LM3915 – интегральная микросхема (ИМС) производства компании Texas Instruments, реагирует на изменение входного сигнала и выдает сигнал на один или сразу несколько своих выходов. Благодаря своей конструктивной особенности, ИМС получила широкое распространение в схемах индикаторов на светодиодах. Так как светодиодный индикатор на основе LM3915 работает по логарифмической шкале, он нашёл практическое применение в отображении и контроле уровня сигнала в усилителях звуковой частоты.
Не стоит путать LM3915 с её родственниками LM3914 и LM3916, которые имеют аналогичное расположение и назначение выводов. ИМС серии 3914 обладает линейной характеристикой и идеальна для измерения линейных величин (ток, напряжение), а ИМС серии 3916 является более универсальной и способна управлять нагрузкой разного типа.
Краткое описание LM3915
Блок-схема LM3915 состоит из десяти однотипных операционных усилителей, работающих по принципу компаратора. Прямые входы ОУ подключены через цепочку из резистивных делителей с различными номиналами сопротивлений. Благодаря этому светодиоды в нагрузке зажигаются по логарифмической зависимости. На инверсные входы приходит входной сигнал, который обрабатывается буферным ОУ (вывод 5).
Внутреннее устройство ИМС включает маломощный интегральный стабилизатор, подключенный к выводам 3, 7, 8 и устройство для задания режима свечения (вывод 9). Диапазон питающего напряжения составляет 3–25В. Величину опорного напряжения можно задать в пределах от 1,2 до 12В при помощи внешних резисторов. Вся шкала соответствует уровню сигнала в 30 дБ с шагом 3 дБ. Выходной ток можно задать от 1 до 30 мА.
Схема индикатора звука и принцип её действия
Как видно из рисунка, принципиальная электрическая схема индикатора уровня звука состоит из двух конденсаторов, девяти резисторов и микросхемы, нагрузкой для которой служат десять светодиодов. Для удобства подключения питания и аудиосигнала её можно дополнить двумя разъёмами под пайку. Собрать такое простое устройство под силу любому, даже начинающему, радиолюбителю.
Типовое включение предусматривает питание от источника 12В, которое поступает на третий вывод LM3915. Оно же, через токоограничивающий резистор R2 и два фильтрующих конденсатора С1 и С2, идёт на светодиоды. Резисторы R1 и R8 служат для снижения яркости последних двух красных светодиодов и являются необязательными. 12В также приходит на перемычку, которая управляет режимом работы ИМС через вывод 9. В разомкнутом состоянии схема работает в режиме «точка», т.е. происходит свечение одного светодиода, соответствующего входному сигналу. Замыкание перемычки переводит схему в режим «столбик», когда уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца.
Резистивный делитель, собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Более точная настройка осуществляется многооборотным подстроечным резистором R4. Резистор R9 задает смещение для верхнего уровня (вывод 6), точное значение которого определяется сопротивлением R6. Нижний уровень (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7,8) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. Именно R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле:
R5=12,5/I LED , где I LED – ток одного светодиода, А.
Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. Во избежание перегрева корпуса ИМС, не следует превышать ток LED более 20 мА. Все-таки это индикатор, а не новогодняя гирлянда.
Печатная плата и детали сборки
Печатную плату индикатора уровня звука в формате lay можно скачать . Она имеет размеры 65×28 мм. Для сборки требуются прецизионных деталей. Резисторы типа МЛТ-0,125Вт:
- R1, R5 R8 – 1 кОм;
- R2 – 100 Ом;
- R3 – 10 кОм;
- R4 – 50 кОм, любой подстроечный;
- R6 – 560 Ом;
- R7 – 10 Ом;
- R9 – 20 кОм.
Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. ИМС LM3915 рекомендуется запаивать не напрямую, а через специальную панельке для микросхемы. В нагрузке можно применить ультраяркие LED любого цвета свечения, вплоть до фиолетового. Но это уже личные эстетические предпочтения. Для отображения стереосигнала потребуются две одинаковые платы с независимыми входами. Более подробные данные о LM3915 можно найти в техническом описании здесь.
Работоспособность данного индикатора доказана на практике многими радиолюбительскими кружками и по-прежнему выпускается в виде наборов МастерКит.
Читайте так же
Самодельный блок пиковой индикации стереофонического сигнала своими руками, схема простого пикового индикатора. Пиковые индикаторы аудиосигналов показывают факт превышения уровнемсигнала ЗЧ некоторого предварительно заданного значения.
Здесь приводится описание пикового светодиодного индикатора на основе микросхемы CD4093. Отечественным аналогом которой является К561ТЛ1. Микросхема содержит четыре логических элемента «2И-Не» с эффектом триггеров Шмитта. В данной схеме входы каждого из элементов соединены между собой, поэтому элементы работают как инверторы - триггеры Шмитта.
Принципиальная схема
Выходные сигналы стереоканалов от выхода УНЧ поступают через конденсаторы С1 и С2 на входы элементов D1.1 и D1.2, соответственно. На входы этих элементов через резисторы R2 и R3 поступает постоянное напряжение смещения от подстроечного резистора R1.
На входах логических элементов постоянное напряжение смещение складывается с переменной составляющей аудиосигнала. Задача резистора R1 в том, чтобы выставить оптимальное напряжение смещения, при котором будет необходимая чувствительность индикатора, то есть, этим резистором задается тот самый пиковый порог.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного пикового индикатора.
Состояние на выходах элементов D1.1 и D1.2 будет меняться только тогда, когда будет превышен этот порог, выставленэтой схемы преобразуется в импульсы логического уровня, которые через диоды VD1 и VD2 заряжают конденсаторы С3 и С4. Эти схемы из диодов VD1,VD2, конденсаторов С3,С4 и резисторов R4,R6 работают как детекторы.
И напряжение на конденсаторах С3 и С4 увеличивается. Особенно это важно, так как пиковый момент входного сигнала может быть не длительным. А напряжение в виде заряда удерживается этими конденсаторами, потому что они быстро заряжаются через диоды и медленно разряжаются через резисторы.
Как только напряжение на С3 или С4 достигает порога переключения триггера Шмитта (D1.3 или D1.4, соответственно), на выходе D1.3 или D1.4 появляется логический ноль, который приводит к зажиганию светодиода HL1 или HL2. Соответствующий светодиод, или если стереосигнал хорошо сбалансирован, оба светодиода вспыхивают и горят не меньше времени, требующегося на разрядку С3 или С4 через R4 или R6.
Детали и налаживание
Светодиоды - любые индикаторные, например, АЛ307. Налаживание - подстройкой резистора R1 по порогу срабатывания.
Рисунок 1.
Вашему вниманию предлагается двухканальный (стереофонический) индикатор уровня с детектором пиков от Ondrej Slovak. Этот индикатор разработан на микроконтроллере PIC16F88, его так же можно собрать и на микроконтроллере PIC16F1827 и на микроконтроллере PIC16F819. Прошивки индикатора пиков для всех этих типов микроконтроллеров находятся в прикреплении (в архиве). Схемы аналогичны, различаются только прошивки. Мы будем рассматривать схему с микроконтроллером PIC16F88.
Отображение уровней и пиков в индикаторе, происходит на двух светодиодных шкалах (линейках) по 16 светодиодов в каждой, 2 х16.
Режимы, в которых может работать индикатор, изображены ниже в таблице, они такие-же, как и в предыдущей схеме (индикаторе). Их можно комбинировать и объединять установкой или снятием перемычек (джамперов). Резистором R1 изменяется чувствительность индикатора, меняется напряжение на выводе 2 микроконтроллера, причём чем меньше напряжение на выводе 2, тем выше чувствительность индикатора. Оптимальное напряжение на выводе в пределах 200-250 мВ.
Таблица 1. Выбор режимов индикации.
Шкала индикатора работает в двух режимах отображения, это в линейной и логарифмической (ниже на рисунке). Линейная шкала зашита программно в коде программы, а вот значения логарифмической шкалы можно поменять по своему усмотрению, или даже сделать обратно-логарифмической. Эти данные "зашиты" в EEPROM и их можно менять.
Рисунок 2.
Как менять самому значения данных EEPROM, рассмотрим ниже.
На рисунке №3 приведён "снимок" кодов EEPROM программы ISPROG.
Рисунок 3.
В верхней части таблицы, строчки обведённые красным цветом - это значения (логарифмические) "зажигания" каждого светодиода (16 значений), которые соответствуют значению логарифмической шкалы, на рисунке №2. Это шестнадцатеричные значения вертикальной шкалы (от 2-х до 248). Можете построить свою шкалу, например обратно-логарифмическую, и внести свои значения в эти ячейки.
Далее ниже разберём по частям;
03 - Первое значение - это время свечения светодиодов, по умолчанию установлено 12 мс (1 = 4,096 мс, то есть 03 = (4,096*3)= 12,228 мс)
08 - Это время свечения последнего светодиода, по умолчанию 33 мс.
08 - Это темп спадания пиков, по умолчанию установлено 33 мс.
7А - Это время послесвечения пиков, по умолчанию установлено 500 мс.(7А = 122* 4,096)
64 - Это коррекция яркости свечения светодиодов. Для светодиодов с током свечения 2 ма - значение 64, для светодиодов с током свечения 20 ма - устанавливается 08.
Посмотрите демонстрационное видео, работы индикатора пиков. Здесь он работает в режиме индикации с пиками в падающем режиме, шкала логарифмическая (джамперы сняты).
Схема индикатора изображена ниже на рисунке №4. Светодиоды применены на ток 3 мА, если ставить светодиоды мощнее, на ток 20 мА, то резисторы R1-R8 необходимо заменить на резисторы по 22-33 Ом, можно ставить на плату резисторы smd. Для оперативного переключения режимов работы индикатора, на плате установлены коммутированные перемычки ("джамперы").
Конфигурация процессора PIC16F88 (установка предохранителей, "фузов").
CP:OFF, CCPMux:RB0, Debugger:OFF, WRT:Writable, CPD:OFF, LVP:OFF, BOREN:ON, MCLRE:I/O, PWRTE:Disabled, WDTE:ON, OSC:INTRC-I/O, IESO:OFF, FCMEN:OFF
Конфигурация процессора PIC16F1827 (установка предохранителей, "фузов").
FOSC:INTOSC, WDTE:ON, PWRTE:OFF, MCLRE:OFF, CP:OFF, CPD:OFF, BOREN:ON, CLKOUTEN:OFF, IESO:OFF, FCMEN:OFF, WRT:OFF, PLLEN:OFF, STVREN:OFF, BORV:HI, LVP:ON
В прикреплении в архиве, так же находятся и начальные части кодов asm для этих процессоров, в которых указаны конфигурации процессоров.
*При конструировании и налаживании своих разработок на микроконтроллерах, автор использует USB-программатор PRESTO и соответственно, прилагающее к нему программное обеспечение компании ASIX - программу ASIX UP. Конфигурации процессоров указаны для этой программы.
Я повторял эту конструкцию, использовав программатор ExtraPic и программу icprog. Конфигурации процессора не устанавливал и не контролировал. Сразу после прошивки схемы заработали (имеется в виду ещё и первая схема для 40 светодиодов), повторял несколько раз - всё начинало работать сразу после прошивки.
Рисунок 4.
Индикатор собран на печатной плате, размером 84 х 27 мм. Фото печатной платы ниже на рисунке №5. На плате резисторы R1-R8 smd.
Рисунок 5.
Ниже на рисунке №6 показаны перемычки, распаянные на плате между линейками светодиодов.
Рисунок 6.
Внешний вид собранного индикатора. На плате установлены плоские светодиоды, резисторы R1 - R8 типа smd, распаяны с обратной стороны платы, со стороны дорожек.
Рисунок 7.
Печатная плата индикатора (в формате Sprint-Layout имеется в архиве) с расположением элементов изображена на рисунке №8. На плате не указаны перемычки между линейками светодиодов, так как они расположены одна над другой. Перемычки распаиваются на места, обозначенные цифрами 1 - 7, причём сначала устанавливается перемычка №1 на место 1-1, затем - 2 на место 2-2, и т.д.
Рисунок 8.
Ниже в архиве имеются схема, рисунки печатной платы в формате Sprint-Layout, прошивки для микроконтроллеров PIC16F88, PIC16F1827, так же в архив добавлена печатная плата в формате Sprint-Layout с увеличенным расстоянием между рядами светодиодов и рассчитанная под установку круглых светодиодов, так же прошивка для микроконтроллера PIC16F819.
Если у кого-то возникнут какие либо вопросы по конструкции индикатора, задавайте их .
Радиоконструктор пришел в пакетике:
Детали:
Плата односторонняя, без металлизации, сделано качественно, паять легко, обозначения деталей и номиналы обозначены:
По фото видно, что плата отличается от платы, отображенной на лоте продавца - есть разъем J3
Инструкция и схема:
Схема в большом разрешении
Спаял. Вот что получилось:
За пайку не ругайте - 27 лет ничего на печатках не паял. Первый опыт.
Лишних деталей в комплекте нет.
Когда паял выяснились три непонятки.
1. Не понятно, зачем тут разъем-перемычка J3? В комплекте конструктора нет ни разъема, ни перемычки. При включении как-то непонятно работают только половина светодиодов (красные и ниже). Запаял (закоротил) контакты J3
2. Резистор R9. На распечатке указан 560 Ом. В наборе - 2.2 кОм. Я из старых запасов поставил резистор МЛТ, как указанно в схеме - 560 Ом. Подумал, что китайцы перепутали что-то. При включении постоянно горели два нижних желтых светодиода - D1,D2. Перепаял резистор - взял из набора резистор в 2.2 кОм - стало работать как нужно.
Изменение в схеме - правильный резистор
3. Если загорается крайний красный светодиод и горит постоянно - то градусов до 60 начинает греться резистор R5. Странно.
Питание схемы - 9-12 Вольт. Подал 12 В на питание. Все работает нормально. Подстроечным резистором можно выставить максимально отображаемый уровень сигнала. Минимальный уровень, если подавать на устройство сигнал напряжением 1.9 Вольт:
Отсюда вывод -при штатном напряжении питания 9-12 Вольт индикатор лучше подключать к выходам УНЧ, а не после предварительного усилителя или на вход УНЧ после регулятора громкости.
Шкала свечения светодиодов - логарифмическая. Как индикатор разряда аккумулятора использовать не получится. Если подключить выход с наушников сотового телефона на максимальной громкости на вход, то горят максимум 6 желтых светодиодов.
Дальше решил поэкспериментировать с уменьшением напряжения питания. Вывод - чем меньше напряжение питания - тем чувствительнее устройство. Работало нормально от 5 в - красные светодиоды в этом случае горели и от сотового телефона. Если уменьшить напряжение до 3 вольт, светодиоды тускло горят, но не мигают. Видимо это предел. Так что я бы не запитывал от напряжения, меньше 5 вольт.
Вывод: простой, интересный радиоконструктор. Можно оборудовать им какой-нибудь самодельный УНЧ. Минусы - неудобное крепление платы - только одно крепежное отверстие. Плата (из-за панельки и микросхемы) получается достаточно высокая. Если поставить параллельно две платы, то расстояние между светодиодами обоих каналов будет достаточно большое.
Индикатор на LM3915
Интегральная микросхема LM3915 специально разработана для построения светодиодного индикатора уровня и позволяет визуально оценить уровень и изменение звукового сигнала в виде светового «столбика», «линейки» или перемещаемой на условной шкале светящейся точки. Удачная конструкция микросхемы LM3915 обеспечила ее достойное место в схемах индикаторов на светодиодах. Мастер предлагает вам собрать индикатор звука на LM3915 и 10 светодиодах. Ниже представлена подробная инструкция по сборке своими руками схемы индикатора звука с фото и видео иллюстрациями. Собрать индикатор звука под силу даже начинающему электронщику.
Как собрать светодиодный индикатор уровня на LM3915 своими руками
Конструкция микросхемы LM3915 представляет заключенных в корпусе десяти однотипных операционных усилителей компараторов. Прямые входы усилителей подключены через линейку резистивных делителей подобранных так, что светодиоды в нагрузке усилителей включаются по логарифмической зависимости. На обратные входы усилителей поступает входной сигнал, который формируется буферным усилителем (вывод 5). Конструкция микросхемы включает также интегральный стабилизатор (выводы 3, 7, 8), а также ключ задания режима работы индикатора (вывод 9). Микросхема имеет широкий диапазон напряжения питания от 3 до 25 Вольт. Величина опорного напряжения задается в пределах от 1,2 до 12 Вольт внешними резисторами. Шкала индикатора соответствует уровню сигнала 30 дБ с шагом в 3 дБ. Выходной ток устанавливается в пределах от 1 до 30 мА.
Сборка индикатора упрощается приобретением набора деталей в интернет магазине по ссылке https: //ali.pub/2c62ph . Набор включает плату, микросхему, светодиоды и всю необходимую обвязку (резисторы, конденсаторы и разъемы).
Набор деталей «Индикатор уровня звука на LM3915»
Детали набора «Индикатор уровня звука на LM3915»
Схема индикатора звука на LM3915 представлена на фото.
Принцип действия. Напряжение питания 12 Вольт подается на третий вывод LM3915. Оно же, через ограничивающий резистор R2 поступает на светодиоды. Сопротивления R1 и R8 выравнивают яркость свечения красных светодиодов в шкале. Также напряжение 12 Вольт подается на перемычку управления режимом работы индикатора (вывод 9). В замкнутом состоянии перемычки схема обеспечивает свечение только одного светодиода, соответствующего уровня сигнала. При разомкнутой перемычке схема работает в эффектом режиме «столбик», уровень входного сигнала пропорционален высоте светящегося столбца или длине строки. Делитель собранный на R3, R4 и R7 ограничивает уровень входного сигнала. Точная настройка делителя осуществляется многооборотным подстроечным сопротивлением R4. Делитель R9 R6 задает смещение для верхнего уровня логарифмической линейки сопротивлений микросхемы (вывод 6). Нижний уровень логарифмической линейки сопротивлений (вывод 4) присоединяется к общему проводу. Резистор R5 (вывод 7) увеличивает величину опорного напряжения и влияет на яркость светодиодов. R5 задаёт ток через светодиоды и рассчитывается по формуле: R5=12,5/Iled, где Iled – ток одного светодиода, А. Индикатор уровня звука работает следующим образом. В момент, когда входной сигнал преодолеет порог нижнего уровня плюс сопротивление на прямом входе первого компаратора, засветится первый светодиод (вывод 1). Дальнейшее нарастание звукового сигнала приведёт к поочерёдному срабатыванию компараторов, о чём даст знать соответствующий светодиод. По инструкции во избежание повреждения микросхемы, не следует превышать ограничение в 20 мА тока подаваемого на светодиоды.
Сборка индикатора звукового сигнала
Проверяем наличие и номиналы деталей.
Сопротивления: R1, R5 R8 – 1 кОм; R2 – 100 Ом; R3 – 10 кОм; R4 – 50 кОм, любой подстроечный; R6 – 2,2 кОм(560 Ом); R7 – 10 Ом; R9 – 20 кОм. Конденсаторы С1, С2 – 0,1 мкФ. Номиналы резисторов расшифровываем по цветовому коду. Смотри фото.
Для сборки схемы потребуется маломощный паяльник, флюс для пайки, припой и бокорезы. Последовательность сборки может быть и другой.
- Устанавливаем согласно номиналу резисторы на плату и припаиваем их, а также по ключу нарисованному на плате устанавливаем и припаиваем кроватку для микросхемы.
- Аналогичным образом припаиваем переменный резистор, конденсаторы, гнезда подключения.
2 вариант установки светодиодов на плату индикатора уровня на LM3915
- Проверяем правильность сборки и пайки, при необходимости устраняем ошибки.
- Вставляем микросхему в кроватку по ключу нарисованному на плате.
- Подаем напряжение 12 Вольт от блока питания.
- Подаем сигнал с телефонного выхода любого гаджета. Если все детали правильно установлены и исправны, то схема заработает. Смотрите видео. Уровень звукового сигнала на входе задается подстроечным резистором R4. Смотрите видео.
Размещение микросхемы LM3915 на кроватке весьма кстати. У микросхемы есть родственники LM3914 и LM3916 с линейной и растянутой шкалой. Микросхемы абсолютно идентичны по выводам. Поэтому на базе этой схемы можно легко собрать индикатор напряжения, мощности или индикатор контроля какого либо параметра.
Набор деталей для сборки светодиодного индикатора уровня звукового сигнала на LM3915 можно приобрести по следующей ссылке http://ali.pub/2z6xyo . Если хотите серьезно попрактиковаться в пайке простых конструкций Мастер рекомендует приобрести комплект из 9 наборов, что здорово сэкономит ваши расходы на пересылку. Вот ссылка для покупки http://ali.pub/2bkb42 . Мастер собрал все наборы и они заработали.
Успехов и роста навыков в пайке.
