ЦМУ СДУ

ЦМУ цветодинамическая 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 перефирии 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. Скольким 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, делающие звуковой диапазон на части для дальнейшего отображения их при помощи осветительных устройств. Разумеется чем больше каналов, тем 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 рассмотрим принципиальную схему самого простого моргунчика, принцип которого основан на разделении звукового сигнала на две составляющие — ВЧ и НЧ. Подобные устройства могут быть использованы для различной подсветки кафе и баров эконмкласса — что то моргает  — и ладно… Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 1. В качестве 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. 

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 нагрузочная способность детекторов довольно низкая, поэтому рекомендуется использовать эмиттерные повторители. Питание фильтров лучше брать не менее 15 В, поскольку величина управляющего напряжения на детекторах целиком зависит именно от него и не может быть больше 1/2 напряжения питания минус 3 В на насыщение выходного каскада ОУ и падения на эмиттерном повторителе. Другими словами при питании 15 В управляющее напряжение на детекторах не будет выше 15 / 2 = 7,5 В, 7,5 В — 3 В = 4,5 В. Этого напряжения достаточно для устойчивого 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 конденсаторов фильтров питания на 25 В, то лучше напряжение немного приподнять и сделать его в пределах 18-20 В. Таким образом и используемые по питанию электролиты не будут работать в критических режимах и на выходе детекторов 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 рисунке 3.  

Как видно из рисунка 4 АЧХ данного фильтра уже перекрещивается по каналам, т.е. при воспроизведении частот в местах перекрещивания оба канала будут работать. При правильной настройке уровней это не очень заметно, но все равно не очень хорошо смотрится. Разумеется, что данные фильтры так же следет питать напряжением не менее 15 В и после детекторов 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.   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

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРАКТЫ ОБРАБОТКИ АУДИОСИГНАЛА. К дополнительным трактам обработки можно отнести фоновую подсветку — подсвету, которая включается при отсутствии аудиосигнала, а так же дополнительные устройства, 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 смысла — слишком примитивная у этого канала задача, поэтому можно ограничиться детектором общего музыкального сигнала и проинвертировать получившееся напряжение. В качестве примера показана доработка трехканального варианта фильтров с введенным формирователем фоновой подсветки на рисунке 9. 

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 фильтров. 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 частото формирующие 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 подстроечный 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. Синяя линия — входной сигнал, амплитуда 1 В, часта 1 кГц, красная — на выходе буф. усилителя на Х2, положение движка резистора Х1 90% от верхнего положения.   Рисунок 11 Синяя линия —

напряжение на верхнем выводе резистора Х4, красная линия — напряжение на верхнем выводе R18, зеленая — напряжение на нижнем выводе R20.  Как видно из рисунка 12 как только появляется звуковой сигнал напряжение на детекторе 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 озвученности дискотеки или кафе и начинаются поиски у продавцов аудио дисков, 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 конвертитрованы из МР3 — качество ну просто отвратительное). Кстати сказать, некоторые 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 соответствующего 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 практически ни какого значения не имеет…

Принцип работы данного компрессора основан на вольт-амперной характеристике 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 порогу открытия n-p перехода (напряжение падения на n-p переходе конкретного 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.  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: Как видно из таблицы при входном напряжении фильтра 1 мВ коф. усиления этой схемы составляет 45 дБ,  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 большую гирлянду из диодов и немного прикрыть глаза на небольшое не соответствие уровней, то можно использовать и стабилитроны, только немного изменить схему включения — не параллельно, а последовательно и катодами друг к другу — все равно эффект от использования такого компрессора будет значительно лучше чем без него. В этом случае корректная работа компрессора будет при амплитуде выходного напряжения равным напряжению стабилизации стабилитронов + падение напряжения 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 стабилилитронов 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 подающегося на него синусоидального напряжения, что приводило к возникновению довольно сильных помех посети, особенно когда открытие полупроводника происходило 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 использования 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 представляют дефицита, а вот отечественные промышленные купить довольно затруднительно, то рассмотрим импорт более детально. Для максимальной яркости осветительного устройства и использовании тиристоров потребуется довольно мощный сетевой диодный мост — при трехканальном варианте цветомузыки с мощностью 0,5 кВт на канал потребуется диодный мост 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 корректные ситуации — довольно часто при перегорании бытовые лампочки накаливания потребляют настолько 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). Маркировка тиристоров не дает столь исчерпывающей информации, поэтому лучше воспользоваться справочной информацией. Для примера некотрые параметры сведены в таблицу

На рисунке 15 приведены 3 варианта силовых ключей для вариантов цветомузыки без использования компрессоров(на принципиальных схемах показан и детектор).  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 окажутся 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, терпения, знаний на что то получше. Средняя схема (синяя) имеет гальваническую развязку с сетью и использует самые распространенные 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 тиристора, исключив транзистор 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 в момент 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 линией показано сетевое, выпремленное напряжение, прилагаемое к нагрузке с силовым тиристором, зеленой линией — сформированное на базе VT5 напряжение, красной — напряжение на базе VT4, а поскольку VT4 включен как эмиттерный 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 открытыми даже после снятия управляющего напряжения до тех пор пока через них протекает ток достаточной величины, 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 заключается в том, что для открытия симистора необходимо на управляющий электрод подавать напряжение разной полярности, в зависимости от приложенной 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.

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 величине синусоиды сетевого напряжения блокирует своим транзистором мультивибратор на VT2-VT3 (рис 17).

Частота импульсов, вырабатываемых мультивибратором зависит от номиналов R7 и С1, а так же напряжения питания. Поэтому при питании, используемом для всего устройства номиналы 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. К некоторым особенностям данного силового ключа относиться установка 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 прокладок, необходимо лишь сам радиатор изолировать от корпуса и на нем красным маркером написать 220 В, т.е. это технологическое упрощение сборки уже готового аппарата. 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. Например 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 в случае 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.

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 охлаждения. 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 силовой 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 компрессор с тройными диодами, либо стабилитронами.  Если изменить логику работы детектора, то можно ввести функцию 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 генератора. Длительность этих импульсов и будет определять величину действующего напряжения на лампах накаливания, т.е. величину 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 минимальный уровень поднакала таким образом, чтобы нити накаливания в лампах были уверенно красного цвета, а резистором R5 уже регулируют максимальный 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.

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 регулировать величину подаваемого элемента — они либо открыты, либо закрыты. Можно использовать регуляторы мощности, на подобии имеющихся в инете схем включающих тиристор с некоторой задержкой на промежутке роста синусоиды сетевого напряжения. Однако все попытки свести к минимуму 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 некоторое количество дискретных элементов, а можно воспользоваться и специально разработанными для ШИМ регуляторов микросхемами, тем самым серьезно уменьшив габариты платы и число используемых элементов. Кроме этого используя контроллер 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 будет подаваться по нарастающей, позволяя прогреться спиралям ламп накаливания. Кроме этого на каждом канале имеется защита от перегрузки позволяющая существенно продлить срок службы силовых ключей.

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 соответственно 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 импульсы. Поэтому частоту работы TL094 можно выбрать в пределах 1000…3000 Гц. Номиналы частотозадающих элементов С10 — R25 можно выбрать

из графика 1.  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 величины 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 доступным примером работы спектр-анализатора является индикатор всем известного аудио проигрывателя 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, поскольку 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 гальванической развязки используются оптроны светодиод-фототранзистор и при таком варианте разделить каждый канал на подканалы используя специализированные микросхемы для индикаторов уровня не представляет труда. Вместо светодиода индикатора подключается светодиод оптрона и это ВСЕ что необходимо сделать. Использование микросхем для индикаторов так же довольно сильно упрощает схему обработки аудио сигнала: — 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, поскольку 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 логарифмическую логику отображения.

На DA1 собран фильтр, которых может быть 3-4, на DD1 собран генератор для поднакала ламп осветителей, на DD2 — формирователь длительности импульса поднакала, причем регулируемый до уровня декоративного 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 регуляторами уровней каналов) и светодиоды оптронов управления. Выходные ключи микросхемы построены по схеме стабилизаторов тока, что позволяет обходится без токо ограничивающих резисторов для светодиодов и использовать их последовательное включение. Единственно, что следует учитывать, что ток светодиодов индикации должен быть больше тока светодиодов оптрона. Чтобы не ошибиться лучше выбирать светодиоды повышенной яркости. Транзистор оптрона совместно с транзистором подключенным к его коллектору 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 принципиальным. 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 индуктивности L1-L5 можно выполнить на кольце НМ2000 диаметром 20…30 мм и любой толщины проводом с расчетной напряженностью 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 двукратный 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 зависимо от их изначальной толщины, поскольку данные силовые ключи дают помеху по сети в области ВЧ. Количество витков должно быть не менее 20, диаметр рассчитывается исходя из напряженности 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 сечению, 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 напитывать 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 ампер делить на 5 А/мм кв и равно 0,2 мм кв, т.е. диаметр провода равен 0,5…0,6 мм.