Стробоскопическая СДУ
Отличительная особенность описываемой светодинамической установки - применение вместо обычных ламп накаливания специальных импульсных. Это позволяет устранить основной недостаток таких устройств - высокую инерционность. С ее помощью можно получить отличное световое сопровождение музыкальных произведений, а также решить проблему с оформлением дискотек, концертных залов, жилой комнаты.
На страницах "Радио" в разное время были описаны светодинамические установки (СДУ) различной степени сложности (например, [1, 2]). Во всех этих устройствах использованы лампы накаливания, коммутируемые тиристорами или мощными транзисторами. Однако лампам накаливания присущи существенные недостатки: инерционность и ограниченный срок службы, от которых свободна предлагаемая стробоскопическая СДУ. Она состоит из блока питания и трех активных полосовых фильтров, к их выходам подключены три идентичных блока управления импульсными лампами А1-АЗ (рис. 1).
Блок питания - однополупериодный выпрямитель VD6, VD7, подключенный к сети через балластный конденсатор С12. Выпрямитель нагружен на стабилитроны VD4, VD5 и конденсаторы фильтра С10, СП, формирующие двуполярное напряжение для питания операционных усилителей DA1, DA2. Применение источника с балластным конденсатором позволило значительно уменьшить габариты СДУ. Однако при этом все элементы конструкции имеют гальваническую связь с сетью, что необходимо помнить при налаживании и эксплуатации. По этой же причине переменные резисторы должны быть снабжены диэлектрическими ручками.
Входной сигнал с линейного выхода магнитофона, радиоприемника или CD-проигрывателя поступает на первичную обмотку трансформатора Т1, предназначенного для гальванической развязки источника сигнала от элементов СДУ. Если входной сигнал мал (меньше 0,3 В), трансформатор должен быть повышающим и обеспечивать амплитуду напряжения на вторичной обмотке около 0,5 В, Далее сигнал поступает на входы активных полосовых фильтров через переменные резисторы, которыми устанавливают оптимальный уровень.
Фильтры выполнены на сдвоенных ОУ DA1, DA2 и заимствованы из [1]. Методика их расчета неоднократно публиковалась на страницах журнала, поэтому здесь не приведена. В СДУ применены фильтры с параметрами: коэффициент усиления на резонансной частоте - 40 дБ; добротность - 10; резонансные частоты - 680 Гц (верхнего по схеме), 3000 Гц (среднего) и 9800 Гц (нижнего). Вообще количество фильтров может быть любым и ограничено лишь мощностью блока питания. Для желающих перестроить резонансные частоты приведем следующие рекомендации. Настраивая фильтр на другую резонансную частоту, необходимо изменить емкость конденсаторов С1, С2 (С4, С5 или С7, С8). Для того, чтобы при этом остались прежними коэффициент усиления на резонансной частоте и добротность фильтра, следует выдерживать соотношение: С2=10С1 (аналогично С4=10С5, С7=10С8). Тогда, зная требуемую резонансную частоту fo, можно определить значение емкости одного из конденсаторов фильтра. Так, для верхнего по схеме фильтра
С1 =[( 1 /R2 + 1 /R3)/( 10R4)] ^/(6,28fo),
где емкость конденсатора С1 - в фарадах, частота fo - в герцах, сопротивление резисторов - в омах. Аналогично рассчитывают емкость конденсаторов других фильтров.
Нагрузка фильтров - транзисторы VT1-VT3, включенные с общим эмиттером. При малом уровне входного сигнала или в случае, если его частота не попадает в полосу пропускания фильтра, амплитуда отфильтрованного сигнала недостаточна для открывания соответствующего транзистора. Напряжение на его коллекторе - около -8В. Если же на входе фильтра сигнал достаточного уровня и его частота попадает в полосу пропускания фильтра, транзистор открывается амплитудой отрицательной полуволны отфильтрованного сигнала и на его коллекторе наблюдаются импульсы положительной полярности. В цепях базы транзисторов VT1-VT3 последовательно включены вычитающие стабилитроны VD1-VD3, которые увеличивают зону нечувствительности. Импульсы с транзисторов поступают на блоки А1-АЗ.
Рассмотрим работу блока А1. Блоки А2 и A3 работают аналогично. Когда импульсы отсутствуют, происходит зарядка накопительного конденсатора 1С1 до напряжения около 300 В через резисторы 1R1, 1R2 и диод 1VD1. Так как тринистор 1VS1 закрыт, конденсатор 1С2 заряжается через резистор 1R5. Импульсом положительной полярности, поступающим с коллектора транзистора VT1, открывается тринистор, разряжая конденсатор 1С2 на первичную обмотку трансформатора 1Т1. На его вторичной обмотке возникает импульс высокого напряжения, который "поджигает" импульсную лампу VL1. После вспышки лампы процесс зарядки конденсаторов 1С1, 1С2 повторяется. Диоды 1VD2, 1VD3 защищают тринистор от обратного напряжения.
Отметим, что на коллекторах транзисторов могут формироваться как отдельные импульсы, так и пачки импульсов. В последнем случае импульсная лампа включится лишь первым импульсом в пачке, имеющим амплитуду, достаточную для открывания тринистора. Так как для зарядки накопительных конденсаторов 1С1, 1С2 требуется определенное время, последующие импульсы в пачке не вызовут вспышку импульсной лампы. СДУ смонтирована на четырех отдельных платах: на трех платах собраны блоки А1-АЗ, на четвертой - остальные элементы. Такое разделение на отдельные платы оказалось довольно удобным по следующим причинам. Для получения максимального эффекта от светового сопровождения импульсные лампы необходимо разнести в пространстве, например, расположив по углам комнаты. Однако использовать длинные провода для подключения импульсных ламп (один из которых - высоковольтный) нецелесообразно и опасно. Намного удобнее разнести сами блоки А1 -A3. К тому же при их расположении на отдельных платах очень просто получить как отдельные, так и связанные между собой стробоскопы. Для этого надо подключить блоки А1-АЗ к простому цифровому устройству, формирующему определенную последовательность управляющих импульсов.
Вместо микросхемы К157УД2 можно использовать ОУ серий К140, К153, К544, К553. Особое внимание обратите на корректирующие цепи. Транзисторы - любые из серий КТ361, КТ3107, КТ502; диоды VD6, VD7, 1VD2-3VD2, 1VD3-3VD3 - серий КД209, КД105 с буквенными индексами Б-Г; стабилитроны VD4, VD5 - Д814А-Д814Г, VD1-VD3 -КС133А-КС147А; тринисторы - КУ202М, КУ202Н. Резисторы - МЛТ, переменные - СПЗ, СПО или аналогичные. Конденсаторы С12, 1С2-ЗС2 - К73-17 на напряжение не менее 400 В; С10, С11 -К50-35, К50-16; 1С1-ЗС1 - К50-27 или другие на напряжение более 350 В; остальные - любые керамические. Трансформатор Т1 - ТОТ-64 или другой малогабаритный.
Трансформаторы 1Т1-ЗТ1 намотаны на деревянных каркасах с диаметром стержня 10 мм, диаметром щек 20 мм и расстоянием между щеками 10 мм. Магнитопровод не используют. Первой наматывают вторичную обмотку проводом ПЭВ-2 0,1. Наиболее быстро и просто изготовить трансформатор можно с помощью электродрели. Специально подсчитывать число витков вторичной обмотки нет необходимости: ее наматывают почти до полного заполнения каркаса. Обмотку следует два-три раза пропитать расплавленным парафином для предотвращения высоковольтных пробоев между витками. После слоя изоляции наматывают первичную обмотку, содержащую 10...20 витков провода ПЭЛ или ПЭВ-2 диаметром 0,3...0,6 мм.
Необходимо обратить внимание на тип проводов для подключения импульсных ламп. Провода, идущие от вторичной обмотки трансформаторов 1Т1-3Т1, должны иметь хорошую изоляцию. Также следует избегать его скрутки с другими проводами. Общая длина проводов не должна превышать одного метра.
В заключение некоторые рекомендации по налаживанию СДУ. Вначале необходимо установить движки переменных резисторов в нижнее по схеме положение. Затем, подав входной сигнал, медленно вращать движок резистора R1. В момент включения лампы VL1 следует зафиксировать положение движка переменного резистора. Аналогично настраивают другие каналы. Надо отметить одну особенность СДУ. При значительном повышении уровня входного сигнала, а также в случае установки завышенного уровня сигнала на входе хотя бы одного фильтра вспышки импульсных ламп будут отсутствовать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Егоров К. Пятиканальная СДУ - Радио, 1994, N 4, с. 36-38.
2. Низовцев А. Трехканальная светодинамическая установка. - Радио, 1997, N 6, с. 31,32.
От редакции. Для уменьшения броска тока при включении устройства в сеть последовательно с конденсатором С12 целесообразно включить резистор сопротивлением 36...47 Ом. Изоляция обмоток трансформатора Т1 должна быть рассчитана на напряжение не менее 300 В. Лучше его намотать самостоятельно, а обмотки надежно заизолировать. Общий провод устройства не должен соединяться с корпусом.
А. ТАРАЗОВ, г. Санкт-Петербург