Управляемое устройство «Ирида и Перун»

Управляемое устройство «Ирида и Перун» представляет собой аппарат, управляемый с расстояния до 45 метров и состоящий из двух частей: 1) СДС (светодиодного стробоскопа). 2). ЦПФ (Цветомузыки с полосовыми фильтрами) со встроенным выходным оптическим устройством в виде 8 светодиодов, направленных вертикально вверх.
Управляемое устройство «Ирида и Перун» (далее просто УУИ) это малогабаритное устройство, управляемое дистанционно при помощи ИК ПДУ. УУИ предназначено для работы в небольших затемнённых помещениях для цветоритмического сопровождения музыки преимущественно на домашних дискотеках.
УУИ обладает хорошей повторяемостью и доступно для изготовления радиолюбителями среднего уровня подготовки. Для неутомительного изготовления УУИ следует применить исправные радиоэлектронные компоненты и не допустить ошибок в монтаже.
Главной изюминкой ЦПФ является микрофонный усилитель, собранный с применением электретного микрофона, и позволяющий обойтись без кабеля, подключающего ЦПФ к источнику звука.
Сердцем микрофонного усилителя является программируемый, малошумящий, экономичный ОУ (операционный усилитель) КР1407УД2.
УУИ при включении питания автоматически устанавливается в режим ЦПФ и может быть переключён в режим СДС и обратно (многократно и в любое время) при помощи краткого нажатия любой кнопки любого ИК ПДУ.


УУИ (см. рисунок 1) состоит из:
- интегрального ИК - приёмника B1 TSOP4836 ;
- Г-образного ФПТ (Фильтра постоянного тока) С3-R2;
- триггера – подавителя дребезга, составленного из Т - триггера DD1.2 и RC - цепи C6-R7;
- токового ключа VT4 и включающего ЦПФ;
- конденсатора фильтра С9;
- интегрального стабилизатора DA1 1158ЕН5А с конденсаторами «обвязки» С5, С8;
- конденсатора С2 и тумблера SA1 «Вкл.» включения питания;
- внешнего источника питания +9 Вольт.


ЦПФ (см. рисунок 1) состоит из:
- электретного микрофона BM1;
- Г-образного ФПТ R12-C13 и подстроечного резиcтора R17 - делителя напряжения, питающего микрофон BM1;
- межкаскадного конденсатора С11;
- микрофонного усилителя на ИМС DA3 КР1407УД2 с входным резистором R13 и резистором ООС R16;
- резистора R18, устанавливающего токовый режим ОУ DA3 и конденсатора С14 частотной коррекции;
- резистора R10*, выполняющего функцию установки рабочего U на выходе (выводе 6) ИМС DA3;
- интегрального стабилизатора DA2 78L05 с безындукционными конденсаторами «обвязки» С10, С15;
- оксидного конденсатора С18 фильтра постоянного тока;
- регулятора «Уровень», собранного на элементах RP2 - R11;
- межкаскадного разделительного конденсатора С12;
- эмиттерного повторителя R15-VT5;
- эмиттерной нагрузки транзистора VT5 - регуляторов RP3, RP3.2, RP3.3, RP3.4 «Яркость», включенных параллельно;
- резистора R14;
- формирователя искусственной «средней точки» на элементах VD2-VD3-С16-С17 ФПТ;
- активного ПФ (полосового фильтра) «А» (далее просто ПФ «А») на элементах R19-R20-R21-С19-С20-DA4.1, имеющего максимальный Ку (коэффициент усиления) по напряжению на частоте 90 Гц;
- разделительного конденсатора С21;
- детектора VD4-VD5-C22 (с нагрузочным резистором R22), срезающего отрицательную составляющую сигнала;
- оконечного усилителя VT6, с его стоковой нагрузкой R23-HL1-HL2;
- активного полосового фильтра «Б» (далее просто ПФ «Б») на элементах R19.2-R20.2-R21.2-С19.2-С20.2-DA4.2, имеющий максимальный Ку по напряжению на частоте 500 Гц;
- разделительного конденсатора С21.2;
- детектора VD4.2-VD5.2-C22.2 (с нагрузочным резистором R22.2), срезающего отрицательную составляющую сигнала;
- оконечного усилителя VT6.2, с его стоковой нагрузкой R23.2-HL1.2-HL2.2 (с токоограничительным резистором и жёлтыми светодиодами);
- активного полосового фильтра «В» (далее просто ПФ «В») на элементах R19.3-R20.3-R21.3-С19.3-С20.3-DA4.3, имеющего максимальный Ку по напряжению на частоте 1800 Гц;
- разделительного конденсатора С21.3;
- детектора VD4.3-VD5.3-C22.3 (с нагрузочным резистором R22.3), срезающего отрицательную составляющую сигнала;
- оконечного усилителя VT6.3 с его стоковой нагрузкой R23.3-HL1.3-HL2.3 (с токоограничительным резистором и зелёными светодиодами);
- активного полосового фильтра «Г» (далее просто ПФ «Г») на элементах R19.4-R20.4-R21.4-С19.4-С20.4-DA4.4, имеющего максимальный Ку по напряжению на частоте 4000 Гц;
- разделительного конденсатора С21.4;
- детектора VD4.4-VD5.4-C22.4 (с нагрузочным резистором R22.4), срезающего отрицательную составляющую сигнала;
- оконечного усилителя VT6.4 с его стоковой нагрузкой R23.4-HL1.4-HL2.4 (с токоограничительным резистором и синими светодиодами.


СДС состоит из:
- мультивибратора, вырабатывающего импульсы частотой 8 Гц и составленного из двух усилительных каскадов (VT1-R1-R5-C7 и VT2-R6-R3-C4), объединённых положительной обратной связью;
- потенциометра RP1 «Частота»;
- Т - триггера - ОВ (одновибратора), составленного из элементов DD1.2-C6-R7 и имеющего два стабильных состояния;
- одновибратора - ограничителя длительности, собранного на элементах DD1.1-С1-R4-VD1 и формирующего короткие (14 мс.) положительные импульсы;
- токового ключа VT3;
- зелёных светодиодов EL1 … EL4 с токоограничительными резисторами R8 и R9.


При замыкании тумблера SA1 заряжается конденсатор C2 и на выводе 3 стабилизатора DA1 устанавливается напряжение +5 Вольт. Через резистор R2 заряжается оксидный конденсатор C3. На прямом выходе (выводе 5) триггера DD1.2 устанавливается лог.0, а на инвертирующем - лог.1. С выхода (вывода 6) DD1.2 лог.1 подаётся на затвор VT4. Транзистор VT4 открывается и ЦПФ оказывается подключённой к источнику питания. На выводе 9 DD1.1 установлен лог.0, поэтому светодиоды EL1 … EL4 погашены.
Сразу после включения питания на выводе 1 ИК - приёмника B1 установлена лог.1. Для включения СДС, ИК ПДУ наводят на ИК - приёмник B1. Для надёжного переключения триггера DD1.2 угол наведения ПДУ на головку В1 не должен превышать 45 градусов.
Первое же нажатие любой кнопки ИК ПДУ приводит к подаче отрицательных импульсов с вывода 1 ИК - приёмника B1 на вывод 3 элемента DD1.2. Триггер DD1.2 срабатывает по фронту на входе «С» (на выводе 3) DD1.2 и на выводе 5 DD1.2 устанавливается лог.1. Если кнопка ПДУ остаётся нажатой не более 0,3 с, то времязадающая цепь C6-R7 удерживает триггер в стабильном (взведённом) состоянии и на прямом выходе (выводе 5) DD1.2 удерживается лог.1.
С выхода (вывода 5) триггера DD1.2 лог.1 поступает на вход «D» (на вывод 12) DD1.1 и разрешает работу ОВ (DD1.1-С1-R4-VD1).
На вход «С» (вывод 11) DD1.1 с коллектора VT1 поступают импульсы положительной полярности с высокой крутизной фронта (положительного перепада). (Задние фронты мультивибратора значительно затянуты). Так как на входе «D» (выводе 12) DD1.1 установлена лог.1, то ОВ (DD1.1-C1-R4-VD1) начинает запускаться по каждому фронту на входе «С» (выводе 11) DD1.1. При этом на выходе (выводе 9) DD1.1 появляются положительные импульсы длительностью 14 мС. Длительность этих импульсов определяется номиналами времязадающей цепи С1-R4. Диод VD1 необходим для быстрого разряда С1 и, как следствие, установки ОВ в исходное состояние после окончания очередного выходного импульса. С выхода (вывода 9) DD1.1 импульсы поступают на затвор токового ключа, собранного на полевом транзисторе VT3. Когда на затворе VT3 в течение каждых 14 мС присутствует лог.1, транзистор VT3 открыт, а через цепи EL1-EL2-R8 и EL3-EL4-R9 протекает ток. Светодиоды EL1 … EL4 ярко вспыхивают. Яркость свечения EL1-EL2 определяется сопротивлением токоограничительного резистора R8, а яркость свечения EL3-EL4 - сопротивлением резистора R9. При этом рабочий ток каждой пары не превышает 20 мА. Длительность импульсов вспышек стробоскопа ограничена одновибратором DD1.1-С1-R4-VD1 для лучшей выраженности стробоскопического эффекта.
Если кнопка ПДУ остаётся нажатой более 0,3 с, то триггер DD1.2 начинает работать в режиме одновибратора, который периодически запускается (взводится) на время, определяемое времязадающей цепью C6-R7. При этом ЦПФ и СДС быстро поочерёдно включаются. Это продолжается до тех пор, пока кнопка ПДУ не будет отпущена. Причём состояние (вкл. / выкл.) в котором останется УУИ при отпускании кнопки ПДУ не регламентируется (зависит от момента отпускания кнопки). Поэтому управлять переключением УУИ рекомендуется короткими (не более 0,3 … 0,5 секунды) нажатиями кнопки.

Мультивибратор, вырабатывающий импульсы частотой 8 Гц, составлен из двух усилительных каскадов (VT1-R1-R5-C7 и VT2-R6-R3-C4) на ВЧ - транзисторах p-n-p структуры. Оба каскада соединены между собой разделительными конденсаторами, образующими перекрёстную обратную связь. Эта связь является положительной (сигнал с выхода второго каскада поступает на вход первого) и приводит к возникновению генерации.

Когда появляется желание заменить работу ЦПФ работой стробоскопа, пользователю УУИ следует кратко нажать любую кнопку любого ИК ПДУ. Триггер DD1.2 переключается в другое устойчивое состояние, ЦПФ выключится, а СДС включится на продолжительное время (до очередного нажатия кнопки ИК ПДУ). Такие переключения (ЦПФ/СДС/ ЦПФ/ …) можно делать, когда угодно и сколько угодно раз, пока включено питание.
При открывании VT4 вступает в работу ЦПФ. Напряжение + 9 Вольт заряжает конденсатор С23 и поступает на вход (вывод 3) стабилизатора DA2. На выходе (на выводе 1) DA2 устанавливается напряжение +5 Вольт, которое заряжает оксидный конденсатор С18. C обкладки «+» С18 напряжение +5 Вольт поступает на вход (вывод 7) DA3 и на вход (левый вывод резистора R12) Г-образного фильтра постоянного тока R12-C13. С обкладки «+» зарядившегося конденсатора С13 напряжение +5 Вольт поступает на верхний вывод подстроечника R17, и с движка R17 пониженное до +0,7 Вольта напряжение поступает на верхний вывод микрофона BM1.
С выхода формирователя опорного напряжения - с движка подстроечника R10 - постоянное напряжение поступает на неинвертирующий вход (вывод 3) DA3 и устанавливает +0,5 U и. п. на выходе (выводе 6) DA3.
Сразу после включения питания ЦПФ начинает реагировать на окружающую звуковую картину. На верхнем выводе BM1 появляется переменное напряжение, отображающее механическое воздействие на «мембрану» ВМ1. С выхода BM1 сигнал через конденсатор С11 поступает на вход (левый - по схеме - вывод резистора R13) усилителя DA3. Его Ку приближённо рассчитывается по формуле:

причём, для стабильной работы каскада рекомендуется выбирать Ку менее 1000. В УУИ стабильная работа усилителя при Ку = 255 дополнительно обеспечивается экраном. Выходной сигнал ОУ DA3 снимается с выхода (вывода 6) DA3 и подаётся на верхний вывод потенциометра RP2. Далее с движка RP2 сигнал через элементы R11-C12 поступает на базу VT5. Базовое смещение VT5 по постоянному току задаётся резистором R15. На эмиттере VT5 появляется переменное напряжение с коэффициентом передачи по напряжению около 0,8, но усиленное по току, что позволяет подключить между эмиттером VT5 и «средней точкой» четыре потенциометра «Яркость», соединённые параллельно.
Все ПФ УУИ различаются лишь номиналами времязадающих конденсаторов и, как следствие, резонансными частотами. Для ПФ «А», «Б», «В», «Г» резонансные частоты равны 90, 500, 1800 и 4000 Гц (соответственно). Поэтому рассмотрим параметры, установленные для активных ПФ лишь на примере ПФ «А».
К_{у U} в основном определяется частным от деления сопротивления резистора R21 на сопротивление R19.

Как видно из формулы, К _{у U} мало зависит от ёмкости конденсаторов С19 и С20 и в основном определяется сопротивлением резисторов R21 и R19. Минус после знака равенства в формуле указывает, что ОУ DA4.1 инвертирует входной сигнал.
Добротность ПФ может быть изменена подбором сопротивления R20*. Обычно выбирают R19 намного больше R20. Частота настройки ПФ «А» определяется ёмкостью конденсаторов С19 и С20 и составляет 90 Гц. Отношение ёмкостей С19 / С20 = 0,1 выбрано для обеспечения минимального влияния ёмкостей этих конденсаторов на К _{у U} полосового фильтра.
Самый низкочастотный канал ЦПФ, содержащий ПФ «А», работает следующим образом. Сигнал с эмиттера VT5 подаётся на верхний (по схеме) вывод потенциометра RP3. С движка (среднего вывода) RP3 сигнал поступает на вход ПФ «А» (на левый вывод резистора R19). Активный полосовой фильтр R19-R20-R21-С19-С20-DA4.1 имеет максимальный К у U на частоте 90 Гц.
С выхода (вывода 14) DA4.1 выделенный фильтром сигнал через разделительный конденсатор С21 поступает на детектор VD4-VD5-C22, срезающий отрицательные составляющие сигнала и пропускающий положительные составляющие. Нагрузкой детектора служит высокоомный резистор R22, который одновременно устанавливает уровень лог.0 на затворе VT6 в отсутствие сигнала. Снимаемые с резистора R22 положительные составляющие сглаживаются конденсатором С22 и поступают на затвор полевого транзистора VT6. При всплесках постоянного напряжения на затворе VT6 свыше +1,6 Вольта, VT6 начинает открываться. Сопротивление канала сток - исток VT6 уменьшается и через стоковую нагрузку R23-HL1-HL2 протекает ток. Красные светодиоды HL1-HL2 начинают вспыхивать в такт сигналу, выделенному активным полосовым фильтром ПФ «А». Ток через красные светодиоды HL1-HL2 ограничивается резистором R23. В отсутствие сигнала конденсатор С22 быстро разряжается и транзистор VT6 удерживается в закрытом состоянии резистором R22, соединяющем затвор VT6 с общим проводом ЦПФ (с потенциалом стока VT4). При этом красные светодиоды HL1-HL2 гаснут.
В принципе ЦПФ УУИ работает при снижении напряжения питания с +9 до +8 Вольт. Дальнейшее снижение напряжения питания приводит к «смещению вверх» «средней точки».

1). Перед включением рекомендуется тщательно проверить монтаж, вывести движки потенциометра RP2 и подстроечного резистора R17 в крайние нижние положения; а движок подстроечного резистора R10 - в среднее положение. Затем включают питание и проверяют потребляемый УУИ ток (11 .. 12 мА) миллиамперметром постоянного тока, включённым в разрыв шины «+ питания». В противном случае выключают питание и ещё раз проверяют монтаж.
2). Вольтметром постоянного тока поочерёдно проверяют напряжения: А). На выходе (выводе 3) DA1 (+5 Вольт). Б). На обкладке «+» конденсатора С3 (+4,8 … +5 Вольт). В). На выводе 14 DD1 и на эмиттерах VT1 и VT2 (+5 Вольт). Г). На анодах EL1 и EL3 (+9 Вольт). Д). На выходе (выводе 1) DA2 (+5 Вольт).
Для упрощения настройки УУИ, первоначально ЦПФ рекомендуется отключить от питания. Разрыв делается по шине «минус» питания. Транзистор VT4 вынимается из панельки (выпаивается). Это позволяет быстро настроить основную часть УУИ (ИК-переключатель и СДС) не «распыляясь» на всю схему.
3). В случае неоднократного переключения триггера DD1.2 при кратковременном нажатии кнопки ПДУ, следует увеличить постоянную времени цепи С6-R7. Для этого можно увеличить сопротивление резистора R7 до 1 мегома или ёмкость конденсатора С6 до 1 … 2,2 мкФ.
4). Проверка СДС заключается: А) в проверке на выходе мультивибратора (на коллекторе VT1) наличия импульсов частотой 3 … 10 Гц уровнем 4,5 Вольта (не менее); Б) в проверке импульсов длительностью 10 … 20 мС (R4*) на выходе (выводе 9) DD1.1.
5). Уточнить рабочий ток (20 ... 25 мА) светодиодных пар EL1-EL2-R8 и EL3-EL4-R9 можно, вынув из панельки транзистор VT3 и закоротив контакты «сток» и «исток» панельки перемычкой. Номинальный рабочий ток каждой пары составляет 20 мА и устанавливается подбором резисторов R8 и R9 (соответственно).
Аналогичные действия повторяются для осветительной светодиодной пары EL3-EL4-R9. В простейшем случае (при использовании одинаковых EL1 … EL4), номинал R9 берётся равным (лабораторно установленному) номиналу резистора R8. Не стоит огорчаться, что в импульсном режиме работы СДС яркость излучения светодиодов субъективно заметно снизится.
Добившись правильной работы СДС, приступают к настройке ЦПФ.
Убеждаются, что движок потенциометра RP2 «Уровень» выведен. На время настройки ЦПФ транзистор VT4 в панельку не устанавливается, а вместо него сначала вставляют миллиамперметр, а после проверки тока (11,5 мА) потребляемого ЦПФ, перемычку из одножильного монтажного провода. Концы перемычки (для бережного отношения к гнёздным контактам панельки) рекомендуется слегка сплющить на наковальне молотком.
1). Плавно вращая движок резистора R17, устанавливают напряжение на верхнем выводе микрофона BM1 в пределах +0,7 … +0,9 Вольта.
2). Вращением шлица подстроечного резистора R10 устанавливают на выходе (выводе 6) ОУ DA3 напряжение +2,5 Вольта (+0,5 U и.п.). 3). Максимальный (без ограничения сверху и снизу) размах ~ U на выходе (выводе 6) DA3 может достигать 4,2 Вольта. Нужный коэффициент усиления (Kу) ОУ может быть изменён подбором резистора R16.
3). Токовый режим работы DA3 в широких пределах устанавливается управляющим резистором R18*, включённым между 7 и 8 выводами ИМС. Номинал R18* рассчитывается по формуле:

где I упр. - ток смещения стабилизатора - регулятора, выбираемый от 10 ^-8 до 10 ^-3 Ампер.
4). Ток через светодиоды HL1-HL2, HL1.2-HL2.2, при желании можно уточнить изменением сопротивлений резисторов R23 и R23.2 (соответственно). Их номиналы не должны быть менее 270 Ом. Ток через светодиоды HL1.3-HL2.3, HL1.4-HL2.4, при желании можно уточнить изменением сопротивлений резисторов R23.3 и R23.4 (соответственно). Их номиналы не должны быть менее 130 Ом.
Если ЦПФ при работе возбуждается, то следует проверить ёмкость С13 и убедиться, что экран на верхней сторо�