В данной подборке вниманию читателей предлагается несколько вариантов свето и цветомузыкальных устройств, предназначенных для новогодней ёлки.
В отличие от публиковавшихся ранее (напр., [1, 2]), они рассчитаны на использование с готовыми сетевыми гирляндами из ламп накаливания и не требуют электрического подключения и, тем более, вмешательства в конструкцию источника звука – звуковой сигнал снимается микрофоном. Первая конструкция (рис. 1) – самая простая. Так как на ёлку обычно вешается одна или две гирлянды, больше – довольно редко, то первая приставка рассчитана на работу с одной гирляндой.
Принцип работы довольно прост – сигнал со встроенного электретного микрофона BM1 усиливается каскадом на операционном усилителе DA1, включенном по инвертирующей схеме, и с его выхода через разделительный конденсатор C7 и ограничительный резистор R7 подается на светодиод HL1, от яркости свечения которого зависит освещенность фоторезистора R12, включенного в цепь управляющего электрода тринистора VS1. Нагрузкой тринистора является гирлянда HL2, которая вспыхивает в такт с музыкальной программой.
При отсутствии звукового сигнала и в тихих местах она не горит совсем, а при достаточной громкости выделяемая на ней мощность колеблется от 50 до 100 % от номинальной, в зависимости от громкости. Переменным резистором R5 можно изменять коэффициент усиления усилителя, а значит, и его чувствительность – коэффициент усиления определяется соотношением R5/R4. Микрофонный усилитель питается от сети переменного тока через бестрансформаторный блок питания – отсутствие моточных деталей упростило конструкцию и снизило ее массу.
Для повышения безопасности использования выбрана схема с двумя гасящими конденсаторами (C8, C9) [3], чтобы даже при случайном касании пользователем токоведущих деталей усилителя ток ограничился значением максимум 10…15 мА. Микрофон также не имеет выступающих из корпуса металлических деталей – его лицевая сторона закрыта изоляционной сеткой, а на боковую часть насажена термоусадка, но так, чтобы звук в него проходил. От силовых цепей тринистора микрофонный усилитель изолирован оптронной парой HL1, R12.
Такие меры безопасности, наряду с использованием корпуса из изоляционного материала и пластмассовой ручки потенциометра, делают пользование приставкой не опаснее, чем настольной лампой или другими бытовыми электроприборами. (Если в качестве R5 используется потенциометр в металлическом корпусе, последний не должен иметь электрического контакта с его выводами!) Чувствительность приставки можно увеличить, например, уменьшив сопротивление R4.
Кроме указанного на схеме, в микрофонном усилителе можно применить практически любые другие одиночные ОУ широкого применения, например, К553УД2, К140УД6, К140УД7, их аналоги серий К153, КР140 и другие, в т.ч. импортные с учетом допустимого напряжения питания и цепей коррекции. Так как тринистор использован без радиатора, мощность гирлянды ограничивается 60 Вт (она редко превосходит 50 Вт, и еще дополнительно понижается примерно вдвое однополупериодным выпрямителем VD7).
К данной приставке можно дополнительно подключать еще одну гирлянду или лампочку на 220 В – на схеме обозначена HL3 и показана пунктиром – при условии, что ее мощность в 3 или более раза меньше мощности основной нагрузки HL2. Тогда HL3 будет играть роль фоновой подсветки – при отсутствии звука она будет светиться достаточно ярко, а при полном загорании HL2 – гаснуть.
Напряжение питания микросхемы зависит от напряжения стабилизации конкретного стабилитрона VD5 и выбирается в пределах 20…30 В. Он должен быть надежно подпаян к диодному мосту. Сопротивления резисторов R8, R9, через которые разряжаются гасящие конденсаторы после отключения устройства от сети, могут быть в пределах 300 кОм … 1 МОм.
Резистор R10 предназначен для мягкой начальной зарядки конденсаторов C8, C9. Его сопротивление выбрано порядка 1…1,5 кОм. Вместо неполярного оксидного конденсатора (использован К50-51) в качестве C2 можно использовать неполярные конденсаторы других типов, например, пленочные или металлобумажные емкостью 0,33…4,7 мкФ (К73-17, МБМ и др.).
Большинство деталей устройства, кроме электретного микрофона и переменного резистора R5, размещены на текстолитовой плате размером примерно 100х45 мм, помещенной в светонепроницаемый пластмассовый корпус размером 180х55х55 мм (фото 1-2). На торец выведен микрофон (использован от китайской магнитолы), а на верхней части размещены потенциометр R5 с ручкой из изоляционного материала и две пары сетевых гнезд под гирлянды HL2, HL3.
Светодиод HL1 и фоторезистор R12 размещены на плате так, что свет светодиода направлен непосредственно в окно фоторезистора. В данной схеме использован тринистор Д235Б, имеющий небольшой ток управления – 2…3 мА. Вместо него можно использовать КУ201К (Л) – тогда резистор R10 не нужен. Можно использовать КУ202К (Л, М, Н), но ток управления у них доходит до 20 мА, в таком случае следует в цепь управляющего электрода ввести каскад с высоковольтным транзистором (рис. 2а).
Вместо самодельной оптопары со сверхъярким светодиодом и фоторезистором можно применить также транзисторный или диодный оптрон – схема включения с чувствительным тринистором Д235Б показана на рис. 2б. Подстроечный резистор при настойке ставят в такое положение, чтобы лампа нагрузки зажигалась при подаче напряжения на входной светодиод оптрона и гасла, если на входном диоде сигнала нет.
Как уже говорилось, в данной схеме с тринистором мощность на гирлянде, если она горит, изменяется от 50 до 100%. Сделать светомузыку более чувствительной к слабым сигналам, а изменение яркости – более плавным можно, если вместо тринистора применить мощный высоковольтный транзистор. Правда, на транзисторе при этом тепла рассеется гораздо больше, чем на тринисторе, работающем в ключевом режиме, поэтому такой транзистор необходимо установить на хороший теплоотвод.
Но в конструкциях цвето- и светомузыкальных приставок с лампами небольшой мощности – до 100 Вт – применение транзисторов в качестве выходных управляющих элементов может быть оправдано. При этом средняя выделяемая на них мощность, как правило, не превосходит 50% от мощности коммутируемой нагрузки, а радиолюбителям в настоящее время доступны транзисторы с допустимой рассеиваемой мощностью и 100 Вт, например, серии КТ872.
По сравнению с тринисторными схемами с отсечкой фазы, также допускающими плавное управление яркостью нагрузок, транзисторные проще и не создают сетевых помех, а недостатком их является сравнительно большое тепловыделение и, как следствие, необходимость достаточно больших теплоотводов, но для стационарных и переносных конструкций, которыми, к тому же, пользуются не слишком часто, это может быть приемлемо.
Практическая схема включения мощного высоковольтного транзистора для управления нагрузкой показана на рис. 2в. Такой каскад с транзистором, как и рассмотренные ранее с тринистором, с электрической точки зрения является двухполюсником, поэтому подключать нагрузку можно как в цепь эмиттера транзистора VT2, так и в разрыв любого из полюсов выпрямительного диода VD1. На рис. 2г показана схема “зажигания” транзисторного драйвера с помощью транзисторного оптрона. Если захотите применить транзисторный или диодный оптрон с тринистором серии КУ202, также понадобятся два высоковольтных транзистора, по аналогии с рис. 2г.
Иногда на елку вешают и две гирлянды, поэтому на рис. 3 показана практическая схема двухканальной цветомузыкальной установки с разделением частот. Ее схема во многом напоминает первую. Сигнал с электретного микрофона также усиливается операционным усилителем DA1. Разница лишь в том, что в схеме на рис. 1 в блоке питания средняя точка образована делителем напряжения R2, R3, а в схеме на рис. 3 она создана в месте соединения стабилитронов VD5, VD6, но эти вещи в принципе взаимозаменяемы.
Стабилитроны использованы одинаковые; здесь можно использовать стабилитроны с напряжением стабилизации каждого по 9…15 В и максимально допустимым током стабилизации не менее 10 мА. Как и в предыдущей конструкции, они должны быть надежно подпаяны к диодному мосту. Операционный усилитель КР140УД708 также заменяем на К553УД1 (К153УД1) с цепями коррекции или другие. Основное отличие схемы по рис. 3 в том, что к выходу микросхемы DA1 подключен пассивный частотно-разделительный фильтр.
При этом на входной диод оптрона U1 проходит в основном высокочастотная составляющая сигнала, а на входной диод оптрона U2 – низкочастотная составляющая, что, в конечном счете, вызывает вспышки соответствующих ламп накаливания в такт с соответствующими частотами фонограммы. Сила ВЧ составляющей регулируется потенциометром R4 – чем его введенное сопротивление меньше, тем ВЧ сигнал слабее, а интенсивность НЧ составляющей регулируется потенциометром R6 – чем его введенное сопротивление больше, тем НЧ сигнал слабее.
Как и в схеме по рис. 1, диоды VD7, VD8, подключенные параллельно входным диодам оптронов в обратном направлении, защищают их от импульсов обратной полярности. Выходные драйверные каскады аналогичны показанным на рис. 2г с той разницей, что используются диодные, а не транзисторные оптроны (в данном случае они взаимозаменяемы). Как видно по схеме, коллекторы выходных транзисторов VT3, VT6 электрически соединены – это позволило их установить на общий теплоотвод с площадью рассеивания около 475 см² без изолирующих прокладок.
Кроме указанных на схеме, в качестве выходных можно применить мощные высоковольтные n-p-n транзисторы и других типов, например, из серий КТ704 (812, 838, 839, 840, 826, 828, 872), BU208 с учетом их допустимой рассеиваемой мощности и того, что однополупериодный выпрямитель (VD9) снижает мощность ламп примерно на 50%, а также что транзисторы в металлических корпусах отводят тепло лучше, чем в пластмассовых. В качестве предоконечных, кроме серии КТ605, можно применить другие высоковольтные n-p-n транзисторы малой и средней мощности, например, КТ604 (618, 940А,Б) BF258, BF259, BF337, MJE13003, 2SC2482.
Неоновая лампа HL3 – индикатор включения, ее может и не быть, но с ней удобнее. В качестве индикатора включения можно применить также светодиод с ограничительным резистором около 20 кОм, включенный с соблюдением полярности между положительным и отрицательным вы-
водами микросхемы DA1.
Гасящие конденсаторы C7, C8 в принципе могут быть заменены на ограничительные двухваттные резисторы сопротивлением около 15 кОм каждый – тогда отпадает нужда в резисторах R8, R9, R12 – аналогичное применимо и к схеме по рис. 1, но такая замена может ухудшить тепловой режим работы устройства – на каждом из ограничительных резисторов будет выделяться примерно по 1 Вт тепловой мощности, а, как известно, с повышением температуры снижается максимально допустимое напряжение у полупроводниковых приборов и сокращается срок службы оксидных конденсаторов.
Вместо транзисторных оптронов в данном варианте конструкции можно применить самодельные оптроны со сверхъяркими светодиодами и фоторезисторами, как на рис. 1, но так как сверхъяркие светодиоды могут обладать большей “отзывчивостью”, чем входящие в состав промышленных оптронов, схему фильтра для такого варианта лучше будет сделать по рис. 4, возможно, подобрав номиналы резисторов и конденсаторов.
В отсутствии входного сигнала на лампах светомузыкальной приставки с такими каскадами на высоковольтных транзисторах наблюдается небольшое свечение (подкал). В некоторых пределах он регулируется потенциометрами R4, R6. Данное устройство помещено в корпус размером примерно 145х105х105 мм из изоляционного материала. Большинство деталей размещено на плате размером примерно 100х80 мм (фото 3-5).
Обе рассмотренные конструкции предназначены для работы с гирляндами, составленными из ламп накаливания без прерывателей и электронных переключателей эффектов в составе (просто лампочки, провода и вилка). Для их подключения на корпусах приставок были предусмотрены гнезда под стандартные сетевые вилки (на схемах не показаны). Для однополупериодных схем выпрямления гирлянды могут быть на напряжение и несколько меньше 220 В, но не менее 120 В, для двухполупериодных выпрямителей – не менее 220 В.
Со светодиодными гирляндами данные устройства не испытывались. Для нормальной работы устройств микрофон должен находиться возле громкоговорителя, а громкость музыки не должна быть слишком маленькой. Устройства работают даже от динамика мобильного телефона, если его направить прямо в микрофон с расстояния в несколько сантиметров.
