Журнал Радио 11 номер 2002 год. РАДИО - НАЧИНАЮЩИМ

Журнал Радио 11 номер 2002 год. "РАДИО" - НАЧИНАЮЩИМ ДЛЯ НОВОГОДНЕЙ ЕЛКИ И. ПОТАЧИН, г. Фокино Брянской обл.   Следуя ежегодной традиции публиковать в ноябрьском номере журнала описания новогодних конструкций, предлагается рассказ о самоделках, разработанных постоянным автором журнала Игорем Федоровичем Потаниным.

Музыкальные гирлянды

Среди разнообразия елочных гирлянд, имеющихся в продаже, встречаются такие, в которых мерцание ламп сопровождается различными мелодиями. Подобная конструкция была описана в статье "Поющая" новогодняя елка" в "Радио", 2001, ╧ 10, с. 25, 26. Правда, основу ее составлял микроконтроллер, который необходимо программировать в соответствии с приведенной в статье таблицей.

Более простой вариант изготовления аналогичной гирлянды ≈ использовать музыкальный синтезатор серии УМС. Схема устройства, позволяющего управлять четырьмя группами гирлянд по пять светодиодов в каждой, приведена на рис. 1. Основа автомата ≈ узел непрерывного воспроизведения мелодий на триггере Шмитта, выполненном на транзисторах VT1, VT2, и микросхеме УМС (DD1).


Увеличить

Счетчик DD2 совместно с микросхемой DD3 и ключами на транзисторах VT4 ≈ VT7 управляет переключением гирлянд на светодиодах HL1 ≈ HL20. Микросхема DD1, кроме функции музыкального синтезатора, служит еще задающим генератором для работы гирлянд. Скорость переключения гирлянд зависит от частоты сигнала 3Ч, поступающего с этой микросхемы на последующие каскады. Диоды VD2≈VD4 совместно с резистором R10 образуют параметрический стабилизатор на напряжение около 2 В для питания микросхемы DD1.

Знакомство с работой автомата начнем с узла непрерывного воспроизведения мелодий, изучая одновременно диаграммы (рис. 2) в различных его точках. При включении напряжения питания счетчик DD2 будет находиться в произвольном состоянии, поэтому светодиоды разных групп могут зажечься также произвольно. На выходе 14 микросхемы DD1 установится высокий логический уровень (момент на диаграмме 1) по отношению к плюсу ее питания. Конденсатор С1 начнет заряжаться через резисторы R1 и R8 (диаграмма 2) в течение времени от t0 до t3 (около 2 с).

Когда напряжение на нем достигнет порога переключения триггера Шмитта Unв (t3), триггер перейдет в другое устойчивое состояние, напряжение на коллекторе транзистора VT2 скачкообразно возрастет до 2 В (диаграмма 3). Этот уровень поступит на вывод 13 микросхемы DD1 и включит воспроизведение мелодии. На выводе 14 микросхемы появятся импульсы 3Ч, которые через диод VD1 и резистор разрядят конденсатор С1 до нижнего порогового напряжения триггера Шмитта ≈ Unн. Но в течение времени, пока на выходе триггера высокий уровень, начнет заряжаться через резистор R7 конденсатор С2 (диаграмма 4).

Как только напряжение на этом конденсаторе достигнет порога включения выбора мелодии (вывод 6 DD1) Uв в момент времени tв, микросхема DD1 переключится на воспроизведение следующей мелодии. Промежуток времени между тз и tв сравнительно короткий (0,1...0,3с), поэтому первая, начальная, мелодия практически не проигрывается, а воспроизведение начинается, по сути дела, со следующей.

Пока звучит мелодия, конденсатор С1 почти разряжен. Этот период занимает промежуток времени между tв и t0. В момент t0 (диаграмма 1) воспроизведение мелодии заканчивается, на выводе 14 микросхемы DD1 вновь появляется высокий уровень. Конденсатор С1 снова начинает заряжаться до напряжения Unв. Затем произойдет очередное включение микросхемы DD1 на воспроизведение мелодии.

В итоге пьезоизлучатель BF1 будет последовательно воспроизводить все мелодии, записанные в ПЗУ микросхемы. Громкость звука регулируют переменным резистором R9.

Сигнал 3Ч с вывода 1 микросхемы DD1 поступает через преобразователь уровня на транзисторе VT3 на счетный вход двоичного счетчика DD2 (вывод 10). Счетчик производит подсчет импульсов, и на его выходах формируется двоичный код. Можно, конечно, подключить к выходам ключи управления гирляндами, но для получения большего разнообразия вариантов включения гирлянд применен своеобразный дешифратор на логических элементах 2ИЛИ-НЕ (микросхема DD3). Каждый элемент своими входами подключен к двум разным выходам счетчика. Причем выбрать варианты подключения допустимо самостоятельно. Следует лишь иметь в виду, что чем младше выход счетчика, тем выше частота мигания гирлянды, и наоборот.

К выходу каждого логического элемента подключен транзисторный ключ. К примеру, с верхним по схеме элементом соединен ключ на транзисторе VT4, который управляет зажиганием гирлянды из пяти светодиодов ≈ HL1≈ HL5. Остальные ключи (на транзисторах VT5 ≈ VT7) управляют другими группами светодиодов. Причем ключи открываются, а значит, зажигаются светодиоды, низким уровнем на выходах элементов.

При данном напряжении питания количество светодиодов в каждой гирлянде можно довести до шести. Но возможен вариант, при котором в каждой гирлянде допустимо установить 15 светодиодов (рис. 3). Токи в цепях гирлянд выравнивают подбором соответствующих ограничительных резисторов.

Кроме указанного на схеме, подойдет музыкальный синтезатор УМС8-08. Остальные микросхемы ≈ указанных типов серий К176, К564, КР1561 или импортные аналоги. Транзисторы VT1 ≈ VT3 ≈ любые из серий КТ315, КТ3102, VT4≈ VT7 ≈ любые из серий КТ361, КТ3107. Диоды ≈ любые из серий КД503, КД521, КД522. Пьезоизлучатель ≈ любой другой, кроме указанного на схеме, например, ЗП-1, ЗП-2, ЗП-22. Светодиоды ≈ любые отечественные или импортные разных цветов свечения. Для питания автомата подойдет блок или адаптер со стабилизированным выходным напряжением 12...15 В при токе нагрузки 100...300 мА.

Налаживание устройства заключается в подборе резистора R1 такого сопротивления, чтобы пауза между мелодиями была около 2 с. Если пауза окажется меньшей, возможно повторное включение микросхемы без выбора мелодии. Возможно, для более четкой работы узла выбора мелодии придется подобрать резистор R7.

В предложенном варианте автомата группы гирлянд переключаются псевдохаотически со скоростью, зависящей от частоты сигнала 3Ч. Немного модернизировав устройство, можно получить эффект "бегущая тень" с изменяемой, также в зависимости от частоты сигнала 3Ч, скоростью переключения. Для этого следует вместо микросхемы К561ЛЕ5 установить К561ИЕ8 (рис. 4) и подключить ее вход (вывод 14) к любому выходу счетчика DD2. Опять же, чем младше разряд, тем выше частота переключений.

Елочные гирлянды с мигающими светодиодами

При наличии мигающих светодиодов можно собрать гирлянды из обычных светодиодов и малогабаритных ламп накаливания, которые будут вспыхивать хаотически.

Первое устройство (рис. 5) состоит из десяти групп, в каждой из которых гирлянда выполнена из последовательно включенных мигающего светодиода (EL1, EL11, EL21 и т. д.) и обычных. Поэтому при подключении гирлянд к источнику питания светодиоды начнут вспыхивать и гаснуть одновременно со своим мигающим светодиодом. Происходит это потому, что при включении, например, светодиода EL1 через него и остальные светодиоды группы потечет ток около 10 мА ≈ он определяется напряжением питания, количеством светодиодов в группе и сопротивлением резистора R1. Все светодиоды группы будут гореть.

Когда мигающий светодиод выключится, остальные светодиоды погаснут. И такое будет происходить в каждой группе.

При изготовлении этой гирлянды мигающие светодиоды лучше применить различного цвета свечения и различного типа, чтобы частота мигания каждой группы в гирлянде была различной. Тогда создастся эффект псевдохаотичности. Количество обычных светодиодов должно быть определенным ≈ в зависимости от их типа и напряжения питания. Скажем, при напряжении 12 В количество светодиодов может быть от 9 до 12. Чтобы более точно определить максимально допустимое количество светодиодов, следует измерить рабочее напряжение каждого примененного светодиода. А для этого придется собрать своеобразный пробник (рис. 6). Подключив к нему светодиод EL1, устанавливают переменным резистором R1 в цепи ток равным 10 мА и измеряют падение напряжения на светодиоде.

Измерив таким образом напряжение свечения светодиодов всех применяемых серий и цветов (по одному из каждой серии), можно определить количество светодиодов в каждой группе. Суммарное напряжение светодиодов должно составить примерно на 5 В (напряжение мигающего светодиода) меньше напряжения питания. Окончательно ток через светодиоды каждой группы устанавливают в пределах 9...12мА подбором соответствующего ограничительного резистора (R1 ≈ R10). Следует учесть, что разница между напряжением питания и падением напряжения на всех обычных светодиодах группы не должна превышать максимально допустимого напряжения мигающего светодиода (обычно 9...12 В).

В качестве мигающих светодиодов можно использовать V621≈V623, L-36BHD, L-56, L-616, L-796, L-819 и др. Остальные светодиоды≈любые отечественные или импортные различного цвета свечения, но желательно наиболее яркие.

В следующей конструкции (рис. 7) также используются свойства мигающих светодиодов, но они управляют группами гирлянд, составленных из малогабаритных ламп накаливания. Для примера показано пять групп, хотя их может быть и больше и меньше.

Рассмотрим принцип действия одной из групп, скажем, верхней по схеме. При работе мигающего светодиода HL1 на его аноде формируются прямоугольные импульсы. Через резистор R2 и подстроечный R3 они поступают на базу мощного составного транзистора VT1. Когда светодиод вспыхивает, транзистор открывается, последовательно соединенные лампы EL1 ≈ EL10 зажигаются. При гашении светодиода транзистор закрывается, лампы гаснут Аналогично работают остальные группы.

Как и в предыдущей конструкции, светодиоды могут быть разных цветов из указанных типов. Блок питания ≈ любой, рассчитанный на указанное напряжение и суммарный ток через цепочки ламп. При указанном напряжении питания допустимо в каждой цепочке использовать лампы на напряжение 2.5 В и ток 0,15 ≈ 0,25 А. Светодиоды можно разместить на лицевой панели корпуса для наглядной демонстрации работы переключателя. Транзисторы ≈ любые из указанной на схеме серии.

Налаживание автомата сводится к установке четких порогов открывания и закрывания транзисторов соответствующими подстроечными резисторами.

Усовершенствованный индикатор наступающего года

В статье И. Нечаева "Индикатор наступающего года" в "Радио", 2001, ╧ 11, с. 54, 55 было описано устройство, в котором для отображения наступающего года использованы светодиодные индикаторы. В описании были предложены два варианта индикатора≈с постоянным свечением цифр и с периодической сменой цифр в младшем разряде. Предлагаю еще один вариант такого индикатора (рис. 8), несколько усложненный, но зато обеспечивающий поразрядное зажигание цифр индикации наступающего года, а затем их плавное гашение.


Увеличить

На трех логических элементах микросхемы DD1 выполнен задающий генератор прямоугольных импульсов, частота следования которых зависит от сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С1. С вывода 10 элемента DD1,3 импульсы поступают на счетный вход (вывод 14) счетчика DD2, работающего в режиме дешифратора. Выходы счетчика соединены с S-входа-ми RS-триггеров микросхемы DD3, а через диоды VD2 ≈ VD5 ≈ с эмиттерным повторителем на транзисторе VT5.

Выходы триггеров микросхемы DD3 подключены к эмиттерным повторителям на транзисторах VT1 ≈ VT4, нагруженным на аноды светодиодных индикаторов HG1 и HG2.

Работает устройство так. Импульсы частотой 1...1,5Гцсзадающего генератора поступают на счетчик DD2, на выходах 0 ≈ 9 которого появляются последовательно высокие логические уровни. Такие уровни, появляющиеся на выводах 3, 2, 4, 7, переводят RS-триггеры микросхемы DD3 в состояние высокого логического уровня на выходах. В свою очередь, эти сигналы разрешают работу эмиттерных повторителей на транзисторах VT1 ≈ VT4. А поскольку катоды всех элементов индикаторов соединены через резисторы R8 ≈ R29 с эмиттерным повторителем на транзисторе VT5, который в этот период открыт низким уровнем через диод VD5 и резистор R2, произойдет последовательное зажигание цифр на индикаторах, начиная со старшего разряда (верхний элемент HG1).

Следующие два импульса с задающего генератора не изменят состояния устройства ≈ светодиодные индикаторы продолжат высвечивать цифры наступающего года.

Последующие три импульса с генератора приведут к появлению высокого уровня на верхнем по схеме выводе резистора R2, поскольку диоды VD2 ≈ VD4 выполняют функцию логического элемента 3 ИЛИ. Диод VD5 окажется закрытым, начнется разрядка конденсатора С4 через резистор R3. Напряжение на базе транзистора VT5 относительно общего провода будет постепенно повышаться. Транзистор начнет закрываться, а индикаторы ≈ плавно гаснуть в течение 2...3 с.

Следующий импульс с задающего генератора приведет к появлению высокого уровня на выводе 11 счетчика, в результате чего все RS-триггеры микросхемы DD3 перейдут в нулевое состояние на выходах, а низкий уровень на резисторе R2 быстро зарядит конденсатор С4 через диод VD5. Устройство подготовится к очередному этапу работы.

Весь цикл состоит из 10 импульсов генератора: 4 импульса ≈ последовательное зажигание индикаторов (разрядов); 2 импульса ≈ все индикаторы горят; 3 импульса ≈ плавное угасание индикаторов; 1 импульс ≈ сброс.

Питать устройство можно от любого источника постоянного тока напряжением 9...15 В и допустимым током нагрузки до 200 мА. Диод VD1 служит защитой от неправильного подключения источника питания.

В устройстве допустимо использовать микросхемы серий К564, КР1561, причем на месте DD1 подойдут микросхемы с индексами ЛА7, ЛЕ5, ЛЕЮ, ЛН2 в соответствующем включении. Транзисторы VT1 ≈ VT4 ≈ любые из серий КТ3102, КТ315. На месте VT5, если отсутствует указанный на схеме, можно установить составной транзистор, выполненный по схеме, приведенной на рис. 9. Диоды VD2≈VD5 ≈ любые из серий КД521, КД522. Кроме индикаторов КИПЦ22А, допустимо установить КИПЦ13Б либо КЛЦ201А, КЛЦ201Б, КЛЦ202А, КЛЦ302А, имеющие другую цоколевку.

Детали устройства размещают в корпусе игрушки подходящих габаритов, а игрушку вешают на ветки елки. На корпусе желательно укрепить разъем для подключения блока питания.

Налаживание конструкции заключается в установке желаемой частоты переключения генератора подбором резистора R1, а также скорости гашения индикаторов подбором резистора R3.

Немного упростив конструкцию, удастся изменить логику ее работы. Для этого нужно удалить транзистор VT5, диоды VD2 ≈ VD5, резисторы R2 и R3, конденсатор С4, а правые по схеме выводы резисторов R8 ≈ R29 соединить с общим проводом. Освободившиеся у счетчика выводы 5, 6, 9 теперь должны быть подключены к его выводу 11. В результате изменений цикл работы устройства будет такой: 4 импульса генератора ≈ последовательное зажигание разрядов индикаторов, начиная со старшего, 2 импульса генератора ≈ все индикаторы горят, 4 импульса ≈ последовательное гашение разрядов индикаторов, также начиная со старшего.

Кстати, для некоторых экземпляров светодиодных индикаторов балластные резисторы R8 ≈ R29 можно исключить, а вместо них включить резисторы сопротивлением 270...300 Ом в змиттерные цепи транзисторов VT1 ≈ VT4. Но если яркость свечения отдельных элементов индикаторов будет значительно отличаться, балластные резисторы придется установить.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 11 номер 2002 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.