Четверг, 08.12.2016, 12:55
Приветствую Вас Гость

Портал светоэффектов

Меню сайта
Категории раздела
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 580
Статистика

Онлайн всего: 3
Гостей: 2
Пользователей: 1
ivan-bezh
Форма входа
Главная » Статьи » Цветомузыкальные установки

СВЕТОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (СДУ)
Светодинамические установки были популярны в начале-середине 90-х и считалось верхом предела мечтаний купить или собрать цветомузыку. 
Постепенно эта мода прошла, однако для клубов и дискотек проблемы декоративного освещения до сих пор актуальны - 
промышленные аппараты довольно дороги и в наличии есть далеко не вся необходимая на перефири модельная линейка.

Прежде чем приступать к постройки светодинамической установки следует определиться по нескольким вопросам:
        1. Сколько каналов будет в данной цветомузыке.
        2. На сколько сильно нужны дополнительные тракты обработки аудиосигнала.
        3. Какая элементная база будет использоваться в силовых ключах.
        4. Скольки канальным будет будет один силовой канал. 
        5. Нужны ли дополнительные сервисные возможности.
    
    ВЫБОР КОЛИЧЕСТВА КАНАЛОВ.
    От количества каналов прежде всего зависит насколько сложным будут фильтры, делащие звуковой диапазон на части для дальнейшего отображения их при помощи осветительных устройств. Разумеется чем больше канало, ьем сложнее получаются фильтры, поскольку необходимо обеспечивать хорошую доротность в фильтре - одновременное мигание соседних каналов сразу бросается в глаза и негативно сказывается на самой идее построения цветомузыкального устройства. 
    Для начала расмотрим принципиальную схему самого простого "моргунчика", принцип которого оснван на разденении звукового сигнала на две сотавляющие - ВЧ и НЧ. Подобные устройства могут быть использованы для различной подсветки кафе и баров эконмкласа - что то моргаети - и ладно... 
    Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 1.



Рисунок 1 Принципиальная схема двухканального фильтра для цветомузыки

    В качастве ОУ можно использовать практически любые ОУ, в данном случае оптимальным будет TL072 или TL082 - они сдвоенные. Верхний ОУ усиливает уже отфильтрованный и сильно ослабленный НЧ сигнал, нижний - ВЧ. АЧХ схемы в точках out1 и out2 приведена на рисунке 2.



Рисунок 2 АЧХ фильтров. Красная линия - НЧ фильтр, точка out1, синяя линия - ВЧ фильтр, точка out2. 

Движки резисторов Х2 и Х3 в верхнем по схеме положении.
    Как видно из рисунка 2 выделение частотных диапазонов имеет хорошую доротность и подъем на фильтруемых частотах порядка 17-18 дБ.
    После фильтров с усилителями стоят детекторы (D1-D4, C13-C14), которые из переменного напряжения формируют уже постоянное, необходимое для управления силовыми ключами. Однако нагрузлчная способность детекторов довольно низкая, поэтому рекомендуется итспользовать эмиттерные повторители.
    Питание фильтров лучше брать не менее 15 В, поскольку величина управляющего напряжения на детекторах целиком зависит имеено от него и не может быть больше 1/2 напряжения питания минус 3 В на насыщениеи выходного каскада ОУ и падения на эмиттерном повторителе. Другими словами при питании 15 В управляющее напряжение на детекторах не бужет выше 15 / 2 = 7,5 В, 7,5 В - 3 В = 4,5 В. Этого напряжения достаточно для усточивого открытия большинства силовых транзисторов, тиристоров и включения оптронов, которые могут использоваться в качестве силовой части.
    Однако учитывая то, что при питании 15 В уже требуется использование конденсатров фильтров питания на 25 В, то лучше напряжение немного приподнять и сделать его в пределах 18-20 В. Таким образом и используемые по питанию электрлиты не будут работать в критических режимах и на выходе детектров сформируется уже 6-8 В.
    Для более полноценной цветомузыки требуется несколько больше, чем два канала, поскольку используя только НЧ и ВЧ сигналы "подсветка" солиста осуществляться не будет. Поэтому следует ввести дополнительный фильтр для СЧ сигнала. В результате получается схема, показанная на риснке 3.



Рисунок 3 Принципиальная схема трехканальных фильтров цветомузыки.



Рисунок 4 АЧХ трехканального фильтра. Красная линия - out1 НЧ, зеленая - out2 СЧ, синяя - out3 ВЧ

    Как видно из рисунка 4 АЧХ данного фильтра уже перекрещивается по каналам, т.е. при воспроизведении частот в местах перекрещивания оба канала будут работаь. При правильной настройке уровней это не очень заметно, но все равно не очень хорошо смотриться. Разумеется, что данные фильтры так же следет питать напряжением не менее 15 В и после детектров использовать эмиттерные повторители.
    Более серьезным фильтром для трех каналов может служить схема, приведенная на рисунке 5. В этой схеме уже используется полноценное двуполярное питание для ОУ и высокодобротные фильтры. Форма АЧХ фильтров для цветомузыки показана на рисунке 6.



Рисунок 5 Схема высокодобротных фильтров для цветомузыки на 3 канала



Рисунок 6 АЧХ трехканальных высокодобротных фильтров для цветомузыки.

    Как видно из рисунка 6 линии АчХ тоже пересекаются, но уже при разнице уровня сигнала более 20 дБ, следовательно шансы на одновременное срабатывание соседних каналов снижаются ОЧЕНЬ сильно. Кроме этого амплитуда управляющего напряжения после детекторов может достигать 12 В, что уже позволяет управлять практически любым силовым элементом используя в качестве НАГРУЗОЧНОГО резистора эмиттерный повторитель. Использование фильтров с большой добротностью позволяет создавать ЦМУ и СДУ с более развитым четырехканальным выходным интерфейсом. Принципиальная схема четырехканального варианта фильтров для СДУ приведена на рисунке 7, АЧХ - на рисунке 8.



Рисунок 7 Принципиальная схема четырехканальных фильтров для цветомузыки



Рисунок 8 АЧХ четырехканальных высокодобротных фильтров для цветомузыки
    
    ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРАКТЫ ОБРАБОТКИ АУДИОСИГНАЛА.
    К дополнительным трактам обработки можно отнести фоновую подсветку - подсвету, которая включается при отсутствии аудиосигнала, а так же дополнительныеустройства, используемые вместо НАГРУЗОЧНЫХ резисторов предыдущих схем.
    Фоновая подстветка включается в моменты отсутствия аудиосигнала и в основном призвана исключить полное затемнение освещаемого помещения при отсутствии музыки. Какие либо изыски в формирование управляющего напряжения для фоновой подсветки делать не имеет смусла - слишком примиттивная у этого канала задача, поэтому можно ограничиться детектором общего музыкального сигнала и проинвертировать получившееся напряжение. В качестве примера показана доработка трехканального варианта фильтров с введеным формирователем фоновой подсветки на рисунке 9.



Рисунок 9 Формирователь фоновой подстветки.

    Небольшие изменения коснулись буферного усилителя на Х2 - он теперь не инвертирующий. Так же появился эмиттерный повторитель на транзисторе Q1 (любой транзистор малой мощности n-p-n проводимости, например 2N5551). Необходимость введения повторителя вызвана тем, что для нормальной работы детектора D1-D2 и следующего за ним транзистора Q2 необходима несколько большая амплитуда напряжения. Увеличение же амплитуды вызовет не правильную работу фильтро. Поэтому после буферного усилителя сигнал для фоновой подсветки идет напрямую, а для фильтров через делитель напряжения, после которого стоит эмиттерный повторитель на Q1. Повторитель необходим для исключения влияния повторителя на частотоформирующие цепи фильтров, поскольку в них используются RC фильтры и введение делителя напряжения на резисторах сильно повлияет на резонансные частоты. В качестве резистора Х3 можно использовать подстроечнй резистор и настроив один раз соответствие уровней цветовых каналов и подстветки больше им не пользоваться.
    Принципи работы подсветки поясняют осцилограммы некоторых точек, приведенные на рисунках 10-12. Для теста на вход устройства было подано напряжение амплитудой 1 В и частотой 1 кГц.



Рисунок 10 Синяя линия - входной сигнал, амплитуда 1 В, часта 1 кГц, красная - на выходе буф. усилителя на Х2, 
положение движка резистора Х1 90% от верхенего положения.



Рисунок 11 Синия линия - напряжение на верхенм выводе резистора Х4,
красная линия - напряжение на верхнем выводе R18,
зеленая - напряжение на нижнем выводе R20.



Рисунок 12 Напряжения на верхних выводах нагрузочных резисторов:
синияя линия - R22, красная - R23, зеленая - R24, розовая - R21.

    Как видно из рисунка 12 как только появляется звуковой сигнал напряжение на декторе начинает расти открывая транзистор-инвертор Q2, который в свою очередь закрывает транзистор Q3, через который подавалось управляющее напряжение на нагрузочный резистор.
    
    Не секрет, что используемые фонограммы на дискотеках, барах, ресторанах как правило представляют из себя музыкальные записи в формате МР3, купленные на рынках и в будках музыкальных дисков. Большинство производителей дисков стремиться увеличить объемы продаж путем увеличения записанных на диск музыкальных композиций, а для формата МР3 это возможно лишь уменьшением битрейта. Таким образом в музыкальной композиции обрезаются края звукового диапазона (это видно даже на спектранализаторе Винампа), а так же зажимается динамический диапазон. После подобной обработки звук становится плоским, не выразительным и при больших мощностях довольно быстро утомляет.
    Однако далеко не все гонятся за количеством композиций на диске, все больше и больше диджеев на перефирии начинают понимать, что громкость есть далеко не основной показатель озвучености дискотеки или кафе и начинаются поиски у продавцов аудиодисков, в интернете, пусть и МР3, но уже с большим битрейтом - 256, 320 кб/с, или же самостоятельно конвертируют обычные CD в МР3, устанавливая максимальное качество (тут следует отметить, что довольно часто попадаются диски в CD формате, но музыкальные фрагменты в этот формат конверитрованы из МР3 - качество ну просто отвратительное). Кстати сказать, некотоые конверторы позволяют в настройках устанавливать плавающий битрейт - зависимость битрейта от диапазона частот и динамического диапазона и может меняться от 64 кб/с до 320 кб/с автоматически. Этот способ конвертирования является золотой серединой между качественными показателями музыкального фрагмента и его объемом на диске.
    При использовании высококачественных музыкальных композиций, с большим динамическим диапазоном в СДУ возникает ситуация, когда в музыкальном фрагменте частоты отчетливо слышны, а вот включения соответсвующего светового устройства не происходит. Это приводит к впечатлению о не корректной работе СДУ, не правильной ее настройки и автоматически руки тянутся покрутить регуляторы уровней фильтров. Однако при следующей композиции, где частотный спектр и динамический даиапазон распределены по другому может возникнуть другой эффект - когда осветительные приборы не гаснут вообще и снова приходится крутить регуляторы фильтров. 
    Для решения этой проблемы используются компрессоры аудиосигнала, которые искусственно сжимают динамический диапазон - слабый сигнал усиливают сильней, сильный - слабей. В результате даже слабые частотные составляющие в музыкальном фрагменте участки заставляют соответсвующий осветитель включится, а сильные сигналы не вызывают постоянного свечения осветителя. Т.е. происходит интелектуальная оперативная регулировка уровня сигнала.
    Для корректной работы компрессоров необходимо их использовать уже после фильтров, т.е. для каждого канала требуется свой компрессор. Принципиальная схема простейшего компрессора приведена на рисунке 13. Хотя данный компрессор имеет довольно большие собственные искажения для осветительных устройств это практическини какого значения не имеет...



Рисунок 13 Включение компрессора между фильтром и детектором.

    Принцип работы данного компрессора основан на вольт-амперной характиристике диодов, которые включены в отрицательную обратную связь линейного усилителя и при недостаточной амплитуде сигнала они участия не принимают в работе ООС. Однако как только амплитуда сигнала начинает приближаться к погору открытия n-p перехода (напряжение падения на n-p переходе конктретного диода) они начинают автоматически уменьшать коф усиления, причем не линейно. Таким образом происходит ослабление сильного сигнала и увеличенное усиление более слабого сигнала, т.е. динамический диапазон сжимается. Однако наибольшая эфективность компрессора проявляется при выходных сигнала до 1,5 - 2 В и это надо учитывать при выборе силовых ключей. В качестве диодов обычно используются самые популярные диоды, например КД522, КД521, КД103, 1N4148 и т.д. Для увеличения амплитуды выходного сигнала и сохранением эффекта компрессии необходимо использовать два соединенных 
последовательно диода вместо одного, т.е. "двойной" диод.



Рисунок 14 Принцип действия компрессора.

    На рисунке 14 показан принцип действия компрессора. Пока амплитуда выходного напряжения не велика (меньше падения на n-p переходе диода они практически не принимают участия в работе ООС и коф усиления зависит от номиналов резисторов R23-R24 (рис 13). Но по мере приближения амплитуды выходного сигнала к напряжение падения n-p перехода коф усиления снижается за счет включения в работу ООС этого самого n-p перехода и коф усиления снижается. Для большей наглядности переведем рисунок 14 в таблицу:

Uвх фильтра, В

0,001

0,002

0,004

0,008

0,016

0,032

0,064

Uвых компрессора, В

0,178

0,3

0,429

0,559

0,729

1,02

1,603

Коф усиления, раз

178

150

107

70

46

32

25

Коф усиления, дБ

45

44

41

37

33

30

28


    Как видно из таблицы при входном напряжении фильтра 1 мВ коф усиления этой схемы составляет 45 дБ, и попере удвоения амплитуды входного напряжения коф усиления начинает падать, сначала на 1 дБ, затем на 3 дБ, затем на 4 дБ и это происходит как раз когда амплитуда начинает приближаться к напряжению падения на n-p переходе, т.е. амплитуда на выходе компресора достигла велечины 0,559 В И далее при удвоении входного напряжения снова коф усиления уменьшается на 4 дБ - как раз отрабатываются кривые вольт-амперной характеристики диода. При дальнейшем удвоении входного напряжения уменьшение коф усиления уже становиться меньше на 3 дБ и далее примерно на 2 дБ с каждым удовением входного напряжения.
    Именно как раз на участках с выходным напряжением компрессора до 1 В и происходит нормальная работа комрессора, а с дальнейшим увеличением выходного напряжения работа компрессора уже не корректна. Однако повысить амплитуду выходного напряжения компресосра сохранив корректность его работы можно использовать по 2 (вых напряжение компрессора поднимается до 2 В) или 3 (вых напряжение компрессора поднимается до 3 В) последовательно включенных диода (далее по тексту двойные и тройные диоды в компрессоре). Использовать стабилитрон вместо диодов не рекомендуется - не совсем подходит вольт-амперная характеристика, хотя если не хочется городить большу гирлянду из диодов и немного прикрыть глаза на небольшое не соотвестсвие уровней, то можно использовать и стабилитроны, только немного изменить схему включения - не параллельно, а последовательно и катодами друг к другу - все равно эфект от использования такого компрессора будет значительно лучше чем без него. В этом случае корректная работа компресора будет при амплитуде выходного напряжения равным напряжению стабилизации стабилитронов + падение напряжени на стабилитроне, который будет включен ка диод, это примерно 0,6-0,7 В + 0,5 В еще корректной работы вольт-амперной характеристики n-p перехода. Например надо развить на входе силового ключа напряжение амплитудой 10 В. 10 В - 0,5 В корректности - 0,6 В падение да n-p переходе включенного "правильно" n-p перехода второго стабилитрона = 8,9 В напряжение стабилизации стабилитрона. Однако такого номинала нет, поэтому можно использовать стаблилитронв или на 8,2 В, либо на 9,1 В.
    
    Если же изначально в качестве источника звукового сигнала используется низкокачественные, зажатые конверторами музыкальные фрагменты использование компрессоров для цветомузыки становиться менее актуальным.
    
    ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СИЛОВЫХ КЛЮЧЕЙ
    В 80-90-х годах при сборке "домашних" цветомузык широко использовались симисторы КУ208 и тиристоры КУ202. Однако качество этих полупроводников всегда оставляло желать лучшего, а большое напряжение падения на открытом переходе вызывало довольно серьезный нагрев самого элемента. Кроме этого открытие полупроводника могло произойти на любом участке пподающегося на него синусоидального напряжения, что приводило к возникновению довольно сильных помех посети, особенно когда открытие полупроводника происхожило в момент максимальной амплитуды синусоиды сетевого напряжения.
    Тем не менее тиристорные и симисторные силовые ключи довольно популярны - довольно мощные и не очень дорогие, просты в управлении, а использование симисторов еще и избавляет от необходимости использовани мощного силового диодного моста. Ну а бороться с сетевыми помехами можно и аппаратно - подавать управляющее напряжение лишь во время перехода синусоиды через ноль и использовать небольшие LC фильтры по силовой части сетевого напряжения. 
    Поскольку импортные тиристоры и симисторы уже не прдставляют дефицита, а вот отечественные промышленные купить довольно затруднительно, то рассмотрим импорт более детально.
    Для максимальной яркости осветительного устройства и использовании тиристров потребуется довольно мощный сетевой диодный мост - при трехканальном варианте цветомузыки с мощностью 0,5 кВт на канал потребуется диодныйост на 30-35 А.
    Почему?
    Сопротивление потухшей лампы значительно меньше, чем у светящейся и мгновенное значение тока в момент подачи напряжения на холодную лампу превышает ток протекающий через уже светящуюся в 3-4 раза. Следовательно при мощности одного канала 0,5 кВт номинальный ток через силовой ключ будет составлять 500 Вт / 220 В = 2,3 А. Нельзя исключать вероятности того, что одновременно нужно будет включить все три канала, следовательно номинальный ток уже умножается на 3, т.е. 2,3 А х 3 кан = 6,9 А. Поскольку "пусковой" ток лампы больше в 3-4 раза, то 6,9 А х 4 = 27,6 А. Ближайший подходящий по току диодный мост МВ3510 (КВРС3510) на 35 А 1000 В. Однако разница по цене между МВ5010 (КВРС5010) менее 5%, то лучше уже использовать последний, поскольку он уже гарантированно выдержит даже не совсем корретные ситуации - довольно часто при перегорании бытовые лампочки накаливания потребляют натсолько большие токи, что даже срабатывают автоматы на счетчике электроэнергии на 32 А, хотя изначально лампочка была всего на 60-100Вт.
    Этот же фактор необходимо учитывать и при выборе самих тиристоров и симисторов, хотя технологически они сделаны так, что могут выдержать трехкратное превышение тока в течении нескольких миллисекунд, которых обычно достаточно для разогрева нити накала лампы, тем не менее лучше не рисковать иподстраховаться, тем более разница по цене между тиристорами на 8 и 16 А не такая уж большая, а тип корпуса одинаковый.
    Для выяснения какие симистор имеет характеристики достаточно посмотреть на его тип, например если элемент имеет маркировку BTA12-600BW, то это означает, что он на 12 А (BTA12-600BW) и 600 В (BTA12-600BW), если BTA24-800BW, то он на 24 А (BTA24-800BW) и 800 В (BTA24-800BW).
 
    На рисунке 15 приведены 3 варианта силовых ключей для вариантов цветомузыки без использования компрессоров(на принципиальных схемах показан и детектор).



Рисунок 15 Силовые ключи для цветомузыки на тиристорах

    Верхний вариант (красная схема) - самый примитивный, без гальванической развязки с сетью 220 В. При использовании этого вариант следует на входе устройства поставить развязывающий трансформатор, поскольку без него все элементы аудиоаппаратуры окажуться гальванически связанные с сетевым напряжением, что опасно для жизни. Развязывающий трансформатор можно намотать практически на любом трансформаторном железе с габаритной мощностью 3-5 Вт и двумя одинаковыми обмотками (по 4000 витков проводом 0,05...0,08 мм). При настройке устройства следует соблюдать максимальную безопасность, поскольку ВСЕ детали СДУ гальванически связаны с сетью. СДУ следует поместить в изоляционный корпус (пластмасса) и использовать изоляционные ручки для переменных резисторов.
    Откровенно говоря данный вариант силовых ключей переводит СДУ в разряд потенциально опасных устройств и использовать их можно ну когда уже совсем не хватает времени, денег, тепрпения, знаний на что то получше.
    Средняя схема (синяя) имеет гальваническую развязку с сетью и использует самые распространные оптроны РС817. Для реализации этого силового ключа потребуется дополнительный источник питания Uип доп, который будет служить именно для открытия силовых тиристоров (один для всех каналов цветомузыки). Для некоторых тиристоров эмиттер оптрона можно подключать непосредственно к управляющему электроду тристора, исключив транхистор VT3, но тут потребуется смотреть справочные данные на тиристор - ток открытия должен быть минимум в 1,5 раза меньше максимального тока оптрона. В этой же схеме используется LC фильтр, предотвращающий проникновение импульсных помех в сеть, возникающих при открытии тиристора вмомент максимальной амплитуды синусоидального сетевого напряжения. Дроссель L1 намотан на сердечнике от телевизионного импульсного блока питания двойным жгутом сложенным из проводов диаметром 0,5...0,8 мм. Количество проводов выбирается с таким расчетом, чтобы максимальная напряженность в проводе не превышала 4...4,5 А/мм кв. В качестве расчетного тока следует брать номинальное значение ( не пусковое, как для диодов диодного моста).
    Нижняя схема (черная) - самый оптимальный вариант. Он имеет и гальваническую развязку с сетевым напряжением, и схему формирования разрешения открытия тиристоров (VT4-VT5) при переходе синусоиды сетевого напряжения через ноль. Подстроечным резистором R10 добиваются устойчивого включения каждого канала, начиная регулировку с нижнего (по схеме) положения движка резистора. На осцилограммах синей линие показано сетевое, выпремленное напряжение, прилагаемое к нагрузке с силовым тиристором, зеленой линией - сформированное на базе VT5 напряжеие, красной - напряжение на базе VT4, а поскольку VT4 включен как эмиттенный повторитель, то и на его эмиттере напряжение будет иметь такую же длительность и почти такую же амплитуду. Следовательно ток через транзистор оптрона может протекать лишь в моменты, когда сетевой напряжение близко к нулевому значению - переход синусоиды через ноль. В любой другой момент времени подача управляющего напряжения на управляющий электрод тиристора исключается и если управляющий импульс был подан, то тиристор останется открытым до повторного перехода синусоиды через ноль - тиристоры и симисторы остаются открытими даже после снятия управляющего напряжени до тех пор пока через них протекает ток досаточной велечины, именуемый током удержания.
    Данные силовые ключи можно использовать для схем, в которых применяются компрессоры с "тройными" диодами в ООС ОУ.
    
    Применять оптроны при использовании симисторных ключей можно, но придется решить несколько задач. Основная задача заключатеся в том, что для открытия симистора необходимо на управляющий электрод подавать напряжение разной полярности, в зависимости от приложеной полярности к аноду и катоду. Поэтому для управления симисторами намного проще использовать трансформаторное управление, тем более управляющие трансформаторы можно использовать высокочастотные (маленькие габариты, маленькое количество витков).
    В качестве сердечников для трансформаторов можно использовать практически любой феррит, это могут быть и кольца К16, а могут быть и ТМС - трансформаторы используемые в телевизорах для управления строчной разверткой - рисунок 16.



Рисунок 16 ТМС от телевизора, который может использоваться для цветомузыки.

    Правда иногда встречаются ТМС выполненные на железе и залитые компаундом - они не пригодны для создания необходимых трансформаторов управления симистором.
    Первичная обмотка намотана проводом 0,1 мм и содержит 100...150 витков, вторичная содержит ровно половину витков от первичной, провод 0,15 мм или сложенный в двое 0,1 мм.
    В схеме так же используется контроль за величиной синусоиды сетевого напряжения на оптроне DA1, который при достаточной велечине синусоиды сетевого напряжения блокирует своим транзистором мультвибратор на VT2-VT3 (рис 17).



Рисунок 17 Общий мультивибратор и один канал блока управления симисторами.

    Частота импульсов, вырабатываемых мультивибратором зависит от номиналов R7 и С1, а так же напряжения питания. Поэтому при питании, используемом для всего устройства номинали R7 и С1 следует подобрать таким образом, чтобы частота мультивибратора была 10...16 кГц. В данном случае точность частоты не нужна и контролировать ее можно при помощи обычных наушников (рис 18), добиваясь едва слышимого писка в них.



Рисунок 18 Настройка частоты мультивибратора.

    К некоторым особеностям данного силового ключа относитьсяустановка нагрузки "не с того конца" симистора. Симистору все равно к аноду или катоду будет подключена нагрузка, а вот такой вариант включения позволяет использовать ОДИН радиатор под ВСЕ силовые ключи без использование диэлектрических прокладов, необходимо лишь сам радиатор изолировать от курпуса и на нем красным маркером написать 220 В, т.е. это технологическое упрощение сборки уже готового аппарта.
    
    Данные силовые ключи можно использовать для схем, в которых применяются компрессоры с "двойными" диодами в ООС ОУ.
    
    И в тиристорных и в симисторных силовых ключах приведенных выше рекомендуется использования компрессоров с "двойными" диодами. Почему?
    Амплитуда выходного сигнала с компрессора не достаточна для работы детектора, поскольку эффект компрессии проявляется при уровне выходного сигнала в пределах 0,6...0,8 В - падение на n-p переходе. При использовании "двойных" диодов этот предел увеличивается до уровня 1,2...1,6 В, т.е. начальный уровень сжатия поднимается на более высокое пороговое напряжение.
    
    Сегодня на рынке уже достаточно мощных высоковольтных полевых транзисторов , а это позволяет организовывать дополнительные "вкусности" при изготовлении светодинамических установок. Нампример кроме используя широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) можно регулировать яркость остветителей. Так же можно организовать по этому же принципу "поднакал" ламп, что для мощных галогеновых ламп очень актуально - сильно увеличивается срок службы лампы если ее спираль находится все время в горячем состоянии, да и токовые броски значительно меньше вслучае включения подогретого осветителя. Кроме этого для управления полевым транзистором любой мощности не нужны большие токи управления и обычного оптрона вполне хватает чтобы управлять затвором даже 50-ти амперного транзистора.
    Недостатком же использование транзисторов служит необходимость введения в схему мощного диодного моста и некоторого количества пленочных конденсаторов по высоковольтному питанию.
    Самый простой вариант управления полевым транзистором показан на рисунке 19.



Рисунок 19 Принципиальная схема силового ключа для цветомузыки на полевом транзисторе.

    Данный вариант силового ключа подходит для управления лампами мощностью не более 200 Вт, не смотря на используемый на транзистор с максимальным током в 32 А. Дело в том, что транзистор VT2 работает в линейном режиме, а это значит, что на нем будет падать довольно большое напряжение и при токе более до 3 А, следовательно транзистор будет довольно сильно греться и вся установка потребует довольно приличного радиатора или систему принудительного охдождения. Выйти из положения можно используя перед оптроном ключевой элемент с триггером Шмидта, например микросхему К561ТЛ2. Мощности элемента вполне достаточно для максимального свечения светодиода оптрона, следовательно транзистор оптрона будет открыт максимально и силвой транзистор перейдет в режим максимального открытия и вот теперь мощность нагрузки уже можно поднять до 500-600 Вт - больше не рекомендуется, поскольку транзистор будет кроме номинального тока пропускать через себя ток пусковой, когда нити ламп накаливания холодные. Принципиальная схема одного канала с ключевым режимом работы показана на рисунке 20. При использовании компрессора необходим в компресор с тройными диодами, либо стабилитронами.



Рисунок 20 Принципиальная схема силового ключа с "цифровым" управлением.

    Если изменить логику работы детектора, то можно ввести фукцию поднакала осветителей. Изначально детектором выделяется плюсовая полуволна звукового сигнала, т.е на выходе детектора появляется плюсовое напряжение при наличии частотной составляющей конкретно взятого фильтра, а в режиме ожидания на выходе детектора ноль. Если же детектор построить таким образом, чтобы в режиме ожидания было напряжение близкое к напряжению питания (лог 1), а детектором формировать напряжение близкое к нулю, то используя элементы 2И-НЕ микросхемы К561ТЛ2 можно ввести стробирующие ипульсы с отдельного генеретора. Длительность этих импульсов и будет определять велечину действующего напряжения на лампах накаливания, т.е. велечину напряжения поднакала. Причем выведя регуляторы уровня поднакала можно их использовать в качестве декоративного освещения зажигая тот или иной канал. Величина поднакала может достигать половины яркости свечения, однако на полнакала могут быть включены ВСЕ имеющиеся в устройстве каналы. Принципиальная схема одного канала и общим формирователем поднакала приведена на рисунке 21. Резистором R4 выбирают минималоьный уровень поднакала таким образом, чтобы нити накаливания в лампах были уверенно красного цвета, а резистором R5 уже регулируют макисмальный уровень поднакала. Перед первым включением R4 должен иметь максимальное сопротивление (движок резистора внизу по схеме). Катушка L1 выполнена на кольце НМ2000 диаметром 20...30 мм и содержит минимум 40 витков проводом 1мм и необходимо для снижения мгновенного значения протекающего тока и снижения помех отдаваемых в сеть питания 220 В. Частота генератора 400...1000 Гц.



Рисунок 21 Принципиальная схема одного силового ключа с регулиремой велечиной поднакала.

    Теперь через этот силовой ключ можно пропускать уже вполне серьезные токи, вплоть до 15 А номинала, т.е. половину от максимального значения тока транзистора, а это порядка 2...3 кВт на один канал, причем теплоотвод потребуется не большой и без вентилятора.
    Однако создавая столь мощные потребители следует иметь ввиду, что максимальное потребление от одной фазы сети 220 В не должно превышать 6 кВт долговременно и 8 кВт кратковременно, иначе на других фазах этой сети произойдет не обоснованный и опасный подъем напряжения. Поэтому при создании СДУ с суммарной мощностью более 5...6 кВт следует использовать трехфазные выпрямители либо изготавливать цветомузыку состоящую из трех силовых каналов, каждый из которых будет подключен к отдельной фазе. Но тут потребуется 3 силовых диодных моста.
    
    Сделать работу осветителей более мягкой можно используя регулировку яркости, т.е. осветитель включается не только при наличии частотной составляющей определнного уровня, но по яркости можно судить о том на сколько велика амплитуда этой частоты. Однако ни тиристор, ни симистор не могут регулирвать величинуподаваемого элемента - они либо открыты, либо закрыты. Можно использовать регуяторы мощности, на подобии имеющихся в инете схем включающих тиристор с некоторой задержкой на промежутке роста синусоиды сетевого напряжения. Однако все попытки свести к миниуму коммутационные помехи будут сведены на нет, а для снижения новых потребуются такие огромные LC фильтры, что придется подумать об отдельных корпусах только для фильтров размеры фильтров будут увеличиваться по мере роста мощности осветителей. Единственным вариантом остается использование ШИМ управления полевыми транзисторами. 
    Сформировать ШИМ отслеживая уровень входного сигнала можно несколькими способами используя некотрое количество дискретных элементов, а можно воспользовать и специально разработанными для ШИМ регуляторов микросхемами, тем самым серьезно уменьшив габариты платы и число используемых элементов. Кроме этого используя контрллер можно использовать ВСЕ его возможности. На риснунке 22 приведена схема трех канального варианта силовых ключей для цветомузыки с регулировкой яркости, регулируемым поднакалом позволяющим использовать осветители не только как декоративное освещение, но и как основное. Так же в систему интегрирована система мягкого старта в момент включения, т.е. не смотря на положения регуляторов и уровня входного сигнала ток на осветители подет подаваться по нарастающей, позволяя прогреться спиралям ламп накаливания. Кроме этого на каждом канале имеется защита от перегрузки позволяющая существенно продлить срок службы силовых ключей.



Рисунок 22 Принципиальная схема силовых ключей с регулируемой яркостью и защитой от перегрузки.

    В качестве контроллера используется самая популярная микросхема TL494 выхода которой включены параллельно ( структура микросхемы позволяет такое включение) и работают как однотактный ШИМ контроллер. Так же используются дополнительные транзисторы VT4-VT6, которые существенно сокращают время разряда емкости затвора тем самым снижая время работы силового транзистора в линейном режиме и соответсвенно уменьшая его нагрев. Частота ШИМа может быть не большой, поскольку человеческий глаз все равно не видит частоты выше 25 Гц, да и инерционность ламп накаливания так же сгладит имульсы. Поэтому частоту работы TL094 можно выбрать в пределах 1000...3000 Гц. Номиналя частотозадающих элементов С10 - R25 можно выбрать из графика 1.



График 1 Номиналы частота задающих элементов для TL094 (у микросхем разных производителей частота может немного отличаться от расчетной, но в допустимых пределах)

    СКОЛЬКО КАНАЛОВ В ОДНОМ КАНАЛЕ
    Другим способом увеличить впечатления от работы цветомузыки можно используя дискретизацию уровней каждого канала, т.е. кроме наличия какой то частоты в звуковом сигнале будет еще учитывается и его уровень, а от его велечины будет включаться то или иное количество осветителей одного канала. Другими словами данная цветомузыка это своей сути сильно растянутый в пространстве спектр-анализатор, т.е. устройство отображающее не только частотный диапазон а так же и уровень каждой частоты. Самым доспупным примером работы спектр-анализатора является индикатор всем известного аудиопроигрывателя ВИНАМП. Но для цветомузыки такое количество полос как в ВИНАМПе слишком много, поэтому следует использовать базовые три-четыре полосы, а вот сколько подканалов будет в каждом канале уже исходить из бюджета - силовые получаются довольно дорогими, пос кольк даже используя 5 подканалов для трехканальной цветомузыки в итоге получается 15 силовых ключа. 
    Реализовать измерение уровня каждой частотной составляющей можно самыми разнообразными способами, однако остановимся на самых простых с аппаратной точки зрения. Просто почти во всех (кроме симисторного варианта) для гальваническойразвязки используются оптроны светодиод-фототранзистор и при таком варианте разделить каждый канал на подканалы используя специализированные микросхемы для индикаторов уровны не представляет труда. Вместо светодиода индикатора подключается светодиод оптрона и это ВСЕ что необходимо сделать. Использование микросхем для индиккаторов так же довольно сильно упрощает схему обработки аудиосигнала:
        - отпадает необходимость введения детектора, поскольку практически во всех микросхемах индикаторов он интегрирован внутри.
        - отпадает необходимость в компрессорах, поскольку практически все микросхемы для индикаторов имеют логарифмическую логику отображения, либо переключаемую логарифм-линейно.
    Однако схемотехника немного изменится на участке формирующим поднакал, покольку ввести управляющие импульсы в микросхему индикатора не получится, придется их вводить уже непосредственно перед оптроном.
    На рисунке 23 приведена принципиальная схема одного канала цветомузыки с использованием пятиканального индикатора AN6884, имеющим логарифмичесую логику отображения.



Рисунок 23 Принципиальная схема силового ключа для пяти подканалов в каждом канале цветомузыки.

    На DA1 собран фильтр, которых может быть 3-4, на DD1 собран генератор для поднакала ламп осветителей, на DD2 - формирователь длительности импулься поднакала, причем регулируемый до уровня декоратиного освещения, на AN6884 собран собственно определитель уровня уже отфильтрованного сигнала. AN6884 нагружена на последовательно включенные светодиоды индикации (устанавливаются на переднюю панель корпуса прибора рядом с регулятроами уровней каналов) и светодиоды оптронов управления. Выходные ключи микросхемы построены по схеме стабилизаторов тока, что позволяет обходится без токоограничивающих резисторов для светодиодов и использовать их последовательное включение. Единственно, что следует учитывать, что ток светодиодов индикации должен быть больше тока светодидов оптрона. Чтобы не ошибиться лучше выбирать светодиоды повышенной яркости.
    Транзистор оптрона совместно с транзистором подключенным к его коллетрору образуют триггер Шмидта, т.е. исключают подачу промежуточных значений на затвор силового транзистора формируя жесткий сигнал открытия и закрытия силового полевика. Правда открытие силового транзистора происходит через резистор, что все таки вызывает работу в линейном режиме, но поскольку частота генератора поднакала не большая (200...600 Гц), то это становиться не пренципиальным. 
    В качестве силового транзистора можно использовать практически любые полевые транзисторы с допустимым напряжением сток-исток более 400 В, ну а максимальный ток уже зависит от мощности нагрузки. При расчетах не следует забывать, что не смотря на то, что количество каналов осталось прежним каждый канал теперь имеет подканал, следовательно общий уровень освещенности будет гораздо больше, тем более осветители можно разнести в пространстве. Поэтому на каждый подканал можно использовать более слабые осветители, соответственно и более слабые силовые ключи.
    Катушки инудктивности L1-L5 можно выполнить на кольце НМ2000 диаметром 20...30 мм и любой толщины проводом с расчетной напряженостью 5 А/мм кв. Силовые транзисторы можно закрепить на общем теплоотводе через изолирующие прокладки если фланцы транзисторов металлические. Транзисторы VT3-VT7 - любые с током не менее 100 мА и напряжением не менее 50 В. Диодный мост DV12 должен быть расчитан на двухкратный ток ВСЕХ включенных осветителей. Конденсаторы С8-С11 на 0,33...1 мкФ 400 В, их количество должно быть равным количеству подканалов, т.е. возле каждого силового ключа ставится такой конденсатор. L6 намотана на кольцу НМ2000 диаметром 40...45 мм, лучше сложить два кольца, не зависисмо от их изначальной толшины, поскольку данные силовые ключи дают помеху по сети в области ВЧ. Количество витков должно быть не менее 20, диаметр расчитывается исходя из напряжоности тока в проводнике не более 5 А/мм кв. Другими словами - провод для намотки L6 состоит из нескольких сложенных проводов, суммарное сечение которых должно быть больше или равно расчетному сечениею, которое равно номинальному току ВСЕХ осветителей деленному на 5. 
    Например:
        Мощность одного осветителя равна 200 Вт, количество каналов 4, количество подканалов 5, следовательно:
             номинальный ток одного подканала будет равен чуть меньше одного ампера;
             в качестве силового транзистора можно использовать транзисторы с максимальным током 3-4 А, а они могут быть и в пластиковых корпусах, поэтому изолировать их при установке на радиатор не нужно;
             суммарный ток одного канала при пяти подканалах будет равен 5 подканалов умножить на 1 ампер равно 5 А;
             суммарный ток всех каналов равен 4 канала умножить на суммарный ток одного канала в 5 ампер будет равен 20 ампер;
             ток диодного моста должен быть не менее 30-40 Ампер;
             суммарная мощность будет равна 4 кВт - можно запитывать от одной фазы;
             сечение провода катушки L6 равно 20 ампер делить на 5 А/мм кв и получается 4 мм кв, далее вычисляется площадь имеющегося в наличии провода и вычисляется количество проводников.
             сечение провода катушек L1-L5 равно 1 емпер делить на 5 А/мм кв и равно 0,2 мм кв, т.е. диаметр провода равен 0,5...0,6 мм.
    
    Расположить осветители можно на панно, причем в качестве панно может выступать и стена сзади сцены, и потолок. Так же можно расположить осветители на стенах, причем по мере роста сигнала освещеность зала будет увеличиваться от сцены к противовположной стороне создавая иллюзию еше и визуальной "громкости". 

    Увеличить количество подканалов можно используя другую микросхему индикатора уровня - UAA180. В этом варианте можно получить до 12 подканалов. Расширить функциональность можно используя LM3914 (LM3915) которая имеет 9 выходов для индикации, но в ее структуре введенео дополнительное управление режиомо работы и при подаче управляющего напряжения она может переключаться из режима "светящийся столб" (по мере увеличения уровня сигнала включаются следующие по очередности выхода, а предыдущие выхода не выключаются) в режим "светящаяся точка" (по мере роста входного сигнала выхода включаются по очереди, т.е. в любой моментвремени горит только один осветитель) что в свою очередь создаст эффект управляемых музыкой "бегущих огней".
    
    ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СЕРВИСНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
    Ну кто внимательно читал уже поняли, что к дополнительному сервису можно отнести вывод на панель управления регуляторо поднакала, что позволяет использовать устройство в качестве управления освещением помещения - при максимально поднакале лампы горят примерно на 95% от своей яркости и при использовании в качестве осветителей лампустановленных в потолок и на стены может использоваться в как обычное освещение. При необходимости затенить зал достаточно уменьшив до минимума входной аудиосигнал регулировать освещенность в зале все теми же регуляторами поднакала.
    Так же к дополнительному сервису можно отнести возможность переключения режимов работы с режима "светящийся столб" в режим "светящаяся точка" (только при использовании LM3914 или LM3915).
       
    Подводя итог всему написанному можно сделать вывод, что конфигурация и функциональность СДУ пожет быть практически любой, но обязательно состоящей из фильтров, выделяющих частоты, измерителя уровня (детектора) выделенного сигнала и силового ключа, непосредственно управляющего осветителем. Ну а все остальные "навороты" уже зависят от опыта в электронике и собственно бюджета, предпологаемого на оборудования световыми эффектами какого либо помещения.
   


Источник: http://interlavka.narod.ru/stats02/cvet.htm
Категория: Цветомузыкальные установки | Добавил: defaultNick (14.06.2011) | Автор: Radan
Просмотров: 22452 | Комментарии: 4
Всего комментариев: 4
4  
1N4001, КД521 ...

3  
а тот же рисунок VD1_VD6? и есть ли у кого печатка данного чуда техники?

2  
Можно таки же, как VT2 и VT3 на рисунке 17.

1  
Рисунок 22 номиналы VT1-VT6 какие?

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
YOUTUBE LIGHTPORTAL
ALIEXPRESS
Поиск
Translation
Donate
QR
Часики
 
Облако тегов
Друзья сайта
Портал светоэффектов
Catcatcat Electronics
Color Music Beniamina Grinberg