соответствии с логикой своего построения. По схемотехническим решениям различаются как аппаратные и программные. Аппаратные автоматы, как правило, легко повторяемы из-за отсутствия дополнительного оборудования, но имеют существенный недостаток - чем больше эффектов автомат может выполнить, тем большее количество интегральных элементов использовалось. Программные автоматы достаточно просты, содержат не большое количество микросхем, при огромнейших возможностях по созданию эффектов, но требуют дополнительного оборудования - программатор, а иногда и компьютер. И программные, и аппаратные "бегущие огни" могут быть либо с ручным управлением, либо полные автоматы. В последнее время получили широкое распространение комбинированные автоматы из-за своей универсальности.
    "Цветомузыки" - это автоматы световых эффектов целиком и полностью управляемый звуковым сигналом (как правило, музыкой). В подавляющем большинстве все "цветомузыки" построены на принципе разложения звукового сигнала на частотные составляющие и в зависимости от них "зажигают" тот, или иной светоизлучающий прибор. Некоторые, более сложные конструкции, имеют дополнительные выходы на каждый канал и помимо частотной составляющей отслеживают и ее уровень. Различают аналоговые (построенные с использованием только аналоговых элементов) и цифровые (на входе таких устройств стоят АЦП и дальнейшую обработку сигналов производят цифровые микросхемы, иногда даже процессоры).
    Оба типа автоматов можно разгруппировать на низковольтные и высоковольтные. К низковольтным относятся те приборы, у которых напряжение нагрузки не превышает 42 В. С точки зрения безопасности - это идеальные приборы, но для освещения достаточно большого помещения сетевой трансформатор такого устройства будет иметь не приемлемые габариты, не говоря уже о требованиях к выходным каскадам. Высоковольтные автоматы лишены мощного сетевого трансформатора (как правило мощность трансформатора для питания устройства управления не превышает 20-30 Вт), т.к. в нагрузку подают напряжение питания сети 220 В. Количество и мощность ламп в каждом канале таких устройств, практически зависит от типа используемого выходного каскада.
    МУЛЬТИВИБРАТОРЫ
    Схема простейшего "автомата" световых эффектов изображена на рис. 1. Очень широкое распространение эта схема получила из за своей простоты и дешевизны, особенно в импортных переносных магнитолах. Это обычный мультивибратор, нагруженный на лампы накаливания или светодиоды. К достоинствам этой схемы можно отнести то, что она очень не критична к используемым деталям, напряжению питания и типу нагрузки.


Рисунок 1Простая "моргалка"

    В момент подачи напряжения питания на базы транзисторов через резисторы R1 и R2 подастся напряжение смещения и они начнут открываться. Один из транзисторов окажется открыт сильнее, чем другой, так как, пусть даже небольшой, но разброс по коэффициенту усиления у транзисторов есть. Этого вполне достаточно, чтобы один транзистор открылся чуть сильнее другого. Допустим что сильнее открылся VT1, в этом случае на время заряда конденсатора С1 на базу VT2 не будет поступать положительное смещение создаваемое резистором R2 и он закроется. Лампа HL1 будет светиться, а HL2 - нет. Как только С1 зарядится на столько, что уже не сможет компенсировать подаваемое через R2 напряжение смещения, транзистор VT2 откроется и лампа HL2 загорится. В это же время с базы VT1 будет снято напряжение смещения заряжающимся конденсатором С2 и он закроется, лампа HL1 потухнет. На коллекторе VT1 создастся напряжение большее чем на базе VT2 и емкость С1 начнет разряжаться. После зарядки С2 откроется VT1 и естественно закроется VT2. Эти процессы будут повторятся пока на схему подано напряжение питания.
    Время заряда конденсаторов сильно зависит от их емкости, сопротивления резисторов смещения, коэффициента усиления транзисторов и тока, протекающего через них, следовательно от этих параметров будет зависеть и частота мерцания ламп. Изменить частоту мерцания ламп можно повлияв на какой либо параметр, но наиболее приемлемый способ, это либо изменить номинал резисторов R1, R2, либо конденсаторов С1, С2. Если необходимо частоту мерцания регулировать оперативно, то можно в схему ввести регулировочный резистор R3. Введение в схему конденсатора С3 позволило исключить взаимное влияние открывающихся транзисторов (рис.2).


Рисунок 2 "Моргалка" с регулировкой скорости


Рисунок 3 "Моргалка" с зависисмостью от уровня звукового сигнала

    На использовании изменения подаваемого напряжения смещения на базы транзисторов основана схема, изображенная на рисунке 3. Здесь в качестве переменного резистора используется транзистор, на базу которого подается напряжение зависимое от уровня входного сигнала. В качестве входного сигнала используется выходной сигнал усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Резистором R5 регулируется уровень входного сигнала, который детектируется диодами VD1, VD2 и емкостями С4, С5 (выпрямляется), и попадет на базу VT3. В зависимости от уровня сигнала транзистор VT3 будет открываться или закрываться. При достаточно большом уровне входного сигнала транзистор VT3 открыт до насыщения и на смещающие резисторы приложено, практически, напряжение питания, следовательно, что время зарядки конденсаторов увеличится, а частота мерцания уменьшится. Соответственно, что при отсутствии звукового сигнала, или его маленьком уровне, транзистор VT3 будет закрыт и на резисторы будет приложено гораздо меньшее напряжение, следовательно время зарядки емкостей уменьшится, а частота увеличится. Резистор R4 - токоограничивающий, он не позволяет схеме вносить дополнительные искажение в звуковой сигнал и предотвращает выход из строя детектора от перегрузки, когда движок резистора R5 находится в верхнем по схеме положении. R3 не позволяет мультивибратору "остановится" на момент отсутствия музыки.
    Немного систематизировать порядок мерцания позволяет схема трех фазного мультивибратора (рис.4). Принцип работы этой схемы такой же, как и у обычного мультивибратора, только каналов стало три и это позволило "огню" не мерцать, а двигаться, "бежать". Введение четвертого канала еще более увеличит эффект "бега", но тут уже сильно снижается устойчивость работы всей схемы и может потребоваться подбор транзисторов по коэффициенту усиления, номиналов резисторов и конденсаторов, а это в свою очередь увеличивает трудоемкость и стоимость устройства.


Рисунок 4 Принципиальная схема трехфазной "моргалки", создающей эффект бегущего огня

    Транзисторы мультивибратора должны иметь ток коллектора в 3-4 раза больший, чем ток лампы накаливания, т.к. в момент подачи напряжения нить накала еще холодная и имеет сопротивление намного меньшее, чем в разогретом (светящемся) состоянии. При токах ламп более 0,5А целесообразно использование радиаторов для снятия тепла с корпусов транзисторов. Использование ламп накаливания с током более 1А не рекомендуется, лучше воспользоваться последовательно соединенными лампами на меньшее напряжение. Все номиналы указаны для соединенных последовательно 4 ламп на 2,5V 0,15А в цепи коллектора каждого транзистора и напряжении питания 10V. При увеличении тока нагрузки наверняка потребуется подбор номиналов конденсаторов С1, С2 и резисторов R1, R2.
    В качестве источника питания можно использовать любой, даже нестабилизированный, источник питания. При выборе питающего напряжения лучше всего отталкиваться от имеющихся в наличии ламп, мощность же сетевого трансформатора должна быть равна мощности используемых ламп. При установке подобных конструкций в уже имеющуюся аудио аппаратуру, рекомендуется воспользоваться низкоточными лампами, для того, что бы взять питание со штатного сетевого трансформатора. Если частота мерцания не устраивает, то можно подобрать емкость конденсаторов, желательно, чтобы их номиналы были одинаковыми. В случае, когда будут использоваться мощные лампы (ток потребления более 0,3А), то рекомендуется установить транзисторы на теплоотводы и воспользоваться составними транзисторами (например КТ972), поскольку сильно увеличатся токи базовых переходов и потребуется установка конденсаторов больших емкостей (более 220мкФ).

АППАРАТНЫЕ "БЕГУЩИЕ ОГНИ"

    Для получения более эффектной свето иллюминации необходимо организовать работу минимум четырех каналов. Без использования цифровых интегральных компонентов решить эту задачу можно, но не оправдано возрастет трудоемкость, габариты и стоимость конструкции. Поэтому в качестве простейших будут рассмотрены автоматы уже с использованием микросхем.
    Практически любые аппаратные "бегущие огни" используют в своей основе работу последовательных регистров сдвига, последний выход которых подан на вход регистра. Таким образом записанная в регистр информация перемещается внутри регистра по кругу. Регистр можно организовать либо на D-триггерах, либо использовать уже готовый из набора используемой серии микросхем. И в ТТЛ, и в КМОП сериях можно выбрать не один регистр, идеально подходящий для создания "бегущих огней".
    Принципиальная схема простейшего автомата изображена на рисунке 5, чертеж печатной платы - на рис.6 (а - сторона проводников, б - деталей), расположение деталей - на рис. 7. На элементах DD2-DD4 построен регистр сдвига. Следует отметить, что D-триггеры, в силу своей конструктивной особенности, информацию на выходе меняют чуть позже, чем она в них записывается (время распространения), а поскольку практически все регистры построены на D-триггерах, их можно использовать для создания "кольцевого" перемещения информации.

Простейшие программируемые бегущие огни - принципиальная схема
Рисунок 5 Простейшие программируемые бегущие огни - принципиальная схема

Чертеж печатной платы бегущих огней на ТМ2 (масштаб - 1 мм = 4 пкс)
Рисунок 6 Чертеж печатной платы бегущих огней на ТМ2 (масштаб - 1 мм = 4 пкс)

Расположение деталей на печатной плате
Рисунок 7 Расположение деталей на печатной плате.

    На элементах DD1.1 - DD1.4 собран задающий генератор, от рабочей частоты зависит скорость "бега огня". При подаче напряжения питания информация на входе DD1.1 не определенна, но по уровню она все же ближе к уровню лог. "0", следовательно на выходе этого элемента сформируется лог. "1". На выходе DD1.2 появится лог. "0" и через незаряженный конденсатор С1 еще больше приблизит напряжение на входе DD1.1 к уровню лог. "0". Однако на выходе DD1.3 будет присутствовать уровень лог. "1" и он через соединенные последовательно резисторы R1 и R2 начнет заряжать емкость С1. Напряжение на входе DD1.1 начнет медленно увеличиваться и когда оно приблизиться к уровню лог. "1" элемент DD1.1 на своем выходе изменит состояние на лог. "0". Это сформирует на выходе DD1.2 лог. "1" и емкость С1 начнет разряжаться. На выходе DD1.3 появится лог. "0", тем самым уменьшая время разряда емкости С1 и заряжая ее другой полярностью. На входе DD1.1 напряжение начнет уменьшаться и по достижению уровня близкого к уровню лог. "0" элемент DD1.1 изменит свое состояние на противоположное. Таким образом цикл зарядки/разрядки конденсатора С1 будет повторяться снова и снова. Из описания видно, что время зарядки/разрядки конденсатора зависит от величины сопротивлений R1 и R2, и емкости этого конденсатора, следовательно чем больше будет сопротивление резисторов и емкость конденсатора, тем дольше будут длиться циклы, однако следует отметить, что чрезмерное уменьшение емкости С1 и увеличение сопротивлений R1 и R2 может привести к потере устойчивости в работе генератора, тоже будет, в случае увеличения емкости и уменьшения сопротивлений.
    Если SA8 находится в разомкнутом состоянии, то на входе DD1.4 будет присутствовать уровень лог. "1", который разрешит работу этого элемента. Если же контакты SA8 замкнуть - уровень лог. "0" запретит работу элемента, и импульсы на его выходе перестанут формироваться.
    Прямоугольные импульсы с выхода элемента DD1.4 подаются на входа "С" элементов DD2.1-DD4.2 и с приходом каждого фронта импульса информация находящаяся на входах "D" будет появляться на выходах этих элементов. Под "фронтом" импульса подразумевается промежуток времени, в котором уровень сигнала изменяется от состояния лог. "0" в состояние лог. "1", под "спадом" будет подразумеваться промежуток времени, в котором уровень сигнала будет изменяться от состояния лог. "1" в состояние лог. "0".
    Поскольку выхода предыдущих триггеров подключены на входа последующих, а выход последнего на вход первого, то информация с каждым фронтом тактового сигнала будет опускаться от верхнего, по схеме, элемента вниз. Дойдя до нижнего триггера, информация запишется в верхний триггер, и цикл повторится.
    Кнопка SA7 служит для одновременной записи во все триггера лог. "0" (заведена на все входы принудительной установки лог. "0"), т.е. общего сброса информации. Для записи информации в триггеры необходимо, прежде всего, запретить смещение информации по получившемуся регистру, во избежания ошибок ввода. Для этого замыкают контакты SA8. Для записи уровней лог. "1" в каждый триггер предусмотрены индивидуальные кнопки SA1-SA6 для каждого триггера. После записи контакты SA8 размыкают, элемент DD1.4 разрешает проход на входа "С" триггеров тактовых импульсов и "огонь" начинает свой бесконечный "бег".
    Построение автомата именно таким образом позволяет без особых усилий увеличивать количество каналов, что придает устройству некую универсальность: сколько требуется каналов - столько и возможно организовать.
    В качестве силовых ключей можно использовать вариант, изображенный на рисунке 8.

Низковольтные силовые ключи для автоматов световых эффектов
Рисунок 8 Низковольтные силовые ключи для автоматов световых эффектов

    Этот вариант относится к низковольтным и в качестве ключа использует мощный, биполярный транзистор, на базу которого подается напряжение с эмиттерного повторителя. Введение эмиттерного повторителя обосновано тем, что выходные токи микросхем не очень велики, а для открытия мощного транзистора иногда требуется до 0,5-1А. Количество силовых ключей равно количеству выходов (каналов) устройства управления, в рассмотренном выше варианте это количество равно шести.
    На транзисторах VT1, VT2 собран регулятор яркости свечения, которая регулируется резистором R1. Ток коллектора транзистора должен быть рассчитан на суммарный ток потребления всех каналов. Обязательное условие - VT1 установлен на теплоотвод, поскольку при токе нагрузке 1А и подаче на нагрузку половины 24 вольтового питания на нем будет выделятся, порядка 12V х 1А = 12W тепловой энергии. Из этого следует, что использование подобного регулятора возможно при небольших токах нагрузки, в противном же случае от него лучше отказаться (потребуются слишком мощные транзисторы и огромные теплоотводы) .
    При больших токах нагрузки, естественно потребуется установка силовых транзисторов на теплоотводы, и в случае горения ламп не в полный накал - уменьшение номинала резисторов R3, R4, Rn, Rn+1.
    В качестве источника питания самих ламп можно использовать нестабилизированный источник на напряжение, чуть меньшее чем напряжение используемых ламп (примерно на 10-15%). Это несколько снизит яркость свечения, но увеличит срок эксплуатации гирлянд, поскольку при повышении сетевого напряжения запас не даст выйти из строя лампам слишком быстро.
    Использование готовых регистров позволит существенно разнообразить работу автоматов, для примеров будет рассмотрено использование регистров К155ИР11 и К155ИР13.
    Принципиальная схема "бегущих огней" с использованием регистров К155ИР11 приведена на рис. 9, на рис. 10 (а - сторона проводников, б - деталей) и 11 чертеж печатной платы и расположение деталей.

Принципиальная схема полуавтоматических бегущих огней
Рисунок 9 Принципиальная схема полуавтоматических бегущих огней

Чертеж печатной платы полуавтоматических бегущих огней (а - сторона дороже, б - сторона деталей)
Рисунок 10 Чертеж печатной платы полуавтоматических бегущих огней (а - сторона дороже, б - сторона деталей)
масштаб 1 мм = 4 пкс

Расположение деталей на печатной плате полуавтоматических бегущих огней
Рисунок 11 Расположение деталей на печатной плате полуавтоматических бегущих огней

    На элементах DD1.1-DD1.3 собран тактовый генератор, на DD2 и DD3 - счетчик делитель, разрешающий через определенное количество тактов изменить направление "бега огня" (определяется положением галетного переключателя SA1). У DD2 и DD3 несколько не стандартная схема включения, что позволило сделать чертеж печатной платы компактней.
    При подаче напряжения питания счетчики не обнуляются, поэтому их состояние может оказаться в любой комбинации. Допустим, что на 12 выводе DD2 в момент включение сформировался уровень лог. "0", а переключатель SA1 находится в верхнем по схеме положении. В этом случае "0" окажется и на входах S0 регистров DD4, DD5, а на входах S1 появится "1" с выхода DD1.4. При этой комбинации с приходом каждого фронта импульсов тактового генератора содержимое регистров будет смещаться от нижнего, по схеме, выхода вверх. С приходом каждого спада импульса тактового генератора счетчик увеличивает свое содержимое на единицу и через какое-то количество тактов на 12 выводе DD2 появится уровень лог. "1". Теперь на входе S0 будет "1", а на S1 - "0". При такой комбинации регистры будут сдвигать свое содержимое от верхнего выхода вниз. Через 8 тактов генератора на 12 выводе DD2 появится лог. "0" и регистры снова изменят направление движения "огня".
    На диодах VD1-VD4 собраны два логических элемента "ИЛИ", позволяющих производить, путем смены положений контактов SA2, параллельную загрузку информации. Увеличение количества выходов позволяет создать большее количество эффектов, в тоже время увеличивается и количество органов управления. Для наглядности и исключения ошибок при вводе введены светодиоды VD5-VD13, которые устанавливаются на передней стенки корпуса прибора. Переключатели SA4-SA11 типа П2К с индивидуальной фиксацией, SA2, SA3 - любого типа.
    На рисунке 12 приведена принципиальная схема автомата на базе К155ИР13, на рисунке 13 и 14 - чертеж расположение печатных проводников и расположение деталей. Отличительная особенность этой схемы - отсутствие "клавиатуры" установки "эффекта", поскольку это происходит автоматически, по прошествию определенного количества тактовых импульсов, которое выбирается положением переключателем SA1.

Принципиальная схема бегущих огней с автоматической сменой иллюминации
Рисунок 12 Принципиальная схема бегущих огней с автоматической сменой иллюминации


Рисунок 13Чертеж печатной платы автомата световых эффектов в масштабе 1мм=4пкс
(а - сторона дорожек, б - сторона деталей)

Расположение деталей на печатной плате автомата световых эффектов.
Рисунок 14 Расположение деталей на печатной плате автомата световых эффектов.

    На элементах DD1.1-DD1.4 построен тактовый генератор, на DD2, DD3 - счетчик-делитель, определяющий через какое количество тактов необходимо произвести изменение направления "бега" и комбинации зажонных -потушенных светоизлучателей (эффекта). На DD4, DD5 выполнен формирователь самих эффектов. С приходом каждого спада на вывод 1 DD4 содержимое счетчиков увеличивается на единицу. С появлением фронта на этом выводе, а он соединен через конденсатор С2 в входом DD6.4, на этом входе кратковременно формируется "1". Допустим, что на выходах DD4 и DD5 установлено какое то двоичное число, следовательно, что логический элемент "ИЛИ", на диодах VD9-VD16, "пропустит" напряжение высокого уровня и на втором входе DD6.4 будет тоже лог. "1". При такой комбинации, когда на обоих входах элемента "И-НЕ" присутствует лог. "1", на его выходе сформируется лог. "0", который запретит работу элементов DD6.2 и DD6.3 и на их выходах появится уровень лог. "1". В этом случае на входах S0 и S1 микросхемы DD7 появляется комбинация, при которой регистр записывает информацию с параллельных входов и с появлением фронта на входе "С" он запишет состояние, в котором на данный момент находятся счетчики DD4 и DD5. Как только конденсатор С2 зарядится эта комбинация исчезнет и регистр с приходом каждого фронта на вход "С" начнет сдвигать записанную в него информацию в ту или иную сторону (это уже определяется на каком из входов, S0 или S1 присутствует "0", а на каком "1").
    На элементах DD6.1-DD6.4 собран формирователь "направление-запись". На диодах VD1-VD8 собран элемент логического "И". Как только счетчики DD4, DD5 "досчитают" до состояния, когда на всех их выходах присутствует лог. "1" на входах принудительной установки нулевого состояния появится лог. "1" и счетчики "обнуляться". При появлении на всех выходах DD4, DD5 уровня лог. "0" на входе DD6.4, через элемент логическое "ИЛИ" на диодах VD9-VD16, сформируется уровень лог. "0", который запретит работу элемента. Поскольку DD6.4 заблокирован, на входы разрешения параллельной записи разрешающий импульс проходить не будет и информация в регистре не изменится. Так будет продолжатся до тех пор пока хоть на одном из выходов DD4 или DD5 не появится уровень лог. "1". Принудительная установка нуля и блокировка при его появлении необходимы для исключения появлении в регистре комбинаций, при которых все лампы горят или все лампы потушены. Положением переключателя SA2 определяется, через какое количество тактовых импульсов "огонь" изменит направление "бега".
    Поскольку предлагаемые устройства уже более- менее серьезны, то использование совместно с ними сетевых силовых ключей будет вполне оправдано.
    При питании нагрузки сетевым напряжением, в качестве силовых ключей очень часто используются тиристоры или симисторы. Их использование серьезно облегчает повторяемость схемы, но влечет две существенных проблемы: при использовании нагрузки, не превышающей даже 100W, в звуковоспроизводящем тракте аудио аппаратуры достаточно хорошо прослушиваются коммутационные помехи, создаваемые открывающимися тиристорами или симисторами; для безопасной эксплуатации требуется введение гальванической "развязки" от сети питания 220V.
    Решая первую проблему, практически на всех, автоматах световых эффектов с тиристорными-симисторными выходами на входе устройства устанавливают фильтр. Для увеличения эффективности подавления помех, как правило, фильтр имеет "Г" или "Т" построение и состоит из L-C элементов (рисунок 15). Индуктивность для фильтра, при суммарной мощности нагрузки до 1kW, можно изготовить на ферритовом сердечнике типоразмера К42 х 25 х 11 проницаемостью 2000 порядка 30-40 витков проводом ПЭВ-2, диаметром 1,4-1,6мм на каждую полуобмотку. Подобное включение обмоток дросселя позволяет серьезно уменьшит габариты, при той же эффективности, поскольку встречное включение обмоток, за счет взаимной компенсации магнитных полей, сильно ослабляет импульсные помехи. Обмотки, для увеличения надежности, лучше расположить по разные стороны кольца, что исключит возможность короткого замыкания, в случае нарушение изоляции провода. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400V, а емкость, можно суммарная соединенных параллельно конденсаторов, 2-4мкФ. При больших мощностях нагрузки можно сложить вместе два кольца того же типоразмера и намотать такое же количество витков, но диаметр провода должен быть не менее 1,7мм.


Рисунок 15 Принципиальная схема фильтра сетевого питания.

    Кроме того, тиристоры требуют, если необходимо свечение излучателей в полный накал, введение диодного моста, поскольку тиристор не в состоянии пропускать обе полуволны сетевого напряжения. При больших нагрузках, например 4 канала по 200 Вт суммарный ток, приблизительно, составит 4 А, но это ток потребляемый лампами в светящемся состоянии, а в момент подачи напряжения питания лампа накаливания потребляет в 3-5 раз больше. Следовательно, 3А умножается на 5 и, для надежности, к получившимся 15 амперам добавляется еще 25-35%. Полученная величина (20 А), это и есть ток, на который должен быть рассчитан диодный мост, и использование популярных выпрямительных диодов (типа Д242) становится практически невозможно.
    На рис. 16 приведена схема линейки тиристорных ключей для "бегущих огней" без гальванической развязки. Здесь входной сигнал поступает непосредственно на усилители тока, так как выходного тока интегральных микросхем недостаточно для открытия тиристоров. Через токоограничивающие резисторы R1-Rn+1 напряжения высокого уровня попадают на базы обратных транзисторов VT1-VTn+1 (количество ключей не указано преднамеренно, поскольку оно может колебаться в широких пределах, и соответствует требуемому количеству каналов в каждом индивидуальном случае) и открывают их. Протекая через их переходы коллектор-эмиттер, ток открывает соответствующие транзисторы VT2-VTx+1, а они создают требуемые для открытия тиристоров токи на управляющих электродах. Использование двух транзисторных формирователей позволило сделать ключи универсальными, и брать питание для них до стабилизатора напряжения, что в свою очередь сильно облегчило его работу. Универсальность же заключается в том, что тиристоры могут быть практически любого типа, т.е. очень мощные, а ведь для мощных тиристоров требуются гораздо большие токи открывания. Открывающий ток тиристоров можно регулировать либо величиной напряжения питания, либо номиналом токоограничивающих резисторов R2-Rx+1. Например, при использовании тиристоров Т112-16-6 и напряжении питания Uип равным 10V, номинал резисторов R4, R8, … Rn, Rn+1 составил 620 Ом. Использовать тиристоры типа КУ201, КУ202 можно, но в последнее время их качество оставляет желать лучшего. Поэтому лучше воспользоваться промышленными тиристорами серии "Т112", "Т116", что в свою очередь позволяет серьезно сэкономить на габаритах и не ограничиваться на мощности нагрузки, поскольку, в зависимости от типа, можно выбрать тиристоры с номинальным током от 10 до 25 ампер.

Принципиальная схема тиристорных силовых ключей для бегущих огней и цветомузык
Рисунок 16 Принципиальная схема тиристорных силовых ключей для бегущих огней и цветомузык

    Диодный мост для подобных ключей лучше использовать тоже на промышленных диодах, типа "Д132", "Д142" и т.д. Естественно, что при мощностях нагрузки более 100 Вт на канал требуется установить тиристоры и диоды на теплоотводы, причем площадь теплоотвода для диодов должна быть много больше площади теплоотвода для тиристора, поскольку через них течет суммарный ток.
    Для гальванической развязки устройства управления и сетевого напряжения, как правило, используют или оптронную "развязку", или трансформаторную. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки, при использовании оптронов приходится серьезно потратиться - они не дешевы, при использовании трансформаторов требуется много времени на их изготовление. "Развязку", как правило, производят либо на входе устройства, либо непосредственно перед силовыми ключами. Первый вариант наиболее приемлем для "цветомузык", поскольку на входе имеется сигнал в виде переменного напряжения. Для "бегущих огней" от гальванической "развязки" можно отказаться вообще, но только в случае использования тиристорных силовых ключей и изоляционных элементов управления работой автомата (переключатели, ручки регуляторов скорости "бега" и т. д.).
    При использовании симисторных выходов наиболее предпочтительна трансформаторная "развязка" непосредственно перед ключами, поскольку нагрузка питается переменным напряжением и естественно на управляющий электрод симистора требуется подавать переменное напряжение, для того чтобы он пропускал обе полуволны напряжения питания.

Принципиальная схема симисторыных силовых ключенй для бегущих огней и цветомузык
Рисунок 17 Принципиальная схема симисторыных силовых ключенй для бегущих огней и цветомузык.

    На рис. 17 приведена схема выходных ключей с использованием симисторов с трансформаторной гальванической "развязкой". На транзисторах VT1-VT2 выполнен задающий генератор, на транзисторе VT3 - усилитель мощности. Принцип работы подобных генераторов подробно описан в главе "Регуляторы", поэтому на этом внимание заостряться не будет. Номиналы генератора подобраны таким образом, чтобы его частота составляла 28-34 кГц, что собственно и позволяет уменьшить размеры "развязывающих" трансформаторов. Сигналы с платы управления открывают тот или иной транзистор из линейки VT4-VTn+1 и тем самым "подключают" второй, нижний по схеме, вывод первичной обмотки трансформатора к общему проводу. Поскольку напряжение пульсирующее, то во вторичных обмотках трансформаторов начинает наводиться напряжение, которое, пройдя через токоограничивающий резистор, открывает соответствующий симистор. Подобное решение позволяет избавиться от мощного диодного моста и серьезно снизить габариты за счет установки всех симисторов на один общий теплоотвод.
    В качестве магнитопровода можно использовать сердечник от любого, вышедшего из строя, телевизионного "ТМС". Причем одного сердечника хватает для изготовления 2-х трансформаторов. Для этого необходимо вытащить сердечник из пластмассовой оправки, откусив бокорезами верхнюю "шляпку" "ТМС". Затем треугольным надфилем, посередине длины сердечника, делается пропил на глубину 2-3мм и сердечник на месте пропила "перекусывается" бокорезами. Затем на сердечник наматывается два слоя бумаги, с использованием клея, и наматывается, в навал, равномерно распределяя витки, первичная обмотка. Она содержит 400 витков провода ПЭВ-2, диаметром 0,1мм. После этого делается еще одна двухслойная бумажная "прослойка" и наматывается вторичная обмотка, тем же проводом, но сложенным вдвое. Количество витков вторичной обмотки - 250. Номинал токоограничивающих резисторов (R10) возможно, придется подобрать, особенно при использовании мощных симисторов, в оригинале же это были резисторы МЛТ-0,5 30 Ом, использовались симисторы типа "ТС122-25-8" и мощность нагрузки составляла 300 Вт на канал.
    Подобный трансформатор можно изготовить и на других сердечниках, например на одинаковой длины (15-20 мм) кусочках круглого ферритового стержня магнитной антенны радиоприемника. Количество витков можно оставить таким же. Следует так же отметить, что количество витков никаким образом не рассчитывалось, а наматывалось "на глаз", однако даже при питании линейки транзисторов напряжением 15 вольт повышения температуры коммутирующих транзисторов не наблюдалось. Снижение же КПД подобных трансформаторов из-за "лишних" витков, при более низком напряжении питания на функциональности самого устройства никак не сказалось.
    Для максимального подавления помех, при очень больших нагрузках, используют дополнительные, следящие формирователи, которые разрешают открытие силовых ключей только в момент перехода синусоиды питающего напряжение через ноль. Такой узел ввести можно и в предлагаемую схему, воспользовавшись оптроном, например, АОТ127 (рисунок 18). Пока сетевое напряжение имеет достаточное напряжение светодиод оптрона светится и фототранзистор шунтирует базу транзистора VT1, тем самым запрещая работу генератора. Как только напряжение снизится настолько, что транзистор оптрона закроется, генератор начнет вырабатывать импульсы и соответствующие симисторы будут открыты.
    Иногда возникает необходимость регулировки яркости свечения гирлянд, для этого можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 19. Эта схема одинаково эффективно может использоваться и с тиристорами, и с симисторами. По сути это регулятор мощности, "отсекающий" часть полуволны синусоиды напряжения питания (рисунок 20). Принцип его работы основан на задержке открывания симистора VS1 на некоторое время, что уменьшает действующее значение приложенного напряжения и уменьшает яркость свечения излучателей. Время задержки определяется номиналами конденсаторов С1, С2 и резисторов R3, R4. На VS1 собран аналог динистора и как только С1 зарядится до напряжения стабилизации стабилитрона VD5, он открывается и накопленную в С1 энергию подает на управляющий электрод симистора VS1. Диоды VD1-VD4 служат диодным мостом для "динистора", поскольку регулировать задержку открытия симистора надо при обоих полуволнах переменного напряжения питания. Резистором R3 регулируется время заряда С1, а значит время задержки открытия VS1, следовательно что от положения его движка будет зависеть величина действующего значения поданного на нагрузку напряжения, или, другими словами - яркость свечения светоизлучателей. Остается только добавить, что номинальный ток симистора VS1 должен быть рассчитан на суммарный ток всех каналов и что подобный регулятор создает очень сильные сетевые помехи, поэтому настоятельно рекомендуется использовать на входе подобного варианта фильтр питания.
    В качестве источников питания и первого, и второго устройства можно использовать схему, приведенную на рис. 21. Мощность сетевого трансформатора должна быть не менее 10 Вт, выходное переменное напряжение должно составлять 8-9 В. Конденсатор С1 на напряжение не ниже 16 вольт, С2 - 6,3 В. Емкость обоих конденсаторов составляет 330-470 мкФ. Интегральный стабилизатор DA1 - КРЕН5А (LM7805) установлен на теплоотвод, выполненный из алюминиевой полосы толщиной 1-1,5 мм и размерами 30 х 60 мм. При большем напряжении вторичной обмотки сетевого трансформатора площадь теплоотвода DA1 необходимо увеличить, однако превышение переменного напряжения более 12 В может вызвать слишком большое выделение тепла на DA1 и вызвать тепловой пробой стабилизатора. В качестве выпрямительных диодов можно использовать КД209 (1N4007, FR157 или любые другие, рассчитанные на ток не менее 0,5 ампера). Выключатель SA1 - типа ПКН, предохранитель - 0,25 А, при условии, что на силовые ключи будет установлен отдельные предохранители, на каждый канал индивидуально. Ток этих предохранителей должен составлять 50% от максимального тока, на который рассчитаны используемые силовые ключи (тиристоры или симисторы).

 

 

 

 

 

 



radionet

Яндекс цитирования