Схемы светомузыки на 12 вольт на светодиодах — как сделать и подключить своими руками

Первые эксперименты по связи света и музыки проводил композитор Скрябин А.Н. еще в царской России. В СССР развитие идеологии медиаискусства принял на себя Галеев А.М., НИИ «Прометей», г. Казань. В это время Ваш покорный слуга занимался разработкой цветомузыкальных устройств в ОКБ при ВЗЭМ г. Волгограда. Сегодня я предлагаю обзор наиболее интересных схем светомузыки с профессиональными комментариями.

Преимущества цветомузыки на светодиодах

В применении к цветомузыкальным устройствам (ЦМУ) светодиоды с ярким свечением имеют ряд преимуществ, по сравнению с лампами накаливания:

  • потребляют заметно меньше энергии;
  • их не нужно красить или ставить перед ними цветные фильтры;
  • схемы ЦМУ проще, не требуется гальваническая развязка.

Простейшая схема светомузыки на 12 В

По этой причине с них и начнем. Для тех, кто не имеет опыта в радиоэлектронике, имеет смысл собрать для начала совсем простую схему на одном биполярном транзисторе. В качестве источника питания можно использовать, например, «крону». Также подойдет любой низковольтный блок питания, который найдется в доме, сгодится и зарядка для мобильника с выходом 5 Вольт. В последнем случае сопротивление резистора, ограничивающего ток через светодиод, нужно уменьшить до 220 Ом.

Маркировка полупроводников указана на фото. Подключаете схему к колонке или громкоговорителю машины, и светодиод начинает мигать. Если он светится постоянно, нужно уменьшить уровень громкости, если совсем не горит – наоборот увеличить. Транзистор будет открываться и обеспечивать ток питания нагрузки каждый раз, когда напряжение на его базе будет превышать определенное значение. Получилась простейшая светомузыка, так как свечение излучателя связано с громкостью музыки.

Далее мы будем постепенно наращивать функционал схем, естественно, усложняя их. Советую последовательно ознакомиться со всем материалом, так как при этом Вы научитесь комбинировать части схем, создавая собственное устройство с нужными характеристиками. При этом во всех случаях используются однотипные, взаимозаменяемые элементы.

Самая простая цветомузыка на транзисторах

Это схема именно цветомузыки, так как устройство обеспечивает связь частоты звука с цветом светового излучателя. Три канала различаются RC фильтрами, установленными перед транзисторами. В результате нижний канал цветомузыки, к которому подключен красный светодиод, реагирует на звуковые сигналы частотой ниже 300 Гц, средний, с синим светодиодом, работает в диапазоне 300-6000 Гц, а верхний, к которому подключен зеленый светодиод, работает от сигналов выше 6000 Гц. Звуковой сигнал, как и в прошлом варианте, подается с выхода для наушников, колонок или динамиков авто.

Деление на частотные диапазоны в ЦМУ условное и может быть выбрано другим. Более того, границы каналов по частоте получаются нечеткие из-за низкой избирательности фильтров, а еще они заметно сдвигаются из-за разброса параметров радиоэлементов. При этом три переменных резистора на входе схемы позволяют отрегулировать ее так, чтобы светодиоды мерцали примерно с одинаковой интенсивностью.

Маркировку керамических конденсаторов смотрите на фото. Транзисторы все те же КТ315 или КТ3102. Подойдут вообще почти любые биполярные структуры р-n-р. Можно использовать элементы проводимости n-р-n, если сменить полярность подключения питания и светодиодов.

Если установить мощные транзисторы, например, КТ805, то к выходу устройства можно подключить много светодиодов или светодиодную ленту. Еще лучше использовать составные транзисторы КТ829 с большим коэффициентом усиления, с которыми чувствительность устройства заметно вырастет.

Количество светодиодов, которые можно подключить параллельно, определяется их рабочим током и максимальным током коллектора транзистора. Например, максимальный ток коллектора транзисторов КТ315 с индексом Ж, И составляет 50 мА, значит, допускается в нагрузке один светодиод с рабочим током 30 мА. Эти же транзисторы с другими индексами допускают нагрузку до 100 мА, значит, можно подключить параллельно пару аналогичных светодиодов.

Мощные транзисторы могут использоваться с радиаторами, так что для них нужно принимать максимальный ток коллектора в том режиме, в котором Вы собираетесь их использовать. Какой ток потребляет конкретная светодиодная лента, нужно читать на ее упаковке.

Светодиоды имеют разброс параметров, так что, если их соединить параллельно без отдельных резисторов, свечение будет разным. Токоограничивающие резисторы легко рассчитать, пользуясь законом Ома. Для этого надо знать рабочее напряжение и ток используемых светодиодов. Если считать не хочется, можно сначала подключить сопротивление 200 Ом в любой из рассматриваемых схем. Если светодиод горит плохо, сопротивление надо уменьшать до того, пока ток через светодиод не достигнет нужного значения (от 10 до 30 мА в зависимости от марки).

Фильтры в этой схеме несколько другие, но сути это не меняет. Как и в прошлом случае, на входе можно предусмотреть подстроечные или переменные резисторы для выравнивания чувствительности каналов. В следующем видео демонстрируется сборка представленного выше устройства.

Звуковой сигнал в рассмотренных схемах подается с выхода для наушников или колонок. Для того, чтобы повысить чувствительность устройства и обеспечить его работу от сигнала с линейного выхода любого гаджета, необходим предварительный усилитель. Представленная схема подключается к входу всех рассмотренных выше схем. Переменный резистор R1 обеспечивает согласование уровня сигнала, чтобы светодиоды работали оптимально.

Можно вовсе избежать электрического соединения, если снабдить самодельную цветомузыку микрофоном с подключением по представленной схеме. Переменный резистор R4 обеспечивает согласование уровня. Подойдет почти любой электретный микрофон. Резистор R1 обеспечивает питание и нагрузку микрофона. Электретный микрофон – полярное устройство, так что его минус нужно соединять с минусом питания, а плюс подключить к точке R1, С1.

Как сделать своими руками четырехканальную приставку

Если собрать вместе рассмотренные выше схемы цветомузыки, получится примерно такой вариант. В данном случае частотный диапазон звукового сигнала разделен на 4 полосы, соответственно предусмотрено 4 канала, и RC фильтры перед транзисторами немного другие.

На входе четырехканальной цветомузыки имеется предварительный усилитель на транзисторах VT1, VT2, так что сигнал на ЦМУ можно подавать с линейного выхода компьютера и любого другого прибора. При этом переменный резистор R3 обеспечивает регулировку практически любого входного сигнала. Резисторы R1, R2 обеспечивают развязку стереосигнала по входу. Подстроечные резисторы R7, R10, R14, R18 позволяют отрегулировать чувствительность каждого канала по отдельности. Диоды на базах транзисторов «срезают» положительную составляющую сигнала переменного тока, и транзисторы открываются отрицательной полуволной сигнала с фильтра.

В схеме предусмотрен стабилизированный источник питания на КР142ЕН5. Для его сборки требуется трансформатор, и зачастую проще использовать любой имеющийся блок питания постоянного тока с выходным напряжением 9-12 В. Восемь цепочек светодиодов с рабочим током по 30 мА потребуют питание порядка 240 мА, так что блок питания с максимальным током нагрузки 500 мА и более точно подойдет. Подойдет и нестабилизированный источник напряжения, так как светодиоды имеют низкий динамический диапазон свечения, и пульсации по питанию не будут вызывать их ложное срабатывание.

Мы уже обсуждали возможность параллельного включения светодиодов с токоограничивающими резисторами. В этой схеме они соединены еще и последовательно. При этом нужно обеспечить, чтобы суммарное падение напряжения на включенных последовательно светодиодах была заведомо меньше напряжения питания схемы.

Например, для двух включенных последовательно светодиодов с рабочим напряжением 3,6 В получаем 2х3,6 В =7, 2 В, что меньше 9 В питания. «Запас» по напряжению нужно погасить резистором с учетом дополнительного падения напряжения на открытом транзисторе порядка 0,7 В. В качестве примера считаем «запас» по напряжению для двух светодиодов: 9 В – 7,2 В – 0,7 В = 1,1 В. Теперь по закону Ома, для светодиодов с рабочим током 20 мА получаем: 1,1 В: 20 мА = 55 Ом.

Таким образом, подавая более высокое напряжение, можно включать последовательно больше светодиодов, не увеличивая мощность транзисторов. При этом безопасным следует считать напряжение не более 36 В и нужно использовать транзисторы и электролитические конденсаторы, которые имеют соответствующие параметры.

Собирать устройство удобно на печатной плате, эскиз которой представлен на фото. Размеры платы 80х45 мм.

Транзисторы КТ502 (с любым буквенным индексом) можно заменить на КТ503 с полярностью n-p-n. При этом одновременно необходимо заменить КТ361 на КТ315 или КТ3102 (с любым буквенным индексом), а также сменить полярность подключения питания, диодов, светодиодов и электролитических конденсаторов. В этом случае вместо предварительного усилителя можно подключить микрофон по рассмотренной выше схеме.

Маркировку конденсаторов мы рассмотрели выше. При параллельном соединении их емкость суммируется, что облегчает подбор элементов для фильтров. Напряжение, указанное на корпусе электролитических конденсаторов, должно быть заведомо больше напряжения источника питания. Конденсатор С8 должен быть рассчитан не менее, чем на 25 В.

Резисторы подойдут любые мощностью 0,125-0,25 Вт. Цветная маркировка поможет определить их номиналы. Подстроечные резисторы мы рассмотрели выше, переменный резистор подойдет любой, подходящий по размерам.

Диоды VD1 – VD4 любые малогабаритные. Для Д9 маркировка указана на фото.

В блоке питания в качестве выпрямителя удобнее использовать готовый диодный мост. При его отсутствии подойдут дискретные диоды типа КД105, КД106, КД209 и прочие с рабочим током не менее 300 мА. Если подобрать малогабаритные элементы, их удастся установить на плату вместо диодного моста. Светодиоды нужного цвета выбирайте с ярким свечением. Желательно знать их рабочее напряжение и номинальный ток питания.

Вместо КР142ЕН5 удобнее использовать КР142ЕН8А,Г, которая обеспечивает 9 В на выходе без резистора R22. В этом случае вместо него ставится перемычка. Трансформатор нужно подобрать с напряжением на выходе 12-15 В с током нагрузки не менее 300 мА. В следующем видео пошаговая инструкция по сборке ЦМУ.

Установка с микрофоном на светодиодной ленте RGB

Следующее ЦМУ 3-х канальное. Здесь операционные усилители (ОУ) А1.2, А1.3, А1.4 вместе с набором RC элементов образуют активные фильтры. На ОУ А1.2 собран низкочастотный фильтр, и к выходу канала подключены красные светодиоды, на ОУ А1.3 собран среднечастотный фильтр, и к выходу канала подключены зеленые светодиоды, на ОУ А1.4 собран высокочастотный фильтр, и к выходу канала подключены синие светодиоды.

Фильтры активного типа обеспечивают заметно более высокую избирательность, чем рассмотренные выше схемы. При этом частотных диапазонов всего три, и эффект связи уровня звучания музыки соответствующих частот с яркостью свечения светодиодов определенного цвета становится более выразительным.

ОУ А1.1 выполняет роль предварительного усилителя сигнала с встроенного микрофона. Резистор R1 обеспечивает питание и нагрузку микрофона. Электретный микрофон М1 – полярное устройство, так что его минус нужно соединять с минусом питания, а плюс подключить к точке R1, С3.

Переменный резистор R6 обеспечивает регулировку общей чувствительности устройства. Элементы R18, R21, R24 обеспечивают настройку яркости мерцания каждого канала по отдельности.

Для питания устройства используется однополярный источник, поэтому для ОУ с двухполярным питанием выполнена схема «виртуальная земля». Она выполнена на элементах R2, R3 и С2 и обеспечивает половину напряжения источника питания. Прямые входы всех ОУ подключены к «виртуальной земле» через резисторы 100 кОм.

Четыре ОУ схемы находятся в одном корпусе микросхемы КР1402УД2 (зарубежный аналог LM324). Конечно, можно использовать четыре ОУ общего применения в отдельных корпусах, например, КР140УД708. При этом топология печатного монтажа изменится.

 

Выходные каскады каналов выполнены по схеме составных элементов и состоят из пары транзисторов. К коллекторам транзисторов средней мощности КТ817 подключены минусы соответствующего цвета светодиодной ленты RGB. Подстроечные элементы R19, R22 и R25 позволяют установить начальное напряжение смещения, при котором светодиоды будут немного светиться при отсутствии звукового сигнала. Такой режим работы позволит избежать резких вспышек света и сделает работу ЦМУ более плавной. Однако в этом случае на транзисторах будет выделяться значительная мощность, и они могут перегреться при использовании без радиаторов.

Хотя КТ817 допускают максимальный ток до 3000 мА, однако максимальная рассеиваемая мощность с применением без радиатора составляет 1 Вт. В пересчете это означает, что в обозначенном выше режиме при использовании без радиатора нельзя подключить более 3-х светодиодов параллельно. На практике это значит, что чем больше рабочий ток RGB ленты, тем большей площади радиаторы необходимо использовать. Все прочие радиоэлементы схемы подбираются по тем же принципам, что и для всех вышеизложенных схем.

Таким образом, мы рассмотрели схемы светомузыкальных устройств в порядке возрастания их функциональности и сложности. Цветомузыка своими руками — хороший опыт в освоении электроники, а также интересная самореализация. Если внимательно изучить материал, можно создать своими руками устройство для вечеринок по собственным требованиям, с учетом имеющихся радиодеталей. В заключение посоветую серьезно отнестись к оформлению собственно подсветки. Для создания праздника цвета и музыки ее исполнение может оказаться даже более значимым, чем выбор схемы устройства.

 

Своими руками: от поделок в саду до строительства дома
Комментариев: 1
  1. Aleks

    Сложный вопрос, конечно. Ничего не стоит купить китайскую мигалку и самому заморачиваться не хочется. Зато осваиваешь схемотехнику и удивляешь друзей на вечеринке. Интересно попробовать, так, для себя.

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: