Светодиодный транзисторный индикатор для усилителя. Индикаторы уровня. Краткое описание LM3915

Изготовляя свой усилитель мною было твердо решено сделать по 8-10 ячеечному светодиодному индикатору выходной мощности на каждый канал(4 канала). Схем подобных индикаторов полным-полно, нужно только выбрать под свои параметры. На данный момент выбор чипов, на которых можно собрать индикатор выходной мощности УНЧ, очень большой, ну вот например: КА2283, LB1412, LM3915 и т.п. Что может быть проще чем купить такой чип и собрать схему индикатора) Я в свое время пошел немножко другим путем...

Предисловие

На изготовление индикаторов выходной мощности для своего УНЧ я выбрал схему на транзисторах. Вы спросите: а почему не на микросхемах? - постараюсь объяснить плюсы и минусы.

Из плюсов можно отметить то, что собирая на транзисторах можно максимально гибко отладить схему индикатора под нужные вам параметры, выставить нужный диапазон индикации и плавность реакции как вам нравится, количество ячеек индикации - да хоть сотня, лишь бы терпения хватило на их регулировку.

Также ожно использовать любое питающее напряжение(в пределах разумного), спалить такую схему очень сложно, в случае неисправности одной ячейки можно быстро все исправить. Из минусов хочу отметить то что на наладку данной схемы по своим вкусам придется потратить немало времени. Делать на микросхеме или транзисторах - решать вам, исходя из ваших возможностей и потребностей.

Индикаторы выходной мощности собираем на самых распространенных и дешевых транзисторах КТ315. Думаю, каждый радиолюбитель хоть раз в своей жизни сталкивался с этими миниатюрными цветными радиокомпонентами, у многих они валяются пачками по несколько сотен и без дела.

Рис. 1. Транзисторы КТ315, КТ361

Шкала моего УНЧ будет логарифмическая, исходя из того что максимальная выходная мощность будет порядка 100Ватт. Если сделать линейную то при 5 Ваттах ничего не будет даже светиться или же придется делать шкалу на 100 ячеек. Для мощных УНЧ нужно чтобы между мощностью на выходе усилителя и количеством светящихся ячеек была логарифмическая зависимость.

Принципиальная схема

Схема до безобразия проста и состоит из одинаковых ячеек, каждая из которых настроена на индикацию нужного уровня напряжения на выходе УНЧ. Вот схема на 5 ячеек индикации:

Рис. 2. Схема индикатора выходной мощности УНЧ на транзисторах КТ315 и светодиодах

Выше приведена схема на 5 ячеек индикации, клонировав ячейки можно получить схему на 10 ячеек, как раз такую я и собирал для своего УНЧ:

Рис. 3. Схема индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Номиналы деталей в данной схеме рассчитаны под напряжение питания порядка 12 Вольт, не считая резисторов Rx - которые нужно подбирать.

Расскажу о том как работает схема, все очень просто: сигнал с выхода усилителя НЧ идет на резистор Rвх после чего диодом D6 срезаем полуволну и потом постоянное напряжение подаем на вход каждой ячейки. Ячейка индикации представляет собой пороговое ключевое устройство которое зажигает светодиод при достижении некоторого уровня на входе.

Конденсатор С1 нужен для того чтобы при очень большой амплитуде сигнала сохранялась плавность выключения ячеек, а конденсатор С2 реализовывает задержку свечения последнего светодиода на некую долю секунды, чтобы показать что достигнут максимальный уровень сигнала - пик. Первый светодиод обозначает начало шкалы и поэтому светится постоянно.

Детали и монтаж

Теперь о радиодеталях: конденсаторы С1 и С2 подберете по своему вкусу, я взял каждый по 22МкФ на 63В(на меньший вольтаж не советую брать для УНЧ с выходом в 100Ватт), резисторы все МЛТ-0.25 или 0.125. Транзисторы все - КТ315, желательно с буквой Б. Светодиоды - любые которые сможете достать.

Рис. 4.Печатная плата индикатора выходной мощности УНЧ для 10 ячеек (кликни для увеличения)

Рис. 5. Расположение компонентов на печатной плате индикатора выходной мощности УНЧ

Все компоненты на печатной плате не обозначал поскольку ячейки идентичны и вы без особых усилий сами разберетесь что и куда впаивать.

В результате моих трудов получились четыре миниатюрных платки:

Рис. 6. Готовые 4 канала индикации для УНЧ мощностью 100 Ватт на канал.

Настройка

Сначала настроим яркость свечения светодиодов. Определяем какое нам надо сопротивление резисторов чтобы добиться нужной яркости светодиодов. Подключаем последовательно к светодиоду переменный резистор на 1-6кОм и подаем на эту цепочку питания с таким напряжением, от которого будет питаться вся схема, у меня - 12В.

Крутим переменник и добиваемся уверенного и красивого свечения. Отключаем все и замеряем тестером сопротивление переменника, вот вам и номиналы для R19, R2, R4, R6, R8... Этот способ является экспериментальным, можно также посмотреть в справочнике максимальный прямой ток светодиода и посчитать сопротивление за законом Ома.

Самый длительный и ответственный этап настройки - настройка порогов индикации для каждой ячейки! Будем настраивать каждую ячейку подбирая для нее сопротивление Rx. Поскольку у меня будет 4 таких схемы по 10 ячеек то сначала отладим данную схему для одного канала, а другие на основе ее настроить будет очень просто, используя последнюю как эталон.

Ставим вместо Rx в первой ячейке переменный резистор на 68-33к и подключаем конструкцию к усилителю(лучше к какому-нибудь стационарному, заводскому где есть своя шкала), подаем напряжение на схему и включаем музыку так чтоб было слышно, но на маленькую громкость. Переменным резистором добиваемся красивого подмигивания светодиода, после этого отключаем питание схемы и измеряем сопротивление переменника, впаиваем вместо него постоянный резистор Rx в первую ячейку.

Теперь идем к последней ячейке и делаем то же самое только раскачав усилитель до максимального предела.

Внимание!!! Если у вас очень "доброжелательные" соседи то можно не использовать акустических систем, а обойтись подключенным вместо акустической системы резистором в 4-8 Ом, хотя удовольствие от настройки уже будет не то))

Добиваемся переменным резистором уверенного свечения светодиода в последней ячейке. Все остальные ячейки, кроме первой и последней(мы уже их настроили), настраиваете как вам нравится, на глаз, отмечая при этом для каждой ячейки значение мощности на индикаторе усилителя. Настройка и градуировка шкалы остается за вами)

Отладив схему для одного канала(10 ячеек) и спаяв вторую придется так же провести подбор резисторов, поскольку каждый транзистор имеет свой коэффициент усиления. Только никакого усилителя ту уже не нужно и соседи получат небольшой таймаут - просто спаиваем входы двух схемок и подавая туда напряжение, например с блока питания, подбираем сопротивления Rx добиваясь симметричности свечения ячеек индикаторов.

Заключение

Вот и все, что я хотел рассказать о изготовлении индикаторов выходной мощности УНЧ с использованием светодиодов и дешевых транзисторов КТ315. Свои мнения и примечания пишите в комментариях...

UPD: Юрий Глушнев прислал свою печатную плату в формате SprintLayout - Скачать .

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

Не смену стрелочным индикаторам уровня сигнала все чаще приходят световые. Их можно встретить в современных высококачественных радиоприемниках, магнитофонах, звуковоспроизводящих устройствах.
Несложный световой индикатор можно собрать на нескольких светодиодах н транзисторах. По сравнению со стрелочным такой индикатор будет обладать большим входным сопротивлением и высокой чувствительностью, что позволит подключать его непосредственно к детектору радиоприемника или высокоомной нагрузке источника сигнала звуковой частоты.

Схема светодиодного индикатора приведена на 4-й с. вкладки (рис. 3). Он состоит из усилителя на транзисторах VT1, VT2 и «световой» шкалы, образованной семью рядом расположенными светодиодами (HL1 — HL7).
Пока нет входного сигнала, полевой транзистор VTt почти закрыт — это состояние определяется напряжением на истоке транзистора, которое, в свою очередь, устанавливают подстроенным резистором R4. В цепи стока протекает незначительный ток, и падения напряжения на резисторе R2 недостаточно для открывания транзистора VT2. Сеетодиоды погашены.
При подаче на затвор полевого транзистора положительного (по отношению к истоку) напряжения этот транзистор открывается тем сильнее, чем больше напряжение. Соответственно изменяется тон стока, а значит, падение напряжения на резисторе R2.
Аналогичное явление наблюдается и в каскаде на транзисторе VT2: чем больше падение напряжения на резисторе R2, тем сильнее открывается транзистор, тем больший ток протекает в его коллекторной цепи. По мере увеличения этого ток* поочередно зажигаются светодиоды HL1 — HL7, начиная с самого нижнего по схеме. Вот как это происходит.
В момент появления коллекторного тока транзистора VT2 он практически полностью протекает через резистор R12 и саетодиод HL7, создавая падение напряжения на этом участке (в точке А относительно общего провода)* При определенном токе саетодиод вспыхивает, напряжение на нем становится равным 1,8...1,9 В и при дальнейшем росте тока не изменяется. Иначе говоря, светодиод становится стабилитроном.
Но зато с ростом токе будет увеличиваться напряжение в точке А. Как только оно достигнет суммы падений напряжений на «работающем» светодиоде и открытом диоде VD6 (0,7 В), т. о. примерно 2,5...2,6 В, вспыхнет светодиод HL6.
Следующий светодиод (HL5) загорится при дальнейшем увеличении коллекторного тока транзистора VT2, когда напряжение на аноде этого саето-диода (в точке Б) превысит сумму падений напряжений на горящем свето-диоде и открытых диодах VD4, VDS. Последующие светодиоды будут вспыхивать только после увеличения напряжения на их анодах (относительно общего провода) примерно на 0,7 В по сравнению с напряжением пл аноде предыдущего (более нижнего по схеме) с вето диоде.
При снижении же коллекторного тока транзистора VT2 светодиоды поочередно гаснут от верхнего, по семе, до нижнего.
Светодиодный индикатор обладает неплохой линейностью — об >том свидетельствует его «амплитудная» характеристика, приведенная на рис- 2 вкладки,— зависимость включения (зажигания) того или иного с ее то диода от уровня входного сигнала. Линейность определяется как точностью подбора резисторов R7 — RI2, так и одинаковостью параметров светодиодов и диодов.
Индикатор способен работать не только от постоянного напряжения на входе, но и от сигнала звуковой частоты. В этом случае он управляется лишь положительными полуволнами переменного напряжения.
Кроме указанных на схеме, в индикаторе можно применить транзисторы КП302А, КП303Д КП307Б, КП307Ж
(VT1), KT208K. KT209A — KT20$K, KT501A — KT501K, KT502A, КТ502Б (VT2), светодиоды АЛ102А — АЛ102Г, АЛ307А, АЛ307Б, любые диоды серий КД102, КДЮЗ, Д220. Д223, Д226, КД521. Подстроечный резистор может быть СПЗ-1, СП5-2, СП5-16, остальные резисторы — МЛТ или ВС мощностью 0,125 или 0,25 Вт.
Детали индикатора смонтированы на печатной плате (рис. 4 на вкладке) из одностороннего фольгированного
стеклотекстолита. Светодиоды расположены в ряд (рис. I вкладки), чтобы образовалась своеобразная световая шкала, когда плата будет укреплена на лицевой панели устройства, скажем, тюнера.
Налаживание индикатора сводится к установке подстроечным резистором R4 такого коллекторного тока транзистора VT2, чтобы светодиод HL7 едва светился либо был на грани зажигания.
При необходимости уменьшить чувствительность индикатора следует включить между его входом и источником сигнала резистор и подобрать его сопротивление. Если индикатор будет использоваться для контроля сигнала звуковой частоты, вместо дополнительного резистора на входе включают конденсатор (КЛС, КМ-1) емкостью примерно 0,033 мкФ, а резисторы R7 — R12 берут вдвое меньших номиналов по сравнению с указанными на схеме. В случае подключения индикатора непосредственно к выходу мощного усилителя каскады на транзисторах можно вообще изъять, включив между левым по схеме выводом резистора R6 и выходом усилителя любой диод из вышеуказанных. Катод диода должен соединяться с резистором.

1. Плата индикаторов (сменная).

2. Плата левого канала.

3. Плата правого канала.

Уровни индикации:

Калибровка производилась при помощи милливольтметра раздельно по каналам и затем уже как сравнение двух вместе. Конструктивно микросхемы стоят в панелях, для удобства замены, к примеру для логарифмического индикатора на LM3915.

Ее основу составляют 10 компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подается входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения. Выходы компараторов являются генераторами втекающего тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов. Индикация может производиться или одним светодиодом (режим "точка”), или линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим "столбик”). Входной сигнал Uвх подают на вывод 5, а напряжения, определяющие диапазон индицируемых уровней, - на выводы 4 (нижний уровень Uн) и 6 (верхний уровень Uв).

Таблица рабочих параметров микросхемы LM3914

Ток потребления при всех горящих LED сегментах обоих каналов порядка 1,3А при питании 5В. На платах не применен входной усилитель сигнала, но чувствительность его такова, что нижний предел (первый сегмент) можно зажечь меньше чем 20 mv переменного сигнала.

Уровня сдвоенная на 2 канала имеет размер 157х32 мм. Каждая плата канала раздельная (левый и правый) имеет размер 157х24 мм. В собраном виде конструктив имеет размеры: 157х32х45 мм.

В качестве настройки правильной линейности шкалы необходимо выбрать пределы нижних и верхних уровней для каждой микросхемы. Принципиально есть возможность при желании растянуть шкалу каждого канала в несколько раз при данном схемном решении.

Эта схема — простой индикатор уровня, построенный на основе популярной и недорогой микросхемы LM3916. Устройство отлично подойдёт для микшера, усилителя или . Оно позволяет вести визуальный контроль уровня звукового сигнала, благодаря чему мы можем избежать перегрузок и связанных с ними искажений.

Принципиальная схема

На входе работает линейный выпрямитель переменного напряжения сигнала, он построен на основе операционного усилителя TL081, что позволяет поддерживать высокую точность также при входных сигналах порядка нескольких десятков милливольт. Конструкция платы позволяет разрезать её на 2 части и спаять под углом 90 градусов. Это позволит легко выполнить индикатор под монтаж на передней панели, причём сразу для двух каналов — стерео.

О функциях радиоэлементов

Резистор R4 (2,2 k) ограничивает ток светодиода, а R5 (4,7 k) выполняет функцию «искусственной массы» для операционного усилителя U2 (TL081). Входное сопротивление системы определяется номиналом R1 (470k). Элементы R1 (470k), R2 (470k), R3 (10k), C4, D11 (1N4007) и D12 (1N4007) — обвязка усилителя ОУ U2 (TL081), вместе они образуют выпрямитель. Схему необходимо питать напряжением 9-25 В. Среднее потребление тока составляет 10 мА при 12 В.

Сборка и настройка LED индикатора

Индикатор собираем на печатной плате. Монтаж следует начинать установки одной перемычки. В дальнейшем следует установить элементы R2 и R3, лежащие под U1 и R1, расположенным под U2. Порядок пайки остальных элементов является произвольным, но лучше сперва впаять панельки под микросхемы, так как из-за очень большого уплотнения радиоэлементов потом будет тяжелее. Если захотите сделать версию стерео индикатора — можете разрезать плату в месте между U1 и LED, спаяв обе части под прямым углом. Это позволит разместить 2 платы индикатора уровня близко друг к другу (как на фото).

Файлы печатной платы

Рисунок платы и расположение на ней деталей можно скачать в этом