Семь шагов в электронику

Чем сильнее сигнал данной частотной полосы — тем ярче будет светиться соответствующая лампа. Традиционно каналы, связанные с низкочастотными полосами, подсвечиваются красной лампой, среднечастотной — зеленой, и высокочастотной — синей.

 Примечание.

На взгляд автора это— не более чем произвольное допущение (если не сказать — предрассудок), вытекающее из школьного курса физики. Ведь красный свет имеет большую длину волны, и, следовательно, он более низкочастотен. А синий свет, наоборот, меньшую длину волны, и, следовательно, он менее низкочастотен…

Достаточно взглянуть на цвета скрябинского Luce, чтобы увидеть — он похож на что угодно, но только не на радугу, и очевидным образом отражает цветовые ассоциации именно скрябинского мозга.

Проблемы при конструировании СДУ

При конструировании СДУ возникает ряд проблем. Первая, и очень важная, — огромный диапазон слухового восприятия человека: от шелеста травы до рева реактивного двигателя.

Человеческий слух имеет логарифмическую характеристику чувствительности, при этом разница между самым тихим и самым громким звуком может достигать 120–140 дБ. Диапазон же практически любого светоизлучателя, в самом лучшем случае, — на несколько порядков меньше (например, кодировка цветов в стандарте VGA, используемом во всех компьютерных мониторах, имеет всего по 256 градаций, или менее 50 дБ).

Вторая проблема связана уже с особенностями человеческого зрения — из-за постоянных резких перепадов освещенности (в такт музыке) глаза человека достаточно быстро утомляются (зрачку приходится постоянно расширяться и сужаться, чтобы поддерживать освещенность внутри глаза на оптимальном уровне — этот процесс называется адаптацией). По этой причине во многих СДУ вводится т. н. фоновый канал, который подсвечивает экран СДУ в то время, когда остальные каналы «молчат», чтобы выровнять среднюю освещенность экрана.

Ну и самая главная проблема — феномен «цветного слуха» является уделом весьма немногих, поэтому каких-то особых экстатических переживаний, кроме самого факта наличия сабжа, СДУ у большинства людей не вызывает. Именно этим объясняется довольно быстро схлынувший интерес к СДУ, что, впрочем, не помешает нам ее изготовить.

Первый вариант СДУ, который мы сделаем, будет… на транзисторах.

Светодинамическая установка на транзисторах

Принципиальная схема. Схема устройства приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Принципиальная схема СДУ на транзисторах КП957А

Звуковой сигнал поступает на вход предварительного усилителя на транзисторах T1, T2. С выхода усилителя сигнал через разделительные фильтры поступает на базы транзисторов Т4, работающих в режиме активных АМ-детекторов. Лампы накаливания включены в коллекторные цепи транзисторов. Транзистор ТЗ предназначен для установки режимов работы транзисторов Т4, оптимальных для детектирования сигнала.

Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 61,25x25 мм.

Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок, 2», файл 1.DXF) и посмотреть на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Разводка печатной платы (61,25x25 мм, в зеркальном изображении)

Схема расположения деталей приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема расположения деталей

Элементная база. Конденсатор С9 — любой пленочный (например, типа К73-17) на напряжение не менее 250 В, С10 — любой электролитический (например, типа К50-35) на напряжение не менее 350 В, диод VD4 — любой на обратное напряжение не менее 600 В и ток не менее 1 А. Остальные детали — на напряжение не менее 16 В.

Электролитические конденсаторы — любого типа (например К50-35), керамические — SMD типоразмера 0805. Все резисторы — SMD типоразмера 0805.

Наладка. Какой-либо наладки устройство не требует. Внешний вид устройства приведен на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Внешний вид СДУ на транзисторах

 Внимание.

При изготовлении этого устройства следует иметь в виду, что оно не имеет гальванической развязки от сети! Поэтому при его наладке следует особенно внимательно соблюдать правила техники безопасности.

_{Смотрим ролик. Работу устройства смотрим на прилагаемом диске: ролик «Видеоурок 2» — > «СДУ на транзисторах».}

Светодинамическая установка на микросхемах

Принципиальная схема. Схема устройства приведена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Принципиальная схема СДУ на микросхемах

Звуковой сигнал поступает на вход микросхемы DA1, где усиливается и через разделительные фильтры поступает на светодиоды симисторных оптопар HL1. Диоды VD5 обеспечивают «детекторный» режим работы светодиода оптопары, пропуская через себя один полупериод входного сигнала.

Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 85x30 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 2», файл 2.DXF), и посмотреть на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Разводка печатной платы (85x30 мм, в зеркальном изображении)

Схема расположения деталей приведена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схема расположения деталей

Элементная база. Конденсатор С2 — любой пленочный (например, типа К73-17) на напряжение не менее 250 В. Остальные детали — на напряжение не менее 16 В. Электролитические конденсаторы — любого типа (например К50-35), керамические — SMD типоразмера 0805. Все резисторы — SMD типоразмера 0805.

Наладка. Какой-либо наладки устройство не требует.

Внешний вид устройства приведен на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Внешний вид СДУ на микросхемах

 Внимание.

При изготовлении этого устройства следует иметь в виду, что оно не имеет гальванической развязки от сети! Поэтому при его наладке следует особенно внимательно соблюдать правила техники безопасности.

_{Смотрим ролик. Работу устройства смотрим на прилагаемом диске: ролик «Видеоурок 2» — > «СДУ на микросхемах».}

Шаг 3

УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Как работает усилитель низкой частоты

Требования к УНЧ. Прежде чем приступить к изготовлению усилителя низкой частоты (УНЧ), коснемся самым кратким образом основ его работы. Основную функцию УНЧ можно сформулировать одной фразой — усилить входной звуковой сигнал до мощности, необходимой для его воспроизведения акустической системой (АС), и при этом внести в сигнал минимальные искажения.

Для выполнения этой функции УНЧ должен:

♦ во-первых, иметь высокий коэффициент усиления по мощности;

♦ во-вторых, иметь максимально линейную передаточную характеристику, т. е. график зависимости величины сигнала на выходе усилителя от величины сигнала на его входе должен представлять собой абсолютно прямую линию, проходящую через точку (0,0) координатной плоскости.

 Примечание.

Увы, такая характеристика, как и все идеальное, практически недостижима, потому что усилительные элементы, будь то лампы, транзисторы или микросхемы, обладают передаточными характеристиками, зачастую даже отдаленно не напоминающими прямую линию.

Вдобавок ко всему, форма этих характеристик зависит еще и от частоты сигнала, подаваемого на вход, хотя на низких частотах эта зависимость редко приобретает катастрофические масштабы. Как же в таких условиях добиться качественной работы усилителей?

Передаточные характеристики. Рассмотрим для примера передаточную характеристику транзистора (рис. 3.1, а). Она представляет собой замысловатую кривую, которую с массой оговорок можно назвать экспонентой.

На графике (рис. 3.1, а) легко можно увидеть, что верхняя часть кривой более-менее похожа на прямую линию (по крайней мере, по сравнению с нижней ее частью). Если бы нам удалось для усиления сигнала использовать только верхнюю часть кривой, то мы получили бы достаточно хорошее приближение к идеалу.

Сделать это довольно просто — надо подать на вход транзистора вместе с усиливаемым сигналом еще дополнительную постоянную составляющую, которая сместит усиливаемый сигнал в «почти прямую» область передаточной характеристики (рис. 3.1, б). Эта дополнительная составляющая так и называется — «смещение».

Рис. 3.1. Упрощенная передаточная характеристика транзистора

Режимы работы усилительных элементов. В зависимости от соотношения величины сигнала и величины смещения различаются несколько режимов работы усилительных элементов: