Сотворим вместе

Индикатор уровня на ОУ (Операционных Усилителях).


Первая страница темы :

1. Вступительная часть.
2. Электрическая схема индикатора и изображение сборки схемы на макетке.
3. Монтаж схемы на макетке.
4. Плата модуля M_324IU (индикатор на 28 уровней).
5. Плата модуля M_358ZM.
6. Вариант самостоятельной работы.

Вторая страница темы :

7. Конструктор К324.
8. Модули для пайки (раздельные).
9. Модули для пайки. Индикатор уровня на ОУ.

===================================

1. Вступительная часть.

Данная схема является одной из популярных для индикаторов уровня. В данном варианте схемы используются мс LM358 и LM324, которые на сегодня являются не дорогими и не дефицитными. Количество уровней – 12, выбрано из оптимального расположения деталей на макетке типа WBU202. Возможны также варианты 4, 8 и 14 уровней (с модулями - до 28 уровней). Далее показана работа индикатора (на видео можно заметить, расположенную на светодиодах матовую текстолитовую планку, она используется для более устойчивой и ровной ориентации светодиодов на макетке) :

На видео звук фрагмента песни “LIBERTA” (“СВОБОДА”) - Al Bano и Romina Power

2. Электрическая схема индикатора и конечная сборка схемы на макетке.

На следующих изображениях приведены две части электрической схемы (C1 и С2). На схеме С1 находится схема микрофонного усилителя (на мс LM358) и амплитудного детектора (VD13, VD14, C3, R33).



D4 – LM358; R27,R29,R30 – 10 кОм, R28 – 1 кОм, R31 – 1 мОм, R32 – 100 Ом, R33* – 4.7 - 10 кОм; C1 – 0.47 мкФ, C2 – 10.0 мкФ, C3* – 22.0 - 47.0 мкФ, C4 – 100.0 - 220.0 мкФ; VD13,VD14 – 1N4148.

Усиленный и выпрямленный сигнал AN поступает на положительные входы всех ОУ (схема C2, на мс LM324). Величина напряжения сигнала AN сравнивается с величинами напряжений на отрицательных входах всех ОУ. Если величина напряжения сигнала AN окажется выше, то на соответствующих выходах ОУ будет присутствовать высокий уровень напряжения, и светодиод будет светиться. Величины напряжений на отрицательных входах уменьшаются справа налево; от максимального уровня верхнего канала до минимального уровня нижнего канала индикатора. Эти величины напряжений образуются за счёт делителя на сопротивлениях R13-R26. Верхний уровень диапазона напряжений должен быть не выше максимального уровня напряжения сигнала AN и он может подстраиваться переменным сопротивлением R13. Сопротивление R26 устанавливает величину напряжения для нижнего уровня индикатора (вход 2 мс D1) и определяет минимальную чувствительность индикатора.



D1-D3 – LM324; R1-R5; R15-R26 – 1 кОм; R6-R12, R14 – 10 кОм, R13 – 50 кОм.

Величины сопротивлений R1-R12 определяют яркость светодиодов. В данном варианте используются не дорогие светодиоды диаметром 3 мм; для желтых и красных светодиодов используются токоограничительные сопротивления 1 кОм (R1-R5), а для зелёных – 10 кОм (R6-R12). Зелёные светодиоды также не дорогие, но очень яркие )

На следующем изображении показана окончательная сборка на макетке :



Далее (в скобках) для установки микросхем указаны номера контактных полей на макетке -D4(60), D1(47), D2(39), D3(31). Справа от мс D3 располагаются 12-ть светодиодов VD12-VD1 (23,21,19,17,15,13,11,9,7,5,3,1).

3. Монтаж на макетке.

Монтаж схемы выполняется в два основных этапа; вначале собирается и проверяется схема C2, затем сборка дополняется схемой С1.



На изображении схема С2. На схеме присутствует три корпуса мс LM324 (D1, D2, D3) и светодиоды VD1-VD12 всех 12-ти уровней, но монтаж этой схемы выполняется последовательно для 4-х, 8-ми и 12-ти уровней с проверкой каждого шага монтажа. Временно, светодиоды всех уровней могут быть одного цвета (например, зелёного) и соответственно сопротивления R1-R12 одного номинала (например, 10 кОм или 1 кОм; зависит от яркости светодиодов). Итак, до окончательного варианта сборки схемы монтаж выполняется за несколько шагов :

3-1. Проверка включения ОУ и одного светодиода (схема С4, сборка С10).
3-2. Монтаж схемы для 4-х уровней (схема С5 и проверка работы, сборка С11).
3-3. Монтаж схемы для 8-ми уровней.
3-4. Монтаж схемы для 12-ти уровней (схема С6 и проверка работы, сборки С8).
3-5. Монтаж схемы С1 (микрофонного усилителя и амплитудного детектора).

3-1. Проверка включения ОУ (режим компаратора) и одного светодиода (схема С4, сборка С10).



На данном этапе важно утвердится, при каких условиях светодиод, подключенный к выходу ОУ, светится. Из выражений на изображении следует :

Если U+ > U-, то U вых. = 4 v и значит светодиод будет светиться.
Но если U+ < U- , то U вых. = 0v и светодиод не должен светиться.

Порядок монтажа :

- установите на макетке мс D3, светодиод VD8 и сопротивление R8. Внимание ! Чтобы сразу после эксперимента можно было продолжить монтаж, детали следует установить так, чтобы вывод 1 мс D3 попадал в контактное поле 31 на макетке, а светодиод VD8 - в контактное поле 15.
- установите перемычки для питающих контактов мс D3 и её вывод 1 соедините с анодным выводом светодиода VD8.

Проверка работы :

- при подключении входа U+ к VCC, а U- к GND, светодиод должен светиться. Почему светодиод светится ?
- при подключении входа U+ к GND, а U- к VCC, светодиод не должен светиться. Почему светодиод не светится ?

3-2. Монтаж схемы для 4-х уровней (схема С5 и проверка работы, сборка С11).

Пояснения к этапу :

На схеме С3 показан простой делитель напряжений на сопротивлениях. Если все сопротивления делителя одинаковые (в схеме они 1 кОм), а напряжение VCC=5v, то соответственно в точках 4, 3, 2, 1 величины напряжений будут последовательно уменьшаться от 5v до 0v на линии GND.

При неуверенном знании материала рекомендуется собрать схему делителя отдельно и провести исследования, применяя формулы и меняя величины сопротивлений.

В схеме С5 присутствует аналогичный делитель, соответственно на отрицательных входах ОУ будут присутствовать разные величины напряжений, при этом, последовательно уменьшаясь справа налево, образуя тем самым разные пороги срабатывания 4-ёх уровневого индикатора. У крайнего справа пороговое напряжение будет 4v, а у крайнего слева – 1v.



В схеме все положительные входы ОУ объединены и величину напряжения на них определяет переменное сопротивление R13, крайние выводы которого подключены к линиям VCC и GND. Поэтому напряжение на положительных входах ОУ может меняться от 5v до 0v, значит, при вращении движка сопротивления R13 светодиоды должны последовательно включаться (при изменении напряжения от 0v до 5v) и выключаться (при изменении напряжения от 5v до 0v).

Здесь важно отметить, что для проверки схемы временно переменное сопротивление R13 устанавливается в другом месте. После проверки шага 3-4 сопротивление R13 необходимо установить согласно схеме С2.



Порядок монтажа и проверки :

- установите на макетке светодиоды VD5-VD7 и сопротивления R5-R7; перемычками соедините выходы ОУ с анодными выводами светодиодов.
После подачи питания состояние светодиодов VD5-VD8 может быть произвольным (любой из светодиодов может светиться, а может не светиться. Например, все четыре светодиода не светятся или три не светятся, а один светится). Если отрицательные входы мс D3 соединять с GND (отрезком провода), а положительные входы соединять с VCC (отрезком провода), то соответствующий светодиод должен светиться. И наоборот, если положительные входы мс D3 соединять с GND (отрезком провода), а отрицательные входы соединять с VCC (отрезком провода), то соответствующий светодиод не должен светиться.

- перемычками объедините все четыре положительных входа ОУ.
После подачи питания состояние светодиодов VD5-VD8 может быть произвольным. Если положительные входы соединить с линией VCC, то при соединении отрицательных входов с GND, соответствующие светодиоды будут включаться. Объясните почему ?

- установите на макетке сопротивления R18-R21; R26 согласно схеме C5.
Если положительные входы соединить с линией GND, то все светодиоды должны гаснуть. Объясните почему ?

- установите на макетке переменное сопротивление R13 и выполните проводные соединения согласно схеме C5.
После подачи питания состояние светодиодов будет зависеть от положения движка сопротивления R13 (светодиоды могут светиться или не светиться). При вращении движка сопротивления R13 в одну сторону светодиоды должны последовательно включаться, а при вращении в противоположную сторону – выключаться.

3-3. Монтаж схемы для 8-ми уровней.

Здесь важно заметить, что в теме нет схемы и изображения сборки для этого шага и поэтому предварительно необходимо в тетрадке нарисовать схему для 8-ми уровней и после этого провести монтаж и проверку !

3-4. Монтаж схемы для 12-ти уровней (схема С6 и проверка работы, сборка С8).



Порядок монтажа :

- установите мс D1, светодиоды VD1-VD2; VD11-VD12, сопротивления R1-R2; R11-R12.
- установите перемычки для питающих контактов мс D1, а её выходы соедините с соответствующими анодными выводами светодиодов по схеме С6.
После подачи питания состояние светодиодов VD1-VD2; VD11-VD12 будет произвольным. Если отрицательные входы мс D1 соединять с линией GND (отрезком провода), а положительные входы мс D1 соединять с линией VCC (отрезком провода) то соответствующий светодиод должен включаться.

- четыре положительных входа мс D1 перемычками подключите к положительным входам мс D2 и D3. В цепи делителя установите оставшиеся сопротивления R15; R16; R24; R25 и переместите положение сопротивлений R14 и R26.
После подачи питания состояние светодиодов будет зависеть от положения движка сопротивления R13 (светодиоды могут светиться или не светиться). При вращении движка в одну сторону светодиоды должны последовательно включаться, а при вращении в противоположную сторону – выключаться.



!!!!!!!!!!!!!!!!! После проверки схемы С6 сопротивления R13 и R14 следует установить на места по схеме С2.

3-5. Монтаж схемы С1 (микрофонного усилителя и амплитудного детектора).



На верхнем изображении окончательный вариант схемы C2, на вход AN которой должен подаваться усиленный и выпрямленный звуковой сигнал AN от схемы C1 :



Порядок монтажа :

- проведите на макетке монтаж схемы С1 и соедините проводной перемычкой сигнал AN между схемами C1 и C2.
Если монтаж схемы выполнен правильно, то после подачи питания индикатор уровня должен работать. Вращением движка переменного сопротивления R13 необходимо выставить максимальный уровень для верхнего светодиода (он должен начинать показывать своё свечение при максимальной громкости звука). Уменьшением сопротивления R26 можно увеличить чувствительность индикатора.

4. Плата модуля M_324IU.

В сборке используется звуковой модуль M_358ZM (подробности в следующем сообщении) и семь модулей M_324IU, в итоге получается индикатор на 28 уровней. Если нет звукового модуля, то устанавливается шесть модулей M_324IU, а звуковая часть собирается на макетке.





Печатная плата модуля односторонняя, разведена во втором слое (bottom, вид сквозь стеклотекстолит). Зелёным цветом на изображении обозначены две перемычки. При изготовлении модуля используются разъёмы PLH-40 (межплатный, два отрезка по 7 контактов), сопротивления R5-R7 - 1 кОм (выводные), а R1-R4 - типа 0805 (smd, их номинал зависит от светодиода).


Дополнительно : Особенность монтажа разъёма PLH на односторонней плате.

5. Плата модуля M_358ZM.

Кроме модуля M_324IU в сборке может использоваться звуковой модуль M_358ZM (крайний слева) :





D1 – LM358; R1, R3, R4, R8* – 10 кОм, R2 – 1 кОм, R6 – 1 мОм, R7 – 100 Ом, R5 – 100 кОм; C1 – 0.47 мкФ, C2 – 10.0 мкФ, C3* – 22.0 - 47.0 мкФ, C4 – 100.0 -220.0 мкФ; VD1,VD2 – 1N4148.

Печатная плата модуля односторонняя, разведена во втором слое (bottom, вид сквозь стеклотекстолит). В модуле используются сопротивления R3 - выводное, а R1; R2; R4; R5; R7; R8 - SMD, типа 0805. Сопротивление R6 - переменное типа 3362P.


Внешний вид модуля отдельно и установленный на макетку. Обратите внимание, что на разъёме удаляется часть выводов !

6. Вариант самостоятельной работы.

На фотографиях вариант самостоятельной работы по теме – проектирование и изготовление печатной платы, топология которой повторяет схему сборки на макетной плате при использовании двух типов модулей (M_324IU и M_358ZM) выложенных в предыдущих сообщениях. В итоге можно собирать Индикатор уровня (28-мь уровней, или меньше или больше) как отдельное устройство, при этом из набора модулей получается электронный конструктор.



На фото Руслан Воровченко и Александр Расюк (7А, гимназия N 1569 “Созвездие”) с выполненной работой и даже в чём-то перевыполненной.