Для визуализации уровня сигнала широко используют светодиодные индикаторы, построенные на архитектуре специализированных микросхем. Они применяются в самых разнообразных устройствах: индикаторы уровня входящего сигнала радиоприёмной аппаратуры, индикация уровня на усилителе звука, тестеры для отладки схем, в которых используется частотно-импульсный принцип управления нагрузками.
Все индикаторы уровня построены на основе многокаскадных компараторов.
Компаратор – логический элемент, сравнивающий параметры двух входящих сигналов .
На один канал компаратора подаётся анализируемый сигнал, на второй – опорное напряжение сравнения. Если амплитуда первого выше опорного напряжения – на выходе появляется логическая единица, если ниже – логический ноль.
Работу простейшего компаратора можно продемонстрировать на микросхеме К155ЛН1, единичным кластером которой является элемент «НЕ».
Такая микросхема является простейшим логическим компаратором. При напряжении на входе от 0В до 2,4В (что соответствует логическому нулю) на выходе 2,7В, как только напряжение на входе превысит 2,4В, сигнал на выходе упадёт до ноля вольт.
Существует несколько микросхем для визуализации уровня. Наиболее многофункциональные схемы, на мой взгляд, позволяют создавать микросхемы на архитектуре lm39xx. В эту линейку входит три микросхемы: lm3914, lm3915 и lm3916. Минимальная развязка без труда позволяет создать светодиодный индикатор уровня звука своими руками даже без глубоких познаний в радиоэлектронике.
Все они представляют десяти диапазонный анализатор. Различаются способом дифференциации входного сигнала. У lm3914 это 1В, у lm3915 – 3Дб, у lm3916 — 1Дб.
Светодиодный индикатор уровня звука на lm3915
Соберём индикатор громкости на светодиодах с применением компараторов на lm3915.
Разберёмся, как работает схема.
На вход 5 поступает анализируемый сигнал, его амплитуда должна быть 10В. Для сопряжения амплитуды входящего сигнала нам потребуется транзисторный ключ. На его базу через резисторный делитель напряжения на R5 поступает анализируемый сигнал.
Логическая структура lm3915 Индикатор звука на lm3915 может работать в двух режимах индикации – «точка» и «столбик». В первом случае загорается светодиод соответствующий текущему уровню сигнала, во втором – все светодиоды от нуля до текущего уровня. Переключение режимов индикации осуществляется через переключатель между общим проводом и входом «9».
Нестандартное применение
Индикатор с применением lm3914 можно использовать в качестве компактного тестера малогабаритных батареек и аккумуляторов.
Напряжение питания такой схемы от 5В до 12В. Удобно питать от «Кроны» либо четырёх батареек ААА.
Конденсатор С1 — 50 мкФ 25В, подтягивающий резистор R1 – 1Мом. R2, R3 – по 4,7-5кОм. Диапазон измерений у схемы 1В с градацией 0,1В. R2 регулирует диапазон измерений, R3 – ток светодиодов. Если отключить выход 9, индикация будет «столбиком», но питающее элементы быстро разряжаются.
Индикатор на LM3915
Интегральная микросхема LM3915 специально разработана для построения светодиодного индикатора уровня и позволяет визуально оценить уровень и изменение звукового сигнала в виде светового «столбика», «линейки» или перемещаемой на условной шкале светящейся точки. Удачная конструкция микросхемы LM3915 обеспечила ее достойное место в схемах индикаторов на светодиодах. Мастер предлагает вам собрать индикатор звука на LM3915 и 10 светодиодах. Ниже представлена подробная инструкция по сборке своими руками схемы индикатора звука с фото и видео иллюстрациями. Собрать индикатор звука под силу даже начинающему электронщику.
Как собрать светодиодный индикатор уровня на LM3915 своими руками
Конструкция микросхемы LM3915 представляет заключенных в корпусе десяти однотипных операционных усилителей компараторов. Прямые входы усилителей подключены через линейку резистивных делителей подобранных так, что светодиоды в нагрузке усилителей включаются по логарифмической зависимости. На обратные входы усилителей поступает входной сигнал, который формируется буферным усилителем (вывод 5). Конструкция микросхемы включает также интегральный стабилизатор (выводы 3, 7, 8), а также ключ задания режима работы индикатора (вывод 9). Микросхема имеет широкий диапазон напряжения питания от 3 до 25 Вольт. Величина опорного напряжения задается в пределах от 1,2 до 12 Вольт внешними резисторами. Шкала индикатора соответствует уровню сигнала 30 дБ с шагом в 3 дБ. Выходной ток устанавливается в пределах от 1 до 30 мА.
Сборка индикатора упрощается приобретением набора деталей в интернет магазине по ссылке https: //ali.pub/2c62ph . Набор включает плату, микросхему, светодиоды и всю необходимую обвязку (резисторы, конденсаторы и разъемы).
Набор деталей «Индикатор уровня звука на LM3915»
Детали набора «Индикатор уровня звука на LM3915»
Схема индикатора звука на LM3915 представлена на фото.
Принцип действия. Напряжение питания 12 Вольт подается на третий вывод LM3915. Оно же, через ограничивающий резистор R2 поступает на светодиоды. Сопротивления R1 и R8 выравнивают яркость свечения красных светодиодов в шкале. Также напряжение 12 Вольт подается на перемычку управления режимом работы индикатора (вывод 9). В замкнутом состоянии перемычки схема обеспечивает свечение только одного светодиода, соответствующего уровня сигнала. При разомкнутой перемычке схема работает в эффектом режиме «столбик», уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца или длине строки. Делитель собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Точная настройка делителя осуществляется многооборотным подстроечным сопротивлением R4. Делитель R9 R6 задает смещение для верхнего уровня логарифмической линейки сопротивлений микросхемы (вывод 6). Нижний уровень логарифмической линейки сопротивлений (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле: R5=12,5/Iled, где Iled – 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. По инструкции во избежание повреждения микросхемы, не следует превышать ограничение в 20 мА тока подаваемого на светодиоды.
Сборка индикатора звукового сигнала
Проверяем наличие и номиналы деталей.
Сопротивления: R1, R5 R8 – 1 кОм; R2 – 100 Ом; R3 – 10 кОм; R4 – 50 кОм, любой подстроечный; R6 – 2,2 кОм(560 Ом); R7 – 10 Ом; R9 – 20 кОм. Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. Номиналы резисторов расшифровываем по цветовому коду. Смотри фото.
Для сборки схемы потребуется маломощный паяльник, флюс для пайки, припой и бокорезы. Последовательность сборки может быть и другой.
- Устанавливаем согласно номиналу резисторы на плату и припаиваем их, а также по ключу нарисованному на плате устанавливаем и припаиваем кроватку для микросхемы.
- Аналогичным образом припаиваем переменный резистор, конденсаторы, гнезда подключения.
2 вариант установки светодиодов на плату индикатора уровня на LM3915
- Проверяем правильность сборки и пайки, при необходимости устраняем ошибки.
- Вставляем микросхему в кроватку по ключу нарисованному на плате.
- Подаем напряжение 12 Вольт от блока питания.
- Подаем сигнал с телефонного выхода любого гаджета. Если все детали правильно установлены и исправны, то схема заработает. Смотрите видео. Уровень звукового сигнала на входе задается подстроечным резистором R4. Смотрите видео.
Размещение микросхемы LM3915 на кроватке весьма кстати. У микросхемы есть родственники LM3914 и LM3916 с линейной и растянутой шкалой. Микросхемы абсолютно идентичны по выводам. Поэтому на базе этой схемы можно легко собрать индикатор напряжения, мощности или индикатор контроля какого либо параметра.
Набор деталей для сборки светодиодного индикатора уровня звукового сигнала на LM3915 можно приобрести по следующей ссылке http://ali.pub/2z6xyo . Если хотите серьезно попрактиковаться в пайке простых конструкций Мастер рекомендует приобрести комплект из 9 наборов, что здорово сэкономит ваши расходы на пересылку. Вот ссылка для покупки http://ali.pub/2bkb42 . Мастер собрал все наборы и они заработали.
Успехов и роста навыков в пайке.
В этом видеоуроке автор блога “Паяльник TV” проведет мастер-класс по сборке индикатора уровня аудиосигнала на микросхеме LM3915, которая состоит из 10 компараторов, подключённых к отводу резистивного делителя сигнала, размещенный в микросхеме. Особенность этого делителя в том, что он строит логарифмическую шкалу индикации, в отличие от той же LM3914, в которой делитель линейный, и, соответственно, линейная шкала индикации.
Схема этого устройства взята у китайцев, с перерисовкой. Третий вывод – это питание на 12 В; и второй – земля. Также к питанию через кнопку подсоединен девятый вывод микросхемы – это выбор режима. В закороченном состоянии на плюс будет приниматься линейная шкала. Иначе говоря, допустим, уровень дошёл до минус 6 дБ – горит последний жёлтый, и все, расположенные за ним. Если же кнопку разомкнуть, то 9 вывод ни к чему не будет подключён, будет гореть только один светодиод. Питание на светодиоды поступает через резистор R6 номиналом 100 Ом, и шина по плюсу у них общая. Пятый вывод микросхемы – это вход сигнала, он проходит через постоянный резистор 10 кОм и через крайний и средний выводы переменного резистора 50 кОм для настроек разного уровня. То есть, этим индикатором можно изменять как входной сигнал, так и выходной. И для последнего его нужно отрегулировать, поскольку выходной сигнал значительно сильнее, чем входной.
К 12 В подключена через резистор 20 кОм – 6 вывод микросхемы. Это верхний конец делителя. Он через резистор R5 на 560 Ом подсоединен к 8 выводу микросхемы, отвечающий за настройку встроенного источника опорного питания. 4 выход закорочен с 2 и далее на землю. 4 выход – это нижний конец делителя. Получается, верхний конец делителя, 6, – он подключён напрямую к неинвертирующему выходу, к 10-му компаратору, который отвечает за последний красный светодиод. А 4 вывод подключён уже не напрямую, а через резистор 1 кОм к неинвертирующему выходу, компаратору №1, который идёт на самый нижний. И далее уже по цепочке идут резисторы к каждому последующему компаратору. То есть, именно этим и достигается уровень сигнала. Это было объяснение про выводы микросхемы и смысл индикации.
Работа индикатора.
Теперь рассмотрим работу схемы. Для этого включим моделирование. Подсоединяем осциллограф в вывод А. Стрелочками показано движение тока. Как видно, разомкнута кнопка, идущая к 9 выводу микросхемы, и только один светодиод загорается. Если данную кнопку замкнуть, то возникнет столбик индикации. Видно, что на генераторе синусоида с делением 1 В, и уровнем 12. Если уровень снизить – загораются 4 зелёные, 3 зелёные лампочки. Уровень выше будет. И установим 1 Гц.
Что будет, если подать однополярный сигнал? Сначала показания доходят до нуля и после этого сразу идут на повышение. Иначе говоря, при повышении индикаторы загораются, в обратном случае – мы их не видим. Однако если передвинуть всё выше нуля, в ноль они будут падать только в том случае, когда синусоида касается нижней частью нуля.
Работа физической части.
Посмотрим печатную плату. Тонер уже нанесен. После этой процедуры не трогайте плату сразу, пусть она остынет. а делается эта работа так: сначала нужно размочить чуть-чуть плату в воде и очень бережно начать втирать.
Для отметки дорожки использован перманентный маркером. производится хлорным железом. Раствор, один раз приготовленный, можно использовать несколько раз. Однако, это возможно если взять 100 г на 1,2 л воды.
Травить нужно в отдельной посуде, и ни в коем случае ни брать посуду, которая используется для еды. Итак, погружаем в раствор подготовленную плату. Очень аккуратная работа, нужно беречь руки. На травление уходит примерно 15-20 минут, если раствор не столь новый.
Когда плата приобретет розоватый оттенок – означает, что травление началось. После него нужно проделать отверстия для деталей. После того, как плата просверлена, нужно немного подчистить, например, стёркой или наждачной бумагой.
Теперь приступим к самой пайке. Но сначала нужно залудить плату. Многооборотный подстроечный резистор. В схеме указано 50 кОм, у меня он 47 кОм. И светодиоды. Начнём пайку с резисторов. Сначала на 20 кОм и все последовательно согласно схеме. Далее запаяем панельку для микросхем. Здесь есть один нюанс. Необходимо резистор на 20 кОм сдвинуть вбок, чтобы он не мешался.
После предварительно проделанной работы переходим к светодиодам. Эти светодиоды у нас идут через резисторы, следовательно, они красные. Плюс всегда справа. Теперь остаётся соединить провода и вставить микросхему по ключу.
Окончательная проверка работы схемы. Начнём с минимальной громкости, дальше перейдем к максимуму. В качестве источника звука используем телефон. Как видно, работает!
Радиоконструктор пришел в пакетике:
Детали:
Плата односторонняя, без металлизации, сделано качественно, паять легко, обозначения деталей и номиналы обозначены:
По фото видно, что плата отличается от платы, отображенной на лоте продавца - есть разъем J3
Инструкция и схема:
Схема в большом разрешении
Спаял. Вот что получилось:
За пайку не ругайте - 27 лет ничего на печатках не паял. Первый опыт.
Лишних деталей в комплекте нет.
Когда паял выяснились три непонятки.
1. Не понятно, зачем тут разъем-перемычка J3? В комплекте конструктора нет ни разъема, ни перемычки. При включении как-то непонятно работают только половина светодиодов (красные и ниже). Запаял (закоротил) контакты J3
2. Резистор R9. На распечатке указан 560 Ом. В наборе - 2.2 кОм. Я из старых запасов поставил резистор МЛТ, как указанно в схеме - 560 Ом. Подумал, что китайцы перепутали что-то. При включении постоянно горели два нижних желтых светодиода - D1,D2. Перепаял резистор - взял из набора резистор в 2.2 кОм - стало работать как нужно.
Изменение в схеме - правильный резистор
3. Если загорается крайний красный светодиод и горит постоянно - то градусов до 60 начинает греться резистор R5. Странно.
Питание схемы - 9-12 Вольт. Подал 12 В на питание. Все работает нормально. Подстроечным резистором можно выставить максимально отображаемый уровень сигнала. Минимальный уровень, если подавать на устройство сигнал напряжением 1.9 Вольт:
Отсюда вывод -при штатном напряжении питания 9-12 Вольт индикатор лучше подключать к выходам УНЧ, а не после предварительного усилителя или на вход УНЧ после регулятора громкости.
Шкала свечения светодиодов - логарифмическая. Как индикатор разряда аккумулятора использовать не получится. Если подключить выход с наушников сотового телефона на максимальной громкости на вход, то горят максимум 6 желтых светодиодов.
Дальше решил поэкспериментировать с уменьшением напряжения питания. Вывод - чем меньше напряжение питания - тем чувствительнее устройство. Работало нормально от 5 в - красные светодиоды в этом случае горели и от сотового телефона. Если уменьшить напряжение до 3 вольт, светодиоды тускло горят, но не мигают. Видимо это предел. Так что я бы не запитывал от напряжения, меньше 5 вольт.
Вывод: простой, интересный радиоконструктор. Можно оборудовать им какой-нибудь самодельный УНЧ. Минусы - неудобное крепление платы - только одно крепежное отверстие. Плата (из-за панельки и микросхемы) получается достаточно высокая. Если поставить параллельно две платы, то расстояние между светодиодами обоих каналов будет достаточно большое.
Определить уровень сигнала на индикаторных светодиодах необходимо для решения нескольких задач (показатели тока и напряжения, смены фазы), но наиболее часто такая схема применяется именно для отображения уровня звука.
В современной электронике индикаторные светодиоды отчасти уступили место устройствам на ЖКИ и светодиодных матрицах. Но схема такого типа не только наглядно показывает уровень сигнала, она также проста в реализации и довольно наглядна.
Из чего собрать светодиодный индикатор уровня?
За основу могут быть взяты аналого-цифровые преобразователи (АЦП) LM3914-16. Эти микросхемы способны управлять как минимум 10 диодами, а при добавлении новых чипов количество лампочек может увеличиваться практически до бесконечности. Индикатор может иметь любой цвет, а над исполнением корпуса лучше подумать заблаговременно, чтобы потом это не стало неожиданностью.
LM3914 имеет линейную шкалу, которая может также использоваться для измерения напряжения, а 15 и 16 – логарифмическую, но при этом цоколевка у микросхем ничем не отличается.
Светодиоды при этом могут быть любыми, импортными или отечественными, главное, чтобы они подходили для выполнения поставленной задаче. Например, можно использовать простейшие диоды АЛ307, но можно и более сложные.
Расчет схемы индикатора
Составление данного устройства не требует никаких специальных навыков. Расчет показателей тока и напряжения можно произвести в любой программе, как и чертеж.
Одна из «ножек» (9) микросхемы подключается к положительному входу подачи напряжения. Таким образом светодиоды будут управляться как единый столбец. Для того чтобы иметь возможность самостоятельно регулировать режимы при смене фазы, схема должна включать в себя переключатель, но может спокойно обойтись и без него, если эта опция не нужна.
Ток, проходящий через светодиоды для заданного напряжения и фазы можно рассчитать так:
R – сопротивление на 7 и 8 «ножках»
Для тока в 1 мА R=12,5 / 0,001 А = 12,5 кОм.
А для тока в 20мА R=625 Ом.
Внедрение подстроечного резистора даст возможность регулировать яркость свечения, при отсутствии такой необходимости можно поставить обычный. Номиналы для них будут 10 кОм и 1 кОм соответственно.
Конечная схема светодиодного индикатора уровня получится приблизительно такой.
Она идеально подходит для моно-сигнала, но для стерео- придется составить ещё одну на второй канал. Они могут объединяться через обычный сетевой кабель с учетом фазы. Отменный вариант – сделать две одинаковые схемы, выполненные в разных цветах для демонстрации уровня каждого из каналов. Устройства также могут менять свой цветовой диапазон, но такая реализация будет несколько сложнее.
Величина C3 может быть равной 1 мкф при условии, что R4=100 кОм. Номинал R2 можно подбирать из диапазона 47-100 кОм.
В данной схеме используется транзистор КТ 315, но его можно заменить любым другим с подходящими параметрами (фазы сигнала, тока, вел-на напряжения, p-n переход).
Совет: Все необходимые элементы можно приобрести на радиорынке или в магазине, стоит учесть, что чипы LM3915-16 несколько дороже, чем LM3914. Менее затратный вариант – выпаять комплектующие с уже существующих плат.
В итоге получится приблизительно такое устройство:
Собрать индикатор уровня сигнала своими силами – вполне решаемая задача. Главное – найти из чего будет составляться схема, а после – уделить немного времени проверке и отладке устройства.