Особенности УЦРС. 1). Безопасный стробоскоп. 2). Возможность увеличения количества рабочих режимов с помощью ртутного датчика наклона. 3). Проверенный форсированный режим LEDs стробоскопа. 4). Регулировка скважности для получения требуемого баланса диапазона выдержек для ЦМУ и стробоскопа. 5). Замена дорогостоящего КП505А. 5). Автомат смены режимов.
ВИДЕО
Сокращения, принятые в статье УЦРС
ПП – печатная плата.
РЗГ - регулируемый задающий генератор.
УЦРС - Устройство цветоритмического сопровождения (название статьи).
ФКИ - формирователь коротких импульсов.
ФП - фальшпанель (не путать с этикеткой).
ЦМУ - цветомузыкальное устройство.
Устройство цветоритмического сопровождения (далее просто УЦРС) это маломощное устройство, предназначенное для цветоритмического сопровождения музыкальных мероприятий. УЦРС можно использовать на мини дискотеках и танцполах, но лучше в небольших помещениях (в домашних условиях). УЦРС состоит из РЗГ (регулируемого задающего генератора), встроенного стробоскопа и встроенного ЦМУ (цветомузыкального устройства). Стробоскоп УЦРС имеет весьма удовлетворительную яркость вспышек, но - для получения максимального стробоскопического эффекта - его рекомендуется включать в полной темноте. При полностью выключенном освещении каждая вспышка УЦРС «вырывает» из темноты отдельные статические картинки и создаёт эффект прерывистых движений танцующих. УЦРС работает в паре со встроенным ЦМУ, которое на схеме УЦРС обозначено как Rн. ЦМУ имеет рабочее напряжение +3 … +5 Вольт и потребляемый ток до 80 - 100 миллиампер. УЦРС может работать в двух режимах. В режиме «I» непрерывно работает ЦМУ. В режиме «II» «ЦМУ - стробоскоп» - встроенное ЦМУ и стробоскоп работают поочерёдно.
РЗГ имеет возможность глубокой регулировки скважности для изменения соотношения времени работы режимов «I» и «II». Выдержки реле, определяющие моменты переключения рабочих циклов «ЦМУ - стробоскоп» определяются номиналами конденсаторов С2, С3, С4 и устанавливаются трёхдиапазонным тумблером «Время». Частота стробоскопа устанавливается в диапазоне от 0,5 до 16 Герц переменным резистором «Частота».
Отличительной особенностью УЦРС является применение в качестве излучателя не импульсной лампы от фотовспышки, а 8 суперъярких белых светодиодов. Известно, что стробоскопы на лампах накаливания имеют очень слабо выраженный стробоскопический эффект из-за большой инерционности включения и выключения ламп. Применение в качестве излучателя малоинерционных светодиодов, позволяет изготовить безопасный (не используется высокое напряжение для зажигания импульсной лампы) и экономичный стробоскоп.
Вторая отличительная особенность УЦРС в том, что при необходимости частотный диапазон стробоскопа может быть значительно расширен. (Проверено от 4 вспышек в минуту до 50 Гц, а при частоте свыше 50 … 60 Гц свечение светодиодов на глаз перестаёт быть прерывистым).
Третья отличительная особенность УЦРС в применении всего 1 корпуса ИМС. За счёт применения ИМС DD1 (4 элемента «2И-НЕ») с триггерами Шмитта на входах, каждый генератор импульсов удалось выполнить всего на 1 элементе. Объясняется это наличием петли гистерезиса (разности между напряжениями включения и выключения) у логических элементов ИМС К561ТЛ1.
Материалы и комплектующие
1). Корпус - стеклянная банка 0,5 литра (под продукт весом 460 грамм), например, фирмы «Кубаночка» из-под зелёного горошка с крышкой диаметром 85 мм.
2). Шнур питания со штекером USB-A на одном конце (второй штекер – любой, так как он обрезается).
3). Отрезок армированной плёнки для теплиц толщиной 400 мкм и размерами 620 х 100 мм (три слоя плёнки, вставляемые в банку для светорассеивания).
4). Отрезки односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 48 х 46 мм (для РЗГ и стробоскопа) и 20 х 20 мм (для ЦМУ).
5). Винт стальной М3х8 с комплектом гаек, шайб, шайб пружинных – 6 штук.
6). Полоска дюрали 100 х 6 х 1 (0,8) мм для изготовления двух уголков (с парой отверстий 3,1 мм) для крепления ПП к крышке.
7). Диэлектрический уголок с двумя электрически разделёнными лепестками М3 - для ввода напряжения +5 Вольт под крышку банки (не ищите готовый, лучше изготовить самостоятельно что-то подобное).
УЦРС (см. рисунок 01) состоит из:
- переключателя работы «Режим», выполненного на тумблере SA1 и резисторе R1 установки низкого логического уровня (лог.0);
- задающего генератора, выполненного на логическом элементе DD1.1 с триггерами Шмитта на входе, и элементов времязадающей цепи С2-С3-С4-R3-RP1 и диодов VD1, VD2;
- токового ключа на полевом транзисторе VT1;
- инвертора DD1.2, выполненного на логическом элементе «2И-НЕ» объединением входов;
- генератора, выполненного на логическом элементе DD1.2 с триггерами Шмитта на входе, и времязадающей цепи С1-R2-RP2;
- ФКИ (формирователя коротких импульсов) С5-R4, срабатывающего по спаду напряжения на входе и вырабатывающего короткий импульс отрицательной полярности;
- буферного инвертирующего элемента DD1.4;
- токового ключа на полевом транзисторе VT2;
- стоковой нагрузки транзистора VT2, состоящей из 8 белых светодиодов (HL1 … HL8) и «индивидуальных» токоограничительных резисторов R5 … R12;
- конденсаторов фильтра С6, С7;
- тумблера SA3 «Вкл.» и внешнего ЗУ-БП питания.
Работа УЦРС
При замыкании тумблера SA3 «Вкл.» быстро заряжаются конденсаторы C6 и С7 фильтра постоянного тока и напряжение + 5 Вольт поступает в схему УЦРС.
Если тумблер SA1 «Режим» установлен в левое (по схеме) положение - «ЦМУ», то лог.0, задаваемый резистором R1, подаётся на вход разрешения генерации (вывод 1) DD1.1 и задающий генератор (DD1.1-С2-С3-С4-R3-RP1-VD1- VD2) заторможен. На выходе (выводе 3) DD1.1 установлена лог.1, которая поступает на затвор полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открыт, сопротивление канала сток - исток стремится к нулю и через стоковую нагрузку Rн протекает ток. Встроенное ЦМУ (Rн) работает.
Лог.1 с выхода (вывода 3) DD1.1 (через инвертор D1.2) поступает на вход (вывод 9 DD1.3) разрешения генерации и генератор DD1.3-С1-R2-RP2 заторможен. На выходе (выводе 10) DD1.3 установлена лог.1. Лог.1, задаваемая резистором R4, поступает на вход (выводы 12 и 13) инвертора DD1.4. С выхода (вывода 11) инвертора DD1.4 лог.0 поступает на затвор токового ключа VT2. Транзистор VT2 закрыт. Сопротивление канала сток - исток стремится к бесконечности, белые светодиоды (HL1 … HL8) стробоскопа обесточены и не работают.
Если тумблер SA1 «Режим» установлен в правое (по схеме) положение «II» - «ЦМУ - строб.», то лог.1 через замкнутые контакты SA1 подаётся на вход (вывод 1 DD1.1) разрешения генерации и задающий генератор (DD1.1-С2-С3-С4-R3-RP1-VD1- VD2) работает. На выходе (выводе 3) DD1.1 (в среднем положении RP1) присутствует низкочастотный меандр, который поступает на затвор токового ключа VT1.
Когда на выходе (выводе 3) DD1.1 присутствует лог.1, транзистор VT1 открыт (сопротивление канала сток - исток стремится к нулю) и включено внешнее ЦМУ.
Когда на выходе (выводе 3) DD1.1 присутствует лог.0, транзистор VT1 закрыт (сопротивление канала сток - исток стремится к бесконечности) и ЦМУ выключено. Зато на вход (вывод 9) DD1.3 разрешения генерации поступает лог.1 и генератор DD1.3-С1-R2-RP2 начинает работу. На выходе (выводе 10) DD1.3 появляется меандр прямоугольной формы. Частота выходных импульсов зависит от времязадающей цепи С1-R2, от положения ручки потенциометра RP1 и составляет от 0,5 до 16 Герц. Каждый спад на выходе (выводе 10) DD1.3 запускает ФКИ С5-R4 и на выходе ФКИ формируется короткий импульс отрицательной полярности. ФКИ С5-R4 является классической дифференцирующей цепью и выполняет функцию ограничения длительности выходных импульсов генератора DD1.3-С1-R2-RP2. Буферный инвертирующий элемент DD1.4 увеличивает крутизну фронта и спада выходных импульсов ФКИ. При номиналах цепи С5-R4 указанных в схеме, длительность выходных импульсов DD1.4 составляет 20 мС. Эти импульсы (в режиме «ЦМУ - строб.») поступают на затвор токового ключа VT2 и открывают его. Сопротивление канала сток - исток VT2 стремится к нулю и через стоковую нагрузку VT2, состоящую из белых светодиодов HL1 … HL8 и токоограничительных резисторов R5 … R12, начинает протекать импульсный ток. Таким способом формируются 20 - миллисекундные вспышки излучателя стробоскопа. Импульсный рабочий ток HL1 … HL8 зависит от сопротивлений резисторов R5 … R12 и составляет 160 мА. Вспышки повторяются периодически с частотой, установленной потенциометром RP2 «Частота». Ограничение длительности вспышек важно для получения более чётко выраженного стробоскопического эффекта.
После отработки очередной установленной выдержки, стробоскоп отключается и вновь включается ЦМУ, так как на выходе (выводе 3) DD1.1 устанавливается лог.1. ЦМУ и стробоскоп продолжают поочерёдную работу в автоматическом режиме пока тумблер SA1 «Режим» установлен в правое (по рисунку 1) положение.
Частоту генератора DD1.3-С1-R2-RP2 ориентировочно можно рассчитать по формуле:
F = 1 / (0,7 • RС),
где F - частота в Герцах; С - ёмкость конденсатора С1 в микрофарадах; R - суммарное сопротивление резистора R2 и потенциометра RP2 в мегомах.
Настройка УЦРС
Собранный без ошибок и из исправных деталей УЦРС работоспособен при первом включении питания. Для изменения длительности вспышек стробоскопа следует уточнить сопротивление резистора R4* (82 кОм … 620 кОм). Для этого отключают питание УЦРС, выпаивают резистор R4 (430 кОм). Вместо R4 в схему временно впаивают последовательно соединённые: постоянный (с номиналом на 30 … 50% меньшим) и подстроечный с номиналом порядка 560 кОм … 1 МОм. Включают питание, замыкают контакты тумблера SA1, тумблер SA2 «Время» устанавливают в нейтральное положение (минимальная выдержка), а RP1 в крайнее правое положение. После этого (через несколько секунд) начинает включаться стробоскоп. Осциллографом измеряют длительность импульсов на выходе (выводе 11) DD1.4. При значительном отклонении длительности импульсов от рекомендуемой величины 20 мс, вращают движок подстроечного резистора до получения требуемой длительности. Далее выключают питание УЦРС тумблером SA3 (или вынимают ЗУ-БП из розетки), выпаивают оба временно впаянных резистора и измеряют их суммарное сопротивление тестером в режиме RХ (измерения сопротивления). На место R4 впаивается резистор ближайшего большего (к измеренному) номинала. Изменить длительность импульсов стробоскопа также можно подбором ёмкости конденсатора С5.
Управление периодом следования РЗГ
Требуемый минимальный период следования импульсов РЗГ устанавливают переключением SA2 «Время» в нейтральное (по схеме – рисунку 01) положение. При этом во времязадающую цепь РЗГ входит только конденсатор С3 (100 мкФ) – минимальная ёмкость.
Требуемый «средний» период следования импульсов РЗГ устанавливают переключением SA2 «Время» в левое (по схеме – рисунку 01) положение. При этом во времязадающую цепь РЗГ входят два конденсатора: С3 (100 мкФ) и С2 (220 мкФ) – «общая» ёмкость (320 мкФ).
Требуемый максимальный период следования импульсов РЗГ устанавливают переключением SA2 «Время» в правое (по схеме – рисунку 01) положение. При этом во времязадающую цепь РЗГ входят два конденсатора: С3 (100 мкФ) и С4 (470 мкФ) – максимальная ёмкость (570 мкФ). Максимальный период следования импульсов ЗРГ (ЦМУ + стробоскоп) составляет несколько минут.
Такая нетрадиционная схема ступенчатого изменения периода следования импульсов (выдержки) необходима, чтобы при сохранении максимальной простоты схемы, можно было в широких пределах регулировать скважность.
При изготовлении авторского экземпляра УЦРС при введении движка RP1 из крайнего левого положения на 80% по часовой стрелке, были получены следующие парные результаты выдержек: для ЦМУ и стробоскопа (соответственно).
При установке ступенчатого регулятора выдержки (SA2) в нейтральное положение «Мин.» - 60 секунд и 4 секунды (для ЦМУ и стробоскопа соответственно).
При установке ступенчатого регулятора выдержки (SA2) в левое положение «Средн.» - 180 секунд и 15 секунд (для ЦМУ и стробоскопа соответственно).
При установке ступенчатого регулятора выдержки (SA2) в левое положение «Макс.» - 180 секунд и 15 секунд (для ЦМУ и стробоскопа соответственно).
Подстройка УЦРС (увеличение яркости стробоскопа)
Яркость свечения HL1 … HL8 в УЦРС выбрана одинаковой – 20 мА. Однако если есть желание изменить яркость стробоскопа (некоторые LED допускают максимальный ток до 30 мА), то до впайки всех восьми резисторов R5 … R8 в плату достаточно проверить рабочий ток для одного светодиода. Вроде бы само собой разумеющееся решение, но иногда «хорошая мысля приходит апосля» (когда резисторы «не тех» номиналов уже впаяны в плату). Транзистор VT2 одинаково стабильно работает как с одним, так и с 8 светодиодами. Более того, КП505А имеет максимальный ток стока 1,4 Ампера и при коэффициенте нагрузки по току = 0,7, может коммутировать ток 0,98 Ампера, то есть количество светодиодов может быть пропорционально увеличено. Максимальное количество светодиодов, включённых параллельно, может достигать 49 штук.
При суммарном рабочем токе светодиодов свыше 1 Ампера вместо VT2 КП505А желательно применить транзистор средней мощности BS170 и даже мощный типа IRF840 (с допустимым током стока до 8 Ампер).
Дополнительно для увеличения световой отдачи стробоскопа следует использовать зеркало или подобный зеркальный отражатель. На этом настройку УЦРС можно считать завершённой.
Детали УЦРС
В УЦРС применены резисторы типа С2-33, МЛТ с мощностью рассеивания 0,125 Ватта. Потенциометры RP1 и RP2 могут быть СП-0,4; СП4-1; СП3-9А или подобные. Конденсаторы С5, С6 керамические типа КМ, остальные - оксидные К50-35 или зарубежного производства: например, серии CFM фирмы «Maron» или серии ТК фирмы «Jamicon». Диоды VD1 и VD2 КД522Б можно заменить любыми кремниевыми импульсными маломощными (с прямым током более 30 мА). Транзисторы VT1 и VT2 можно заменить, например, КП505Г, КП501А (ток стока 180 мА) или мощным типа IRF540. Лучший выбор – транзистор с минимальным сопротивлением канала исток – сток в открытом состоянии. Это повысит светоотдачу стробоскопа. Микросхема DD1 К561ТЛ1 может быть заменена зарубежной CD4093А. Вместо белых суперъярких светодиодов HL1 … HL8 типа RL-5W-700 (белый, 5 мм., 18 кд, 2,4 … 3,4 Вольта, 20 мА) можно использовать более надёжные (и дорогие) ARL-3214UWC (белые, 3 мм., 20 кд., 20 мА) установив их рабочий ток 20 мА. Также светодиоды HL1 … HL8 – можно заменить группой суперъярких зелёных светодиодов, например, типа OSBG511A-VW (18 кд, 5 мм., 3 … 3,4 Вольта; 20 мА). Тумблеры SA1 и SA3 – типа МТ1, MTS102, SMTS102 или другие миниатюрные. Тумблер SA2 – на три положения MTS103, SMTS103