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.
Типовое включение предусматривает питание от источника 12В, которое поступает на третий вывод LM3915. Оно же, через токоограничивающий резистор R2 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2, идёт на светодиоды. Резисторы R1 и R8 служат для снижения яркости последних двух красных светодиодов и являются необязательными. 12В также приходит на перемычку, которая управляет режимом работы ИМС через вывод 9. В разомкнутом состоянии схема работает в режиме «точка», т.е. происходит свечение одного светодиода, соответствующего входному сигналу. Замыкание перемычки переводит схему в режим «столбик», когда уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца.
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 . 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 так же
Многие хорошо помнят, как на заре 80-х, в магнитофонных деках (японских) были индикаторы уровня записи с отображением пиков. Иметь такой индикатор в своём распоряжении - было мечтой многих радиолюбителей и меломанов, а собрать его самому в то время было просто не реально.
С появлением микроконтроллеров, схемотехника резко изменилась, и сейчас схема пикового индикатора выглядит не сложнее схемы простого транзисторного приёмника 80-х.
Вашему вниманию предлагается пиковый индикатор уровня сигнала на микроконтроллере PIC16F88, моно, в качестве индикаторов используются светодиоды или светодиодные матрицы. Входы левого и правого канала в нём объединены. Или для второго канала необходимо изготовить ещё один подобный индикатор. Количество светодиодов в индикаторе (матрице) - 40 шт. Хорошо будет смотреться индикатор, например на таких матрицах (по 10 светодиодов).
Подобных матриц на канал необходимо 4 шт. Цвет свечения выбирайте на свой вкус. Можно применить одноцветные, а можно последнюю поставить например желтого или красного цвета)если первые зелёные).
Или например есть ещё такие матрицы по 20 светодиодов. Их на канал нужно 2 шт.
Посмотрите демонстрационное видео, работы индикатора пиков. Здесь он работает в режиме индикации с пиками в падающем режиме, шкала логарифмическая (резисторы R11-R14 отсутствуют, или джамперы сняты).
Индикатор может работать и в линейном режиме, с индикацией пиков и без индикации пиков, так-же в режиме бегающей точки с индикацией пиков и без индикации пиков. Сама пик индикация работает в двух режимах - обычном и падающем. Обычный - это пики горят в течении 0,5 секунд и гаснут, падающий - это пики горят 0,5 секунд и падают вниз (если уровень сигнала в данный момент стал ниже уровня, который был 0,5 сек. назад).
Схема индикатора изображена ниже. Светодиоды применены на ток 3 мА, если ставить светодиоды мощнее, на ток 20 мА, то резисторы R1-R8 необходимо заменить на резисторы по 22-33 Ом. R11-R14 устанавливаются в зависимости от необходимого режима работы индикатора. Для оперативного переключения режимов, можно в точках их соединения с общим проводом установить коммутированные перемычки ("джамперы").
Конфигурация процессора (установка предохранителей, "фузов")
CP:OFF, CCP1:RB0, DEBUG:OFF, WRT_PROTECT:OFF, CPD:OFF, LVP:OFF, BODEN:ON, MCLR:OFF, PWRTE:OFF, WDT:ON, OSC:INTRC_IO, IESO:OFF, FCMEN:OFF.
Режимы, в которых может работать индикатор, изображены ниже в таблице. Их можно комбинировать установкой или снятием перемычек (резисторов). Резистором R1 изменяется чувствительность индикатора, меняется напряжение на выводе 2 микроконтроллера, причём чем меньше напряжение на выводе, тем выше чувствительность. Оптимальное напряжение на выводе 200-250 мВ.
Таблица 1. Выбор режимов индикации.
Ниже в архиве имеются схема, рисунки печатной платы, прошивка микроконтроллера.
Если у кого-то возникнут какие либо вопросы по конструкции индикатора, задавайте их .
Приблизительно год назад загорелся идеей собрать преобразователь напряжения 12-220 вольт. Для реализации понадобился трансформатор. Поиски привели в гараж, где был найден усилитель Солнцева, собранный мною лет 20 назад. Просто извлечь трансформатор и таким образом уничтожить усилитель не поднялась рука. Родилась идея его реанимировать. В процессе оживления усилителя многое подверглось изменениям. В том числе индикатор выходной мощности. Схема прежнего индикатора была громоздкой, собрана на К155ЛА3 и т.д. Найти ее не помог даже интернет. Зато была найдена другая очень простая, но от того не менее эффективная схема индикатора выходной мощности.
Схема LED индикатора
Данная схема достаточно хорошо описана на просторах интернета. Здесь лишь вкратце расскажу (перескажу) о ее работе. Индикатор выходной мощности собран на микросхеме LM3915. Десять светодиодов подключены к мощным выходам компараторов микросхемы. Выходной ток компараторов стабилизирован, поэтому отпадает необходимость в гасящих резисторах. Напряжение питания микросхемы может находиться в пределах 6...20 В. Индикатор реагирует на мгновенные значения звукового напряжения. У микросхемы делитель рассчитан так, что включение каждого последующего светодиода происходит при увеличении напряжения входного сигнала в v2 раз (на 3 дБ), что удобно для контроля мощности УМЗЧ.
Сигнал снимается непосредственно с нагрузки - акустической системы УМЗЧ - через делитель R*/10k. Указанный на схеме ряд мощностей 0,2-0,4-0,8-1,6-3-6-12-25-50-100 Вт соответствует действительности, если сопротивление резистора R*=5,6 кОм для Rн=2 Ом, R*= 10 кОм для Rн=4 Ом, R*= 18 кОм для Rн=8 Ом и R*=30 кОм для Rн=16 Ом. LM3915 дает возможность легко менять режимы индикации. Достаточно лишь подать на вывод 9 ИМС LM3915 напряжение, и она перейдет с одного режима индикации в другой. Для этого служат контакты 1 и 2. Если их соединить, то ИМС перейдет в режим индикации "Светящийся столбик", если оставить свободными - "Бегущая точка". Если индикатор будет эксплуатироваться с УМЗЧ с иной максимальной выходной мощностью, то нужно подобрать лишь сопротивление резистора R*, чтобы светодиод, подключенный к выводу 10 ИМС, светился при максимальной мощности УМЗЧ.
Как видите, схема проста и не требует сложной настройки. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений для ее работы использовал одно плечо импульсного двухполярного блок питания УМЗЧ +15 вольт. На входе сигнала вместо подбора отдельных резисторов R* установил переменное сопротивление номиналом 20 кОм, что сделало индикатор универсальным для акустики разного сопротивления.
Для смены режимов индикации предусмотрел установку перемычки или кнопки с фиксацией. В финале замкнул перемычкой.
Не секрет, что звучание системы во многом зависит от уровня сигнала на ее участках. Контролируя сигнал на переходных участках схемы, мы можем судить о работе различных функциональных блоков: коэффициенте усиления, вносимых искажениях и т.д. Так же бывают случаи, когда результирующий сигнал просто не возможно услышать. В тех случаях, когда не возможно контролировать сигнал на слух, применяются различного рода индикаторы уровня.
Для наблюдения могут использоваться как стрелочные приборы, так и специальные устройства, обеспечивающие работу «столбцовых» индикаторов. Итак, рассмотрим их работу более подробно.
1.1 Шкальные индикаторы
1.1.1 Простейший шкальный индикатор.
Этот вид индикаторов наиболее прост из всех существующих. Шкальный индикатор состоит из стрелочного прибора и делителя. Упрощенная схема индикатора приведена на рис.1.
В качестве измерителей чаще всего используются микроамперметры с током полного отклонения 100 – 500мкА. Такие приборы рассчитаны на постоянный ток, поэтому для их работы звуковой сигнал необходимо выпрямить диодом. Резистор предназначен для преобразования напряжения в ток. Собственно говоря, прибор измеряет ток, проходящий через резистор. Рассчитывается элементарно, по закону Ома (был такой. Георгий Семеныч Ом) для участка цепи. При этом нужно учесть, что напряжение после диода будет в 2 раза меньше. Марка диода не важна, так что подойдет любой, работающий на частоте больше 20кГц. Итак, расчет:
R=U/I
где: R – сопротивление резистора (Ом)
U - Максимальное измеряемое напряжение (В)
I – ток полного отклонения индикатора (А)
Гораздо удобнее оценивать уровень сигнала, задав ему некоторую инерционность. Т.е. индикатор показывает среднее значение уровня. Этого легко добиться, подключив параллельно прибору электролитический конденсатор, однако следует учесть, что при этом напряжение на приборе увеличится в раз. Такой индикатор может быть использован для измерения выходной мощности усилителя. Что же делать, если уровня измеряемого сигнала не хватает чтобы «расшевелить» прибор? В этом случае на помощь приходят такие парни, как транзистор и операционный усилитель (далее ОУ).
1.1.2 Шкальный индикатор на транзисторе.
Если можно измерить ток через резистор, то можно измерить и коллекторный ток транзистора. Для этого нам понадобится сам транзистор и коллекторная нагрузка (тот же самый резистор). Схема шкального индикатора на транзисторе приведена на рис.2
Здесь тоже все просто. Транзистор усиливает сигнал по току, а в остальном все работает так же. Коллекторный ток транзистора должен превышать ток полного отклонения прибора как минимум в 2 раза (так оно спокойнее и для транзистора, и для Вас), то есть, если ток полного отклонения 100 мкА, то коллекторный ток должен быть не менее 200мкА. Собственно говоря это актуально для миллиамперметров, т.к. через самый слабый транзистор «со свистом» пролетает 50 мА. Теперь смотрим справочник и находим в нем коэффициент передачи по току h21э. Вычисляем входной ток:
Ib=Ik/h21Э
где:
Ib – входной ток
h21Э – коэффициент передачи тока
R1 вычисляется по закону Ома для участка цепи:
R=Ue/Ik
где:
R – сопротивление R1
Ue – напряжение питания
Ik – ток полного отклонения = ток коллектора
R2 предназначен для подавления напряжения на базе. Подбирая его нужно добиться максимальной чувствительности при минимальном отклонении стрелки в отсутствии сигнала. R3 регулирует чувствительность и его сопротивление, практически не критично.
Бывают случаи, когда сигнал требуется усилить не только по току, но и по напряжению. В этом случае схема индикатора дополняется каскадом с ОЭ. Такой индикатор применен, например, в магнитофоне «Комета 212». Его схема приведена на рис.3
1.1.3 Шкальный индикатор на ОУ
Такие индикаторы обладают высокой чувствительностью и входным сопротивлением, следовательно, вносят минимум изменений в измеряемый сигнал. Один из способов использования ОУ – преобразователь «напряжение – ток» приведен на рис.4.
Такой индикатор обладает меньшим входным сопротивлением, зато весьма прост в расчетах и изготовлении. Вычислим сопротивление R1:
R=Us/Imax
где:
R – сопротивление входного резистора
Us – Максимальный уровень сигнала
Imax – ток полного отклонения
Диоды выбираются по тому же критерию, как и в других схемах.
Если уровень сигнала низок и (или) требуется высокое входное сопротивление, можно воспользоваться повторителем. Его схема приведена на рис.5.
Для уверенной работы диодов, выходное напряжение рекомендуется поднять до 2-3 В. Итак, в расчетах отталкиваемся от выходного напряжения ОУ. Первым делом выясним нужный нам коэффициент усиления: К= Uвых/Uвх. Теперь вычислим резисторы R1 и R2: K=1+(R2/R1)
В выборе номиналов ограничений, казалось бы, нет, но R1 не рекомендуется ставить меньше 1кОм. Теперь вычислим R3:
R=Uo/I
где:
R – сопротивление R3
Uo – выходное напряжение ОУ
I – ток полного отклонения
1.2 Пиковые (светодиодные) индикаторы
1.2.1 Аналоговый индикатор
Пожалуй наиболее популярный вид индикаторов в настоящее время. Начнем с простейших. На рис.6 приведена схема индикатора «сигнал/пик» на основе компаратора. Рассмотрим принцип действия. Порог срабатывания задан опорным напряжением, которое устанавливается на инвертирующем входе ОУ делителем R1R2. Когда сигнал на прямом входе превышает опорное напряжение, на выходе ОУ появляется +Uп, открывается VT1 и загорается VD2. Когда сигнал ниже опорного напряжения, на выходе ОУ действует –Uп. В этом случае открыт VT2 и светится VD2. Теперь рассчитаем это чудо. Начнем с компаратора. Для начала выберем напряжение срабатывания (опорное напряжение) и резистор R2 в пределах 3 – 68 кОм. Вычислим ток в источнике опорного напряжения:
где:
Iatt – ток через R2 (током инвертирующего входа можно пренебречь)
Uоп – опорное напряжение
Rб – сопротивление R2
рис.6
Теперь вычислим R1:
R1=(Ue-Uоп)/Iatt
где:
Ue – напряжение источника питания
Uоп – опорное напряжение (напряжение срабатывания)
Iatt – ток через R2
Ограничительный резистор R6 подбирается по формуле:
R=Ue/Iled
где:
R – сопротивление R6
Ue – напряжение питания
ILED – прямой ток светодиода (рекомендуется выбрать в пределах 5 – 15 мА)
Компенсирующие резисторы R4, R5 выбираются по справочнику и соответствуют минимальному сопротивлению нагрузки для выбранного ОУ.
1.2.2 Индикаторы на логических элементах
Начнем с индикатора предельного уровня с одним светодиодом (рис.7). В основе этого индикатора лежит триггер Шмитта. Как известно, триггер Шмитта обладает некоторым гистерезисом, т.е. порог срабатывания отличается от порога отпускания. Разность этих порогов (ширина петли гистерезиса) определяется отношением R2 к R1, т.к. триггер Шмитта представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Ограничительный резистор R4 вычисляется по тому же принципу, что и в предыдущей схеме. Ограничительный резистор в цепи базы рассчитывается исходя из нагрузочной способности ЛЭ. Для КМОП (рекомендуется именно КМОП-логика) выходной ток составляет примерно 1,5 мА. Для начала вычислим входной ток транзисторного каскада:
Ib=Iled/h21Э
где:
Iled – прямой ток светодиода (рекомендуется выставить 5 – 15 мА)
h21э – коэффициент передачи тока
Теперь мы можем приблизительно расчитать входное сопротивление:
R=E/Ib
где:
Z – входное сопротивление
E – напряжение питания
Ib – входной ток транзисторного каскада
Если входной ток не превышает нагрузочную способность ЛЭ, можно обойтись без R3, в противном случае его можно рассчитать по формуле:
R=(E/Ib)-Z
где:
R – R3
E – напряжение питания
Ib – входной ток
Z – входное сопротивление каскада
Для измерения сигнала «столбиком» можно собрать многоуровневый индикатор (рис.8).
Такой индикатор прост, но его чувствительность мала и годится только для измерения сигналов от 3-х вольт и выше. Пороги срабатывания ЛЭ устанавливаются подстроечными резисторами. В индикаторе использованы элементы ТТЛ, в случае применения КМОП, на выходе каждого ЛЭ следует установить усилительный каскад.
1.2.3. Пиковые индикаторы на специализированных микросхемах
Наиболее простой вариант изготовления оных. Некоторые схемы приведены на рис.9
рис.9
Также можно использовать и другие усилители индикации. Схемы включения к ним можно спросить в магазине или у Яндекса. Также можно заказать готовые наборы у Мастеркита
http://www.masterkit.ru/main/bycat.php?num=15
1.3 Пиковые (люминесцентные) индикаторы
В свое время применялись в отечественной технике, сейчас широко применяются в музыкальных центрах. Такие индикаторы весьма сложны в изготовлении (включают в себя специализированные микросхемы и микроконтроллеры) и в подключении (требуют нескольких источников питания). Я не рекомендую использовать их в любительской технике.
Фирма: Datagor Electronics
Вес лота: 50 гр.
id: 1564
есть: 0
770.84 руб.
Project-002 "Radiance". Индикатор уровня сигнала с детектором пиков (1 канал). Набор для сборки
Помните дорогие Hi-Fi аппараты в период их расцвета? Видели пиковые индикаторы на профессиональной аппаратуре? Мне такой индикатор врезался в память из школьных лет.
Позвольте представить, Project-002. Индикатор уровня сигнала с детектором пиков!
Итак, 12 светодиодов, 5 из них отображают пики перегрузки с задержкой гашения.
Настраивается всё. И время послесвечения пиков и плавность переключения всех светодиодов и точность шкалы и яркость светодиодов и т.п.
Переключаются два режима работы индикатора: привычный столбик и режим с задержкой пиков, ради которого всё и затевалось.
Состав набора:
▼ ⚖️ 41,57 Kb ⇣ 1510 Нужен файл?Зарегистрируйтесь и войдите с вашим логином и паролем.
- высококачественная заводская ПП - размер 82мм х 28мм. 2 стороны, металлизация, маска, подписи. Красота! Приятно взять в руки.
- полный комплект радиодеталей, не включая светодиоды - тут у всех разные вкусы и желания
- схема принципиальная
- описание сборки и настройки
- описание точной калибровки индикатора от Игоря (Audiokiller)
Цена за 1-канальный набор. Любое количество каналов можно каскадировать: 1 канал, 2 канала, кинотеатр 5.1 или спектр-анализатор.
Демо Datagor-HDTV!
Сборка конструктора. Установлен триммер, затем (с соблюдением полярности) конденсаторы, затем (с проверкой тестером) полосатые резисторы.
Я устанавливаю все пассивные элементы и немного разгибаю ножки элементов с обратной стороны ПП, чтобы они не выпали. Затем я пропаиваю сразу все ножки. Использую недорогую паяльную станцию начального уровня LUKEY-702. Паяльник доработан, установлено отдельно купленное фирменное жало - паять одно удовольствие.
Затем кусачками убираю всё лишнее. Следите, чтобы кусочки металла из-под кусачек не улетели в глаз или на пол. Обрезок тонкой ножки - отличная заноза. Будьте осторожны, друзья!
В последнюю очередь я впаиваю чип в корпусе DIP22. Блок Р-2 готов.
Здесь я хочу показать альтернативный вариант установки светодиодов с обратной стороны платы. При этом самыми высокими элементами на плоскости получаются сами светодиоды: очень удобно регулировать расстояние от ПП до панели вашего аппарата. "Лишние" длинные ножки не обрезал специально, чтобы светодиоды можно было без потерь извлечь после окончания съемок роликов.
Другой удобный вариант - установка светодиодов под углом 90° (ножки нужно предварительно отформовать). Вобщем, вариантов оформления исполнительной "сияющей"части масса - дело за вашим вкусом, предпочтениями и возможностями.
Распаиваем провода и каскадируем два блока. Очень удобно пользоваться шлейфом. Каскадированием мы добиваемся синхронности работы систем задержки отображения пиков всех объединенных блоков. Иначе, из-за неидеальности элементов времязадающих цепей, мы бы наблюдали разброд и шатание в этом вопросе.
Фотки вариантов сборки
Прислал Влад (pmp140). Платы собраны в этажерку на шестигранных стойках, шлейфом подключены светодиодные сборки.
Задаем вопросы, делимся опытом на форуме:
Форум технической поддержки всех Датагорских Проджектов
Связанные товары:
Печатная плата для усилителя Project-008 "GeAmp1970" (1 шт, 1 канал)...
Полный кит забирайте здесь: Project-008 "GeAmp1970". Стерео (2 канала) усилитель на...
Project-016 "Arrow". Комбинированный (стрелочный + LED) индикатор уровня сигнала. Набор для сборки...
Фото прототипа Извините, продукт оформляется! Project-016 "Arrow". Комбинированный...
Project-008 "GeAmp1970". Стерео (2 канала) усилитель на германиевых транзисторах. Набор для сборки...
Этот проект позволит вам собрать усилитель полностью на германиевых активных элементах и...
Project-011 "EZ-amp". Миниатюрный усилитель 2х1 Вт на TDA2822M с низковольтным питанием, включая USB. Набор для сборки...
Миниатюрный (два канала на одной плате 60?35 мм) и простой в сборке стереоусилитель с...
Project-010 "Water Tank Controller". Контроллер системы водоснабжения "бак - насос" с ультразвуковым датчиком уровня. Набор для сборки...
"Готовь сани летом, а телегу зимой!" Народная мудрость Прибор является устройством...
Услуга: прошивка МК для Project-007 (пайка МК и внутрисхемная прошивка)...
Вы заказываете услугу по внутрисхемной прошивке МК. Микроконтроллер в SMD-корпусе...
Project-007 "Radiance Beta": 2х16 LED индикатор уровня с режимами peakhold + waterfall. Набор для сборки...
