Цветомузыка на lm3915 своими руками

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 08.09.2024

Чтобы собрать цветомузыку на светодиодах своими руками необходимо обладать базовыми знаниями электроники, уметь читать схемы и работать с паяльником. В статье мы рассмотрим, как работает цветомузыка на светодиодах, основные рабочие схемы, на основе которых можно собрать самостоятельно готовые устройства, а в конце пошагово соберем готовое устройство на примере.

По какому принципу работает цветомузыка

В основе цветомузыкальных установок, используется способ частотного преобразования музыки и его передачи, посредством отдельных каналов, для управления источниками света. В результате получается, что в зависимости от основных музыкальных параметров, работа цветовой системы будет ей соответствовать. На этом прицепе основана схема, по которой собирается цветомузыка на светодиодах своими руками.

Как правило, для создания цветовых эффектов используется не менее трёх различных цветов. Это может быть синий, зелёный и красный. Смешиваясь в различных комбинациях, с разной продолжительностью, они способны создать поразительную атмосферу веселья.

Разделять сигнал на низкие, средние и высокие чистоты, способны LC и RC-фильтры, именно они устанавливаются и настраиваются в цветомузыкальную систему с применением светодиодов.

Настройки фильтров устанавливаются на следующие параметры:

до 300 Гц на низкочастотный фильтр, как правило, его цвет красный;
250-2500 Гц для средних, цвет зелёный;
все что выше 2000 Гц преобразует высокочастотный фильтр, как правило, от него зависит работа синего светодиода.

Деление на частоты, проводится с небольшим перекрытием, это необходимо, для получения различных цветовых оттенков, при работе прибора.

Выбор цвета, в данной схеме цветомузыки не принципиален, и при желании можно использовать светодиоды разных цветов на своё усмотрение, менять местами и экспериментировать, запретить не может никто. Различные частотные колебания в сочетании с применением нестандартного цветового решения, могут существенно повлиять на качество результата.

Для регулировки доступны и такие параметры схемы, как количество каналов и их частота, из чего можно сделать вывод, что цветомузыка может использовать большое количество светодиодов разных цветов, и возможна индивидуальная регулировка каждого из них по частоте и ширине канала.

Что необходимо, для изготовления цветомузыки

Резисторы для цветомузыкальной установки, собственного производства, могут использоваться только постоянные, с мощностью 0.25-0.125. Подходящие резисторы, можно увидеть на рисунке ниже. Полоски на корпусе показывают величину сопротивления.

Также в схеме применяются R3 резисторы, и подстроечные R — 10, 14, 7 и R 18 вне зависимости от типа. Главное требование, возможность установки на плату, применяемую при сборке. Первый вариант светодиодной цветомузыки, собирался с применением резистора переменного типа с обозначением СПЗ-4ВМ и импортными — подстроечными.

Что касается конденсаторов, то использовать нужно детали с рабочим напряжением на 16 вольт, не менее. Тип, может быть любой. При затруднениях в поиске конденсатора С7, можно соединить параллельно, два меньших по ёмкости, для получения требуемых параметров.

Применяемые в схеме светодиодной цветомузыки конденсаторы С1, С6 должны быть способны работать на 10 вольтах, соответственно С9–16В, С8–25В. Если вместо старых советских конденсаторов, планируется использовать новые, импортные то стоит помнить, что они имеют различие в обозначении, нужно заранее определить полярность конденсаторов, которые будут устанавливаться, иначе можно перепутать и испортить схему.

Ещё для изготовления цветомузыки потребуется диодный мост, с напряжением 50В и рабочим током, около 200 миллиампер. В случае, когда нет возможности установить готовый диодный мост, можно сделать его из нескольких выпрямительных диодов, для удобства их можно убрать с платы и смонтировать отдельно с применением платы меньшего размера.

Параметры диодов, выбираются аналогично применяемых в заводском исполнение моста, диодов.

Светодиоды, должны быть красного, синего и зёленого цвета свечения. Для одного канала их понадобится шесть штук.

Что касается транзисторов, то подойдут VT1 и VT2, индекс обозначения не важен.

Ещё один необходимый элемент, стабилизатор напряжения. Используется пятивольтовый стабилизатор, импортного производства, с артикулом 7805. Также можно применять 7809 (девятивольтовый), но тогда из схемы нужно исключить резистор R22, а вместо него ставится перемычка, соединяющая минусовую шину и средний вывод.

И последнее, что необходимо иметь для сборки, это трансформатор с подходящими параметрами напряжения.

Общая схема для проведения сборки цветомузыки, в которой используются описанные детали на фото ниже.

Несколько рабочих схем

Ниже будет предложено несколько рабочих схем цветомузыки на светодиодах.

Вариант №1

Для данной схемы можно использовать светодиоды любого типа. Главное, чтобы они были сверхяркими и разными по свечению. Схема работает по следующему принципу, сигнал с источника передаётся на вход, где сигналы каналов суммируются и далее направляются на переменное сопротивление.(R6,R7,R8) При помощи этого сопротивления уровень сигнала для каждого канала регулируется, после чего поступает на фильтры. Различие фильтров, в ёмкости конденсаторов, используемых для их сборки. Их смысл, как и в других устройствах, преобразовывать и очищать звуковой диапазон в определённых границах. Это верхние, средние и низкие частоты. Для регулировки в схеме цветомузыки установлены резисторы подстройки. Пройдя всё это, сигнал поступает на микросхему, которая позволяет устанавливать различные светодиоды.

Вариант №2

Второй вариант цветомузыки на светодиодах отличается своей простотой и подойдёт для начинающих любителей. В схеме участвует усилитель и три канала для обработки частоты. Установлен трансформатор, без которого можно обойтись, если сигнала на входе достаточно для открытия светодиодов. Как и в аналогичных схемах, применяются регулировочные резисторы, обозначенные как R4 – 6. Транзисторы можно использовать любые, главное, чтобы передавали более 50% тока. По сути, больше ничего не требуется. Схему при желании можно улучшить, для получения более мощной цветомузыкальной установки.

Пошаговая сборка наипростейшей модели цветомузыки

Для сборки простой цветомузыки на светодиодах потребуются следующие материалы:

светодиоды размером пять миллиметров;
провод от старых наушников;
оригинал либо аналог транзистора КТ817;
блок питания на 12 вольт;
несколько проводов;
кусок оргстекла;
клеевой пистолет.

Первое с чего нужно начать, это изготовить, корпус будущей цветомузыки из оргстекла. Для этого оно разрезается по размерам и склеивается, клеевым пистолетом. Короб лучше сделать прямоугольной формы. Размеры можно корректировать под себя.

Для расчёта количества светодиодов, разделим напряжение адаптера (12В), на рабочее светодиодов (3В). Получается нам необходимо в короб, установить 4 светодиода.

Кабель от наушников зачищаем, в нём три провода, мы будем использовать один левого или правого канала, и один общего.

Один провод нам не понадобится и его можно изолировать.

Схема простой цветомузыки на светодиодах выглядит следующим образом:

Перед сборкой, кабель прокладываем внутрь короба.

светодиоды имеют полярность, соответственно при подключении, её необходимо учитывать.

В процессе сборки, нужно постараться не нагревать транзистор, т. к. это может привести к его поломке, и учитывайте маркировку на ножках. Эмиттер обозначается как (Э), база и коллектор соответственно (Б) и (К). После сборки и проверки можно установить верхнюю крышку.

Готовый вариант цветомузыки на светодиодах

В заключении хочется сказать, что собрать цветомузыку на светодиодах не так сложно, как может показаться на первых порах. Конечно, если Вам нужно устройство с красивым дизайном, то тут уже придется потратить много времени и сил. А вот для изготовления простой цветомузыки в ознакомительных или развлекательных целях достаточно собрать одну из представленных схем в статье.

1. Принцип действия цветомузыкальных приставок.

Работа цветомузыкальных приставок (ЦМП, ЦМУ или СДУ) основана на частотном разделении спектра звукового сигнала с последующей передачей его по отдельным каналам низких, средних и высоких частот, где каждый из каналов управляет своим источником света, яркость которого определяется колебаниями звукового сигнала. Конечным результатом работы приставки является получение цветовой гаммы, соответствующей воспроизводимому музыкальному произведению.

Для получения полной гаммы цветов и максимального количества цветовых оттенков в цветомузыкальных приставках используются, как минимум, три цвета:

Разделение частотного спектра звукового сигнала происходит с помощью LC- и RC-фильтров, где каждый фильтр настроен на свою сравнительно узкую полосу частот и пропускает через себя только колебания этого участка звукового диапазона:

1. Фильтр низких частот (ФНЧ) пропускает колебания частотой до 300 Гц и цвет его источника света выбирают красным;
2. Фильтр средних частот (ФСЧ) пропускает 250 – 2500 Гц и цвет его источника света выбирают зеленым или желтым;
3. Фильтр высших частот (ФВЧ) пропускает от 2500 Гц и выше, и цвет его источника света выбирают синим.

Каких-либо принципиальных правил для выбора полосы пропускания или цвета свечения ламп не существует, поэтому каждый радиолюбитель может применять цвета исходя из особенностей своего восприятия цвета, а также по своему усмотрению изменять число каналов и ширину полосы частот.

2. Принципиальная схема цветомузыкальной приставки.

На рисунке ниже предоставлена схема простой четырехканальной цветомузыкальной приставки, собранной на светодиодах. Приставка состоит из усилителя входного сигнала, четырех каналов и блока питания, обеспечивающего питание приставки от сети переменного тока.

Сигнал звуковой частоты подается на контакты ПК, ЛК и Общий разъема Х1, и через резисторы R1 и R2 попадает на переменный резистор R3, являющийся регулятором уровня входного сигнала. От среднего вывода переменного резистора R3 звуковой сигнал через конденсатор С1 и резистор R4 поступает на вход предварительного усилителя, собранного на транзисторах VT1 и VT2. Применение усилителя позволило использовать приставку практически с любым источником звукового сигнала.

С выхода усилителя звуковой сигнал подается на верхние выводы подстроечных резисторов R7,R10, R14, R18, являющиеся нагрузкой усилителя и выполняющие функцию регулировки (подстройки) входного сигнала отдельно по каждому каналу, а также устанавливают нужную яркость светодиодов канала. От средних выводов подстроечных резисторов звуковой сигнал поступает на входы четырех каналов, каждый из которых работает в своей полосе звукового диапазона. Схематично все каналы выполнены одинаково и различаются лишь RC-фильтрами.

На канал высших частот сигнал подается от среднего вывода резистора R7.
Полосовой фильтр канала образован конденсатором С2 и пропускает только спектр верхних частот звукового сигнала. Низкие и средние частоты через фильтр не проходят, так как сопротивление конденсатора для этих частот велико.

Проходя конденсатор, сигнал верхних частот детектируется диодом VD1 и подается на базу транзистора VT3. Появляющееся на базе транзистора отрицательное напряжение открывает его, и группа синих светодиодов HL1 — HL6, включенных в его коллекторную цепь, зажигаются. И чем больше амплитуда входного сигнала, тем сильнее открывается транзистор, тем ярче горят светодиоды. Для ограничения максимального тока через светодиоды последовательно с ними включены резисторы R8 и R9. При отсутствии этих резисторов светодиоды могут выйти из строя.

На канал средних частот сигнал подается от среднего вывода резистора R10.
Полосовой фильтр канала образован контуром С3R11С4, который для низких и высших частот оказывает значительное сопротивление, поэтому на базу транзистора VT4 поступают лишь колебания средних частот. В коллекторную цепь транзистора включены светодиоды HL7 – HL12 зеленого цвета.

На канал низких частот сигнал подается со среднего вывода резистора R18.
Фильтр канала образован контуром С6R19С7, который ослабляет сигналы средних и высших частот и поэтому на базу транзистора VT6 поступают лишь колебания низких частот. Нагрузкой канала являются светодиоды HL19 – HL24 красного цвета.

Питается цветомузыкальная приставка постоянным напряжением 9В. Блок питания приставки состоит из трансформатора Т1, диодного моста, выполненного на диодах VD5 – VD8, микросхемного стабилизатора напряжения DA1 типа КРЕН5, резистора R22 и двух оксидных конденсаторов С8 и С9.

Переменное напряжение, выпрямленное диодным мостом, сглаживается оксидным конденсатором С8 и поступает на стабилизатор напряжения КРЕН5. С вывода 3 микросхемы стабилизированное напряжение 9В подается в схему приставки.

Для получения выходного напряжения 9В между минусовой шиной блока питания и выводом 2 микросхемы включен резистор R22. Изменением величины сопротивления этого резистора добиваются нужного выходного напряжения на выводе 3 микросхемы.

3. Детали.

В приставке могут быть использованы любые постоянные резисторы мощностью 0,25 – 0,125 Вт. На рисунке ниже показаны номиналы резисторов, у которых для обозначения величины сопротивления используют цветные полоски:

Переменный резистор R3 и подстроечные резисторы R7, R10, R14, R18 любого типа, лишь бы подходили под размер печатной платы. В авторском варианте конструкции использовался отечественный переменный резистор типа СП3-4ВМ, подстроечные резисторы импортного производства.

Подробнее о резисторах можно почитать здесь и здесь.

Постоянные конденсаторы могут быть любого типа, и рассчитаны на рабочее напряжение не ниже 16 В. При возникновении трудности с приобретением конденсатора С7 емкостью 0,3 мкФ его можно составить из двух соединенных параллельно емкостью 0,22 мкФ и 0,1 мкФ.

Оксидные конденсаторы С1 и С6 должны иметь рабочее напряжение не ниже 10 В, конденсатор С9 не ниже 16 В, а конденсатор С8 не ниже 25 В.

Оксидные конденсаторы С1, С6, С8 и С9 имеют полярность, поэтому при монтаже на макетную или печатную плату это необходимо учитывать: у конденсаторов Советского производства на корпусе обозначают положительный вывод, у современных отечественных и импортных конденсаторов обозначают отрицательный вывод.

Диоды VD1 – VD4 любые из серии Д9. На корпусе диода со стороны анода наносится цветная полоска, определяющая букву диода.

В качестве выпрямителя, собранного на диодах VD5 – VD8, используется готовый миниатюрный диодный мост, рассчитанный на напряжение 50В и ток не менее 200 mA.

Если вместо готового моста использовать выпрямительные диоды, придется немного подкорректировать печатную плату, или диодный мост вообще вынести за пределы основной платы приставки и собрать на отдельной небольшой плате.

Для самостоятельной сборки моста диоды берутся с теми же параметрами, что и заводской мост. Также подойдут любые выпрямительные диоды из серии КД105, КД106, КД208, КД209, КД221, Д229, КД204, КД205, 1N4001 – 1N4007. Если использовать диоды из серии КД209 или 1N4001 – 1N4007, то мост можно собрать прямо со стороны печатного монтажа непосредственно на контактных площадках платы.

Светодиоды обычные с желтым, красным, синим и зеленым цветом свечения. В каждом канале используется по 6 штук:

Транзисторы VT1 и VT2 из серии КТ361 с любым буквенным индексом.

Транзисторы VT3, VT4, VT5, VT6 из серии КТ502 с любым буквенным индексом.

Стабилизатор напряжения типа КРЕН5А с любым буквенным индексом (импортный аналог 7805). Если использовать девятивольтовые КРЕН8А или КРЕН8Г (импортный аналог 7809), то резистор R22 не ставится. Вместо резистора на плате устанавливается перемычка, которая соединит средний вывод микросхемы с минусовой шиной, или при изготовлении платы этот резистор вообще не предусматривается.

Трансформатор питания – готовый или самодельный мощностью не менее 5 Вт с напряжением на вторичной обмотке 12 – 15 В при токе нагрузки 200 mA.

В дополнение к статье посмотрите первую часть видеоролика, где показывается начальный этап сборки цветомузыкальной приставки

На этом первая часть заканчивается.
Если Вы соблазнились сделать цветомузыку на светодиодах, тогда подбирайте детали и обязательно проверьте исправность диодов и транзисторов, например, мультиметром. А во второй части произведем окончательную сборку и настройку цветомузыкальной приставки.
Удачи!

Хочу представить вашему вниманию цветомузыкальную приставку, собранную на двух синхронных двоичных счетчиках-делителях (каждый счетчик основан на четырех D-триггерах), она же микросхема К561ИЕ10.

Данная конструкция легко доступна для повторения, микросхему К561ИЕ10 еще пока что можно купить в радиомагазине, да и у радиолюбителей наверняка найдется в наличии. Конечно же эта схема не может соперничать с цветомузыкальными установками (ЦМУ) на тех же микроконтроллерах, но тем не менее работает вполне достойно.

Рис. 1. Принципиальная схема цветомузыкальной установки на микросхемах и светодиодах.

Еще одним достоинством или недостатком данного цветомузыкального устройства является то, что при отсутствии сигнала все равно будут светится светодиоды на которых сигнал прервался, в отличии от ЦМУ в основе которых лежат различные аналоговые фильтры.

Далее с выходов счетчика сигналы подаются через разделительные резисторы на транзисторы VT1 - VT8. В случае применения индикаторных светодиодов ток которых до 20мА, можно исключить эти транзисторы и светодиоды через ограничительный резистор подключать непосредственно на выходы IC1.

В процессе сборки и проверки, а также в поисках альтернативы микросхеме LM358 я остановил свой выбор на операционном усилителе (ОУ) TL072. Причина поиска замены была в наполовину не рабочей LM358. В последствии купил TL-ку и LM-ку. Попробовал сначала LM358. а потом TL072 - оказалось что с микросхемой TL072 цветомузыкальная установка работает лучше.

Рис. 2. Схема входных усилителей на микросхеме TL071.

Проще говоря входной уровень сигнала для TL072 нужен совсем не большой по сравнению с LM358. Изначально печатную плату делал для компонентов по схеме. Печатку прикладываю.

Рис. 3. Печатная плата для цветомузыкальной установки (ЦМУ) на микросхемах и светодиодах.

Несколько позднее заменил буферную микросхему и собрал все это на куске монтажной платы. Так и оставил в итоге на куске как есть. Самой дорогой частью оказались светодиоды - куплено было 70 штук. В процессе сборки пять штук выкинул - после пайки перестали светиться.

Рис. 4. Плата ЦМУ с размещенными электронными компонентами.

Рис. 5. Внешний вид платы со светодиодами для цветомузыки.

В качестве корпуса мною была использована коробочка из оргстекла от реле времени. Вот собственно и все что нужно иметь ввиду при сборке. Ниже представлена видеодемонстрация работы моей самодельной цветомузыкальной установки (ЦМУ).

Получилось в принципе не очень дорого, быстро, сердито и довольно не плохой результат.
Если есть вопросы - спрашивайте.

LM3915 – интегральная микросхема (ИМС) производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала и выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов. Благодаря своей конструктивной особенности, ИМС получила широкое распространение в схемах индикаторов на светодиодах. Так как светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале, он нашёл практическое применение в отображении и контроле уровня сигнала в усилителях звуковой частоты.

Не стоит путать LM3915 с её родственниками LM3914 и LM3916, которые имеют аналогичное расположение и назначение выводов. ИМС серии 3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение), а ИМС серии 3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.

Краткое описание LM3915

Блок-схема LM3915 состоит из десяти однотипных операционных усилителей, работающих по принципу компаратора. Прямые входы ОУ подключены через цепочку из резистивных делителей с различными номиналами сопротивлений. Благодаря этому светодиоды в нагрузке зажигаются по логарифмической зависимости. На инверсные входы приходит входной сигнал, который обрабатывается буферным ОУ (вывод 5).

Внутреннее устройство ИМС включает маломощный интегральный стабилизатор, подключенный к выводам 3, 7, 8 и устройство для задания режима свечения (вывод 9). Диапазон питающего напряжения составляет 3–25В. Величину опорного напряжения можно задать в пределах от 1,2 до 12В при помощи внешних резисторов. Вся шкала соответствует уровню сигнала в 30 дБ с шагом 3 дБ. Выходной ток можно задать от 1 до 30 мА.

Схема индикатора звука и принцип её действия

Как видно из рисунка, принципиальная электрическая схема индикатора уровня звука состоит из двух конденсаторов, девяти резисторов и микросхемы, нагрузкой для которой служат десять светодиодов. Для удобства подключения питания и аудиосигнала её можно дополнить двумя разъёмами под пайку. Собрать такое простое устройство под силу любому, даже начинающему, радиолюбителю.

Резистивный делитель, собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Более точная настройка осуществляется многооборотным подстроечным резистором R4. Резистор R9 задает смещение для верхнего уровня (вывод 6), точное значение которого определяется сопротивлением R6. Нижний уровень (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7,8) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. Именно R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле:

R5=12,5/I_LED, где I_LED – ток одного светодиода, А.

Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. Во избежание перегрева корпуса ИМС, не следует превышать ток LED более 20 мА. Все-таки это индикатор, а не новогодняя гирлянда.

Печатная плата и детали сборки

Печатную плату индикатора уровня звука в формате lay можно скачать здесь. Она имеет размеры 65×28 мм. Для сборки требуются прецизионных деталей. Резисторы типа МЛТ-0,125Вт:

R1, R5 R8 – 1 кОм;
R2 – 100 Ом;
R3 – 10 кОм;
R4 – 50 кОм, любой подстроечный;
R6 – 560 Ом;
R7 – 10 Ом;
R9 – 20 кОм.

Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. ИМС LM3915 рекомендуется запаивать не напрямую, а через специальную панельке для микросхемы. В нагрузке можно применить ультраяркие LED любого цвета свечения, вплоть до фиолетового. Но это уже личные эстетические предпочтения. Для отображения стереосигнала потребуются две одинаковые платы с независимыми входами. Более подробные данные о LM3915 можно найти в техническом описании здесь.

Работоспособность данного индикатора доказана на практике многими радиолюбительскими кружками и по-прежнему выпускается в виде наборов МастерКит.

Читайте также: