Светодиодный индикатор уровня звукового сигнала на LM3915 своими руками. Светодиодный индикатор уровня сигнала Схемы индикаторов аудиосигнала на светодиодах

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

В УМЗЧ смотрятся красиво и стильно, вот только где их найти... Выход есть - сделаем такой измеритель, в котором роль стрелки будут выполнять светоизлучающие диоды управляемые микросхемой. LM3916 - это специальная микросхема для LED индикаторов уровня.

Схема стрелочно-светодиодного индикатора

Светодиоды подключены через разъёмы J3 - J12 (показан на схеме только один ряд светодиодов). Схема индикатора потребует двухполярный источник питания для правильной работы. Положительный потенциал питания LED линейек должен быть ниже +25 В и в сочетании с напряжением отрицательного плеа не должен превышать 36 В. Минимальный уровень вольтажа зависит от рабочего напряжения светодиодов. Например, если светодиод на 1.9 В, а у нас 7 светодиодов на один контакт, то минимальное положительное напряжение будет 7 х 1.9 В + 1.5 В (падение напряжения на LM3916) = 14,8 вольт. Зеленые светодиоды, как правило, имеют чуть выше напряжение - 2.2-2.4 В, так что +18 В будет достаточно в большинстве случаев.

Светодиодный ток определяется резистором R1_REF, и с сопротивлением 2,2 кОм будет 5 мА.
Формула для расчёта: Iled = 10 х (1.2 V / R1_REF)

В качестве двойного операционного усилителя на входе можете ставить - TL072, TL082, LM358. Выходной режим может быть установлен 3-х контактной перемычкой JP1. Максимальное входное напряжение для LM3916 имеет значение 1,2 В, и с помощью R8-R7 можно регулировать уровень входного сигнала.

Видео работы индикатора

Цвет светодиодов на ваш выбор. Тут использованы зеленые светодиоды для отрицательных уровней, желтый - 0dB и красный для положительного уровня звукового сигнала. Для этого нужны прямоугольные светодиоды. Архив с рисунками печатных плат можно .

Светодиодный индикатор уровня сигнала, имитирующий стрелочный индикатор идея не новая и, казалось бы, что тут можно придумать нового? Ну, в этом плане я ничего не изобрел.. Я даже затрудняюсь указать первоисточник. Цель другая: сделать простую схему, на доступных элементах. В схеме даже нет вездесущих микроконтроллеров. При том не просто спаять плату, а сделать законченную конструкцию, которую можно установить в усилитель без ущерба внешнего вида. А так же на основе этой схемы сделать свой вариант индикатора, с учетом навыков в электронике, или например, цветомузыку. С этой целью индикатор выполнен на двух платах: плата управления светодиодами и плата индикации. В рамках данной статья я предлагаю 3 варианта индикатора, условно назовем «стрелка», «лампа 6Е1П» и «дуга». Также на выбор 2 варианта подсветки шкалы (А и Б). И все это можно сделать на светодиодах 5мм, 3мм или SMD 0805. Как и любая другая эта схема имеет свои достоинства и недостатки. Достоинство: дешевая элементная база, с большой взаимозаменяемостью, допусками, сравнительно простая схема. Варианты индикации, как говориться, на любой вкус. Недостатки: подбор многих элементов, в противном случае пришлось бы привязываться к одному типу светодиодов. Небольшой динамический диапазон, т.е. на мощном усилителе при малой громкости индикатор будет «молчать». Визуальное раздваивание «стрелки», что вызвано плавным переключением компараторов LM3915 в режиме «точка». Устранение этого явления возможно, но требует усложнения схемы. Высокая плотность и малая толщина дорожек на плате. Решается покупкой готовых плат, но я делал сам с применением фоторезиста.

Схема работает следующим образом . Входной сигнал подается на VT1. Уровень входного сигнала регулируется R1. После усиления и выпрямления входной сигнал поступает на вход LM3915. К выходам МС подключены непосредственно светодиоды (1 линейка). Через транзисторные ключи на VT2-VT11 дополнительно 6 линеек светодиодов. Транзисторные ключи применены, т.к. тепловое сопротивление корпуса МС составляет 55 °С/Вт, что допускает максимальную мощность 1365 мВт при температуре окружающей среды 25 °С. Впрочем не будем углубляться в скучный мир цифр, лишь скажу, что на каждый выход LM3915 можно подключить не более 2-х светодиодов. В противном случае МС будет перегреваться. Кнопкой S1 осуществляется переключение режимов индикации «столбик» и «точка». Кнопкой S2 включаются дополнительные линейки светодиодов, что дает возможность реализовать еще 2 режима работы индикатора. Как видно из схемы, многие элементы (R и С) необходимо подбирать. Это можно отнести к недостатку схему и преимуществу. Подбор позволяет применить любые светодиоды, не привязываться к Vпит. 12В и настроить яркость свечения светодиодов индикатора и подсветки на свой вкус. R6 обеспечивает свечение «стрелки» на «нуле» при отсутствии входного сигнала. Как правило, подбор R6 не требуется, при питании схемы 12В. Если «стрелка» на «нуле» не нужна, то R6 не устанавливаем. Подбором R7 устанавливаем необходимую яркость свечения светодиодов, подключенные напрямую к LM3915 это по схеме HL7, 14, 21, 26, 35, 42, 49, 56, 63, 70. Чем меньше R7, тем больше ток через светодиоды, минимальное допустимое значение R7 20кОм. Резистором R8 регулируем яркость светодиодов подсветки. Мощность R8 не менее 1Вт. Резисторами R9-R18 регулируем яркость свечения остальных светодиодов. Примерно 10кОм для светодиодов силой света 1000 mcd, 1кОм для светодиодов 200-300 mcd. Конденсатором С3 можно регулировать инерционность «стрелки». Питается устройство от источника стабилизированного напряжения 12В с током 0,2-0,3А для моно варианта. Напряжение питания можно увеличить до 18В.

Внешне оформление и отличия вариантов индикаторов . Внешне оформление изложено в видео отчете. Добавлю, что подбирая ток светодиодов нужно добиться сбалансированного свечения индикатора и подсветки. Тогда индикатор будет выглядеть красиво. Подсветка варианта «А» смотрится красивее, чем «Б», но сложнее в изготовлении. Трафарет для индикатора находить в файле LAY с платой. Платы и трафареты при распечатывании «зеркалить» не надо. Крепиться индикатор в усилителе любым удобным способом, за окном лицевой панели. Не располагать вблизи сильно нагревающихся элементов. Можно слегка затонировать стекло лицевой панели для скрытия возможных мелких дефектов внешнего оформления. Вход индикатора подключается параллельно выходу регулятора громкости или входа оконечного усилителя. Настройка заключается в установки подстроечным резистором R1 "стрелки" индикатора на +3db при номинальной мощности усилителя.

Обращаю внимание, что размеры плат индикаторов разные и размер платы существенно больше рабочего окна индикатора. На индикаторе «Дуга» количество светодиодов желтого и красного цвета использовано по 26 шт. для стерео варианта. В схеме это не отражено, но сборка и регулировка не отличается. Также в подсветке в различных вариантах используется от 3-х до 10-ти светодиодов (смотри в LAY). На схеме это также не отражено, чтобы не возникало путаницы.

Список радиоэлементов

В этом видеоуроке автор блога “Паяльник TV” проведет мастер-класс по сборке индикатора уровня аудиосигнала на микросхеме LM3915, которая состоит из 10 компараторов, подключённых к отводу резистивного делителя сигнала, размещенный в микросхеме. Особенность этого делителя в том, что он строит логарифмическую шкалу индикации, в отличие от той же LM3914, в которой делитель линейный, и, соответственно, линейная шкала индикации.

Схема этого устройства взята у китайцев, с перерисовкой. Третий вывод – это питание на 12 В; и второй – земля. Также к питанию через кнопку подсоединен девятый вывод микросхемы – это выбор режима. В закороченном состоянии на плюс будет приниматься линейная шкала. Иначе говоря, допустим, уровень дошёл до минус 6 дБ – горит последний жёлтый, и все, расположенные за ним. Если же кнопку разомкнуть, то 9 вывод ни к чему не будет подключён, будет гореть только один светодиод. Питание на светодиоды поступает через резистор R6 номиналом 100 Ом, и шина по плюсу у них общая. Пятый вывод микросхемы – это вход сигнала, он проходит через постоянный резистор 10 кОм и через крайний и средний выводы переменного резистора 50 кОм для настроек разного уровня. То есть, этим индикатором можно изменять как входной сигнал, так и выходной. И для последнего его нужно отрегулировать, поскольку выходной сигнал значительно сильнее, чем входной.

К 12 В подключена через резистор 20 кОм – 6 вывод микросхемы. Это верхний конец делителя. Он через резистор R5 на 560 Ом подсоединен к 8 выводу микросхемы, отвечающий за настройку встроенного источника опорного питания. 4 выход закорочен с 2 и далее на землю. 4 выход – это нижний конец делителя. Получается, верхний конец делителя, 6, – он подключён напрямую к неинвертирующему выходу, к 10-му компаратору, который отвечает за последний красный светодиод. А 4 вывод подключён уже не напрямую, а через резистор 1 кОм к неинвертирующему выходу, компаратору №1, который идёт на самый нижний. И далее уже по цепочке идут резисторы к каждому последующему компаратору. То есть, именно этим и достигается уровень сигнала. Это было объяснение про выводы микросхемы и смысл индикации.

Работа индикатора.

Теперь рассмотрим работу схемы. Для этого включим моделирование. Подсоединяем осциллограф в вывод А. Стрелочками показано движение тока. Как видно, разомкнута кнопка, идущая к 9 выводу микросхемы, и только один светодиод загорается. Если данную кнопку замкнуть, то возникнет столбик индикации. Видно, что на генераторе синусоида с делением 1 В, и уровнем 12. Если уровень снизить – загораются 4 зелёные, 3 зелёные лампочки. Уровень выше будет. И установим 1 Гц.

Что будет, если подать однополярный сигнал? Сначала показания доходят до нуля и после этого сразу идут на повышение. Иначе говоря, при повышении индикаторы загораются, в обратном случае – мы их не видим. Однако если передвинуть всё выше нуля, в ноль они будут падать только в том случае, когда синусоида касается нижней частью нуля.

Работа физической части.

Посмотрим печатную плату. Тонер уже нанесен. После этой процедуры не трогайте плату сразу, пусть она остынет. а делается эта работа так: сначала нужно размочить чуть-чуть плату в воде и очень бережно начать втирать.

Для отметки дорожки использован перманентный маркером. производится хлорным железом. Раствор, один раз приготовленный, можно использовать несколько раз. Однако, это возможно если взять 100 г на 1,2 л воды.

Травить нужно в отдельной посуде, и ни в коем случае ни брать посуду, которая используется для еды. Итак, погружаем в раствор подготовленную плату. Очень аккуратная работа, нужно беречь руки. На травление уходит примерно 15-20 минут, если раствор не столь новый.

Когда плата приобретет розоватый оттенок – означает, что травление началось. После него нужно проделать отверстия для деталей. После того, как плата просверлена, нужно немного подчистить, например, стёркой или наждачной бумагой.

Теперь приступим к самой пайке. Но сначала нужно залудить плату. Многооборотный подстроечный резистор. В схеме указано 50 кОм, у меня он 47 кОм. И светодиоды. Начнём пайку с резисторов. Сначала на 20 кОм и все последовательно согласно схеме. Далее запаяем панельку для микросхем. Здесь есть один нюанс. Необходимо резистор на 20 кОм сдвинуть вбок, чтобы он не мешался.

После предварительно проделанной работы переходим к светодиодам. Эти светодиоды у нас идут через резисторы, следовательно, они красные. Плюс всегда справа. Теперь остаётся соединить провода и вставить микросхему по ключу.

Окончательная проверка работы схемы. Начнём с минимальной громкости, дальше перейдем к максимуму. В качестве источника звука используем телефон. Как видно, работает!