И да начнется светомузыка! Микросхемы AN6884, ч.1


Светомузыка на AN6884 – от простого к сложному

В этой статье я расскажу о применении популярной микросхемки AN6884. Начнём мы с простого индикатора на 5 светодиодах, который легко может собрать любой начинающий радиолюбитель, а закончим огромным 7-полосным спектроанализатором для тех, кто уже попробовал свои силы в простых схемах и хочет чего-то большего.

Линейка из 5 светодиодов

Рассматриваемая микросхема позволяет управлять шкалой из 5 светодиодов, отображая на ней уровень звукового сигнала. Сигнал не обязательно должен быть звуковым. Но поскольку шкала в этой микросхеме логарифмическая, то она прекрасно подходит для индикации уровня звука.

В даташите авторы предлагают нам такую схему включения микросхемы AN6884:

Схема включения AN6884 по даташиту

Напряжение питания Vcc можно подавать в очень широком диапазоне – от 3 до 16 вольт. Мы в наших экспериментах ограничимся 9 вольтами от «Кроны». От напряжения питания зависит только величина сопротивления R, ограничивающего ток через светодиоды.

Резистор и конденсатор, подключенные к 7-й ноге играют роль времязадающей RC-цепочки. Изменяя номинал резистора, можно изменять скорость спадания светодиодной линейки. Если вместо 10 кОм поставить 2…3 кОм, столбик будет двигаться быстрее. Если заменить его на 30 кОм, столбик будет шевелиться намного медленнее. Оптимальным, на мой взгляд, является значение в 8…10 кОм.

Схема включения AN6884

Схему можно немного переделать (рис.3). Вместо одного общего резистора R поставить пять отдельных на каждый светодиод. Так можно сделать яркость светодиодов более равномерной. Если используются светодиоды разных цветов, то можно подобрать подходящие резисторы для каждого типа светодиодов. Часто случается, что зелёные и синие светодиоды при одном и том же токе горят ярче, чем красные и жёлтые.

На входе схемы стоит стандартный аудио-разъём 3,5мм. Его общий провод соединён с общим проводом схемы, а один из каналов (левый или правый) подключён ко входной цепи. Важно: если вы хотите брать сигнал с левого и правого канала одновременно, ни в коем случае нельзя их замыкать. О том, как снять сигнал с двух каналов сразу, будет рассказано ниже.

Демонстрация работы схемы:

Добавляем предварительный усилитель

На первый взгляд схема работает неплохо. Однако, есть несколько проблем. Плеер приходится выкручивать почти на максимальную громкость, чтоб линейка диодов загоралась полностью. И кроме того, индикатор отображает общую громкость музыки, а не мигает в такт ритму. В результате индикатор выглядит не очень динамично.

Как это исправить? Поставим предварительный усилитель и фильтр низких частот. Их мы сделаем на операционных усилителях. Возьмём микросхему RC4558. Она поставляется в корпусе DIP-8 и имеет внутри два независимых операционных усилителя – как раз столько нам и нужно.

Структурная схема RC4558:

Структурная схема RC4558

Схема с усилителем и смешением каналом:

Схема с усилителем и смешением каналом

Через резисторы R8, R9 и переменный резистор R10 смешиваются сигналы левого и правого каналов. Операционный усилитель DA2 работает в качестве предварительного усилителя, который увеличивает уровень входного сигнала до требуемого. Коэффициент усиления операционника в таком включении определяется по формуле 1 + R13 / R12. В нашем усилителе это будет 1 + 200 / 10 = 21. Такого усиления вполне достаточно, чтобы зажигать все 5 светодиодов даже при небольшой громкости на входе. Если уровень звука будет слишком большим (все светодиоды будут гореть непрерывно), его всегда можно отрегулировать переменным резистором R7.

В большинстве аудио-схем с операционными усилителями применяется двухполярное питание: имеется земля (нулевой потенциал), положительное напряжение +U и отрицательное напряжение той же величины -U. Это удобно для усиления обработки звукового сигнала, поскольку звук является сигналом переменной полярности.

Но в нашем распоряжении есть только одна 9-вольтовая батарейка. Подключать две батарейки или специальный блок питания будет совершенно нерационально. Поэтому мы создадим искусственную «среднюю точку» – точку, потенциал которой относительно земли будет равен половине напряжения питания.На данных схемах она обозначена в виде треугольника. Средняя точка на рис.6создаётся делителем напряжения резисторах R15 и R16 и конденсатором С4. Чем меньше номинал резисторов R15 и R16, тем более стабилен потенциал в средней точке, но при этом больше ток, идущий через резисторы. В нашем случае будет достаточно резисторов на 1…2 кОм.

Фильтруем низкие частоты

Теперь можно задействовать второй операционный усилитель в составе RC4558 и сделать на нём фильтр низких частот.

Схема с ФНЧ

На резисторе R14 и конденсаторе С4 собран фильтр низких частот с верхней границей пропускания около 80 Герц. Эта частота называется частотой среза и определяется по формуле 1/(2*Pi*R14*C4). Все составляющие звука ниже 80 Герц проходят через фильтр практически без изменений, а более высокие частоты существенно ослабляются. Причём, чем выше частота, тем сильнее ослабление. Операционный усилитель DA2.2 служит повторителем. Он «повторяет» на своём выходе сигнал, который поступает на его вход. Это делается для того, чтобы элементы, стоящие после фильтра низких частот (это С6, R7, DA1) не влияли на полосу пропускания фильтра.

Теперь с фильтром низких частот схема работает намного интереснее и эффектнее. Столбики прыгают чётко в такт ритму. В этом можно убедиться, сравнив новое видео с предыдущим. В конце ролика – демонстрация работы в темноте. Не пропустите!

Расширяем индикаторы

Можно двинуться дальше и собрать нечто более сложное и впечатляющее. Например, индикатор, состоящий не из 5, а из 10 светодиодов. Существуют два способа это сделать, совместив две микросхемы AN6884.

Первый способ. Совместим два индикатора так, чтобы светодиоды, подключенные к одной и к другой AN6884 чередовались. На рис.9 все нечётные светодиоды подключены к DA1, а все чётные – к DA2.

Допустим, мы соединим входы (8-е вводы) и пустим на них один и тот же сигнал. В этом случае микросхемы будут работать абсолютно синхронно и светодиоды будут включаться парами (HL1-HL2, HL3-HL4 и т.д.)

Нам же надо, чтобы они загорались по очереди – HL1, HL2, HL3, HL4 и т.д. Для этого мы при помощи резисторов R14 и R15 немного ослабляем уровень сигнала на входе одной из микросхем – DA1. Точной подстройкой резистора R14 добиваемся того, чтобы светодиод HL2 загорался после HL1, HL4 загорался после HL3. После подстройки резистор R14 нам больше не надо трогать. Далее общий входной уровень для двух микросхем задаём переменным резистором R13.

Схема с двумя AN6884

Получившийся индикатор более точно отображает уровень звука, чем индикатор на 5 светодиодах. Важные условия: номиналы резисторов R11 и R12 и конденсаторов С1 и С2 должны быть равны, чтобы столбики нарастали и спадали с одинаковой скоростью.

Второй способ. Поставим две шкалы «друг на друга». Светодиоды с 1-го по 5-й подключены к микросхеме DA1, светодиоды с 6-го по 10-й подключены к DA2.

На вход микросхемы DA2 нужно пустить сигнал, сильно ослабленный, по сравнению с сигналом на входе DA1. Это ослабление, как и в прежнем случае, задаётся резисторами R14 и R15. Подстройкой резистора R15 подбирается такой режим, при котором светодиод HL6 загорается сразу после светодиода HL5.

Схема с двумя AN6884

Такой индикатор будет отображать уровень громкости в более широком диапазоне, чем предыдущие версии.

Строим спектроанализатор

Развивая дальше эти схемы, можно собрать ещё более интересные устройства. Например, многоканальный спектроанализатор – светомузыкальное устройство с прыгающими световыми столбиками, где каждый столбик соответствует определённой полосе частот – от низких до высоких.

Для этого понадобится разместить несколько индикаторов и подключить к ним сигнал через полосовые фильтры, настроенные на различные частоты. К выходу операционного усилителя DA2.1 на рис.8 вместо фильтра низких частот на R14, C4, DA2.2 следует подключить параллельно несколько полосовых фильтров подобного вида:

Полосовой фильтр

К выходу каждого фильтра подключается индикатор на двух AN6884. В таблице приведены значения ёмкостей и сопротивлений для разных полос 7-полосного спектроанализатора. Значения рассчитывались через программу Filter Wiz Pro.

Центральная частота 100 Гц 200 Гц 500 Гц 1 кГц 2 кГц 5 кГц 10 кГц
Ширина полосы 10 Гц 20 Гц 50 Гц 100 Гц 200 Гц 500 Гц 1 кГц
Ra 390 Ом 75 Ом 91 Ом 240 Ом 72 Ом 51 Ом 24 Ом
Rb 100 кОм 82 кОм 100 кОм 100 кОм 82 кОм 91 кОм 91 кОм
Ca 330 нФ 100 нФ 33 нФ 33 нФ 10 нФ 4,7 нФ 330 нФ
Cb 330 нФ 1 мкФ 330 нФ 33 нФ 100 нФ 47 нФ 330 нФ

Именно такую схему я собрал четыре года назад, когда ещё только осваивал электронику. На фотографии результат работы. Для сравнения размеров: рядом 17-дюймовый монитор.

Фото спектроанализатора

И, конечно, видео работы этого аппарата:

И в завершение

Сегодня, если бы я заново делал подобный спектроанализатор, я бы, разумеется, сделал бы его на микроконтроллерах с АЦП и быстрым преобразованием Фурье. Вышло бы намного проще и дешевле. Но для начинающих радиолюбителей будет очень интересно и полезно попробовать свои силы в аналоговых схемах, наподобие этой. Желаю всем тем, кто только начинает свой путь в электронике удачи в этом непростом, но увлекательном деле!

Предупреждение: Проявляйте осторожность при экспериментах со светомузыкальными устройствами, когда подключаете к ним свои айфоны и айподы. Особенно это относится к макетным платам, где устройство ещё не отлажено и могут быть ошибки. Возьмите лучше для экспериментом старый ненужный кассетник или китайский плеер за 300 рублей. Когда-то давно по неопытности я спалил MP3-плеер, нечаянно пустив на его выход 16 вольт со схемы. Будьте внимательнее!

Буду очень благодарен за конструктивную критику.

Список радиоэлементов

ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнот
Схема 1
DA1МикросхемаAN68841Поиск в AliexpressВ блокнот
C1Электролитический конденсатор2.2 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
C2Электролитический конденсатор10 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
R1-R5Резистор1 кОм5Поиск в AliexpressВ блокнот
R6Резистор 10 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R7Переменный резистор10 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
HL1-HL5Светодиод5Поиск в AliexpressВ блокнот
Схема 2
DA1МикросхемаAN68841Поиск в AliexpressВ блокнот
DA2Операционный усилитель RC45581Поиск в AliexpressВ блокнот
C4, C7Электролитический конденсатор10 мкФ2Поиск в AliexpressВ блокнот
C6Электролитический конденсатор2.2 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
C8Конденсатор1 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
R1-R5Резистор 1 кОм5Поиск в AliexpressВ блокнот
R6, R8, R9, R12Резистор 10 кОм4Поиск в AliexpressВ блокнот
R7, R10Переменный резистор10 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
R11Резистор 100 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R13Резистор 200 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R15, R16Резистор 2 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
HL1-HL5Светодиод5Поиск в AliexpressВ блокнот
Схема 3
DA1МикросхемаAN68841Поиск в AliexpressВ блокнот
DA2Операционный усилитель RC45581Поиск в AliexpressВ блокнот
C3Конденсатор1 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
C4Конденсатор0.22 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
C5, C7Электролитический конденсатор10 мкФ2Поиск в AliexpressВ блокнот
C6Электролитический конденсатор2.2 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
R1-R5Резистор 1 кОм5Поиск в AliexpressВ блокнот
R6, R8, R9, R12, R14Резистор 10 кОм5Поиск в AliexpressВ блокнот
R7, R10Переменный резистор10 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
R11Резистор 100 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R13Резистор 200 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R15, R16Резистор 2 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
HL1-HL5Светодиод5Поиск в AliexpressВ блокнот
Схема 4
DA1, DA2МикросхемаAN68842Поиск в AliexpressВ блокнот
C1, C2Электролитический конденсатор10 мкФ2Поиск в AliexpressВ блокнот
C3Электролитический конденсатор2.2 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
R1-R10Резистор 1 кОм10Поиск в AliexpressВ блокнот
R11, R12Резистор 10 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
R13Переменный резистор1 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R14Переменный резистор10 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R15Резистор 20 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
HL1-HL10Светодиод10Поиск в AliexpressВ блокнот
Схема 5
DA1, DA2МикросхемаAN68842Поиск в AliexpressВ блокнот
C1, C21Электролитический конденсатор10 мкФ2Поиск в AliexpressВ блокнот
C3Электролитический конденсатор2.2 мкФ1Поиск в AliexpressВ блокнот
R1-R10Резистор 1 кОм10Поиск в AliexpressВ блокнот
R11, R12Резистор 10 кОм2Поиск в AliexpressВ блокнот
R13Переменный резистор1 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R14Резистор 20 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
R15Переменный резистор10 кОм1Поиск в AliexpressВ блокнот
HL1-HL10Светодиод10Поиск в AliexpressВ блокнот
Добавить все

Теги:

  • Анализатор спектра
  • Светодиод

Моно индикатор на KA2281 на 20 светодиодах

Спектроанализатор своими руками это не просто экономия средств, это так же интересное провождение времени за его сборкой,и хорошая начальная практика в его конструировании. Схема несложная,и можно собирать как на микросхеме так и на транзисторах, но их нужно больше и плюс к этому качество хуже. В качестве светодиодов применяют или линейные шкалы или просто несколько светодиодов. Пример размещение ниже. Для 1ой схемы вместо пятиразрядной AN можно использовать любые аналогичные индикаторы уровня сигнала с соответствующими им схемами включения. Можно использовать схему с транзисторами как выше.

На данной странице сайта описывается светодиодный индикатор уровня выполненный на микросхеме AN В обычной схеме включения.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: