СДУ С ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛА

Общие технические характеристики

Число рабочих каналов ……..………… 7
Число вспомогательных каналов …….1
Потребляемая мощность, кВт ……......1,7
Чувствительность, В ………….......... 0,25
Габариты, мм ……….....….. 200 х 110 х 70

Известно, что простые двух — четырехканальные автоматические СДУ почти всегда не оправдывают возлагаемых на них надежд. Поэтому многие радиолюбители продолжают искать пути повышения выразительности и зрелищности светоцветовой картины на экране СДУ. Ниже описана автоматическая установка, в которой устранены многие недостатки традиционных СДУ. Установка обеспечивает значительную мощность полезной нагрузки, что делает ее пригодной для дискотеки.
В установке использован принцип цифрового преобразования частотной информации сигнала в цветовую. Цифровое преобразование позволило относительно простыми средствами достичь очень интересных цветовых эффектов на экране. Частотный интервал музыкального сигнала разбивают, как обычно, на три участка - НЧ, СЧ, ВЧ, которые приводят в соответствие с условным кодом 1, 2, 4, а затем преобразуют в условный код 0, 1, 2, 3, ..., 7. Это позволило получить в итоге семь рабочих каналов цвета и один канал паузной подсветки. В отличие от смешения цветов на экране в традиционных СДУ, в описываемой установке смешение происходит на уровне электрических сигналов в дешифраторе.
Яркость свечения ламп изменяется плавно в соответствии с уровнем входного сигнала. Известно, что интервал рабочего напряжения ламп накаливания, в котором еще остаются приемлемыми их световые характеристики, соответствует 10...20 дБ, поэтому электрический сигнал, управляющий яркостью экранного устройства СДУ, необходимо согласовать с динамическим диапазоном звукового сигнала (около 40 дБ). Для этого в устройство введен узел управления начальной яркостью свечения ламп экрана и детектор напряжения входного сигнала.
Переключение каналов происходит на относительно больших значениях напряжения сети, но средний уровень яркости экрана остается постоянным и пропорциональным напряжению звукового сигнала. Нижний порог срабатывания узла управления яркостью, определяющий динамический интервал рабочего напряжения ламп, устанавливают ручкой “Начальный уровень накала” в зависимости от внешнего освещения и динамического диапазона музыкальной программы.

Входное устройство СДУ позволяет избавиться от взаимной амплитудной модуляции частотных каналов путем нелинейного преобразования исходного сигнала усилителем-ограничителем.
Наличие в устройстве вышеперечисленных узлов позволило избавиться от многих характерных недостатков автоматических СДУ, построенных по известной схеме с частотным разделением каналов, и добиться хорошего результата в отношении зрительного восприятия светоцветового сопровождения музыкальных программ. Относительная простота в изготовлении, налаживании и эксплуатации позволяет рекомендовать описываемую СДУ для использования не только в домашних условиях и дискотеках, но и в декорационно-оформительской практике, рекламных устройствах и т. д.
Экранное устройство содержит восемь групп ламп, из них одна паузной подсветки. Никаких специфических ограничении на конструкцию экрана СДУ не накладывается.

Входной сигнал через эмиттерный повторитель на транзисторе V1 (см.схему здесь, 49 Кб), служащий для согласования электронного блока СДУ с источником сигнала, поступает на усилитель-ограничитель, который выполнен на микросхеме D1 и предназначен для выравнивания амплитудно-частотной характеристики входного сигнала. С выхода элемента D1.3 усиленный и ограниченный по амплитуде до уровня 4,5 В сигнал, преобразованный в форму, близкую к прямоугольной, поступает на вход трех активных RC-фильтров.
Каждый из фильтров собран на транзисторе V2, конденсаторах C4 -С6 и резисторах R9--R11. Фильтры разделяют спектр звукового сигнала на три частотных участка — НЧ (30...500 Гц), СЧ (200...2000 Гц), ВЧ (1500...8000 Гц). По схеме все три фильтра идентичны, отличие лишь в номиналах конденсаторов С4, С5, С6. Через диод VЗ, пропускающий только положительные импульсы, сигнал поступает на вход элемента D2.1, который выравнивает импульсы гю амплитуде. Импульсы, превышающие напряжение срабатывания элемента, на его выходе имеют амплитуду 4,5 В. Элемент D2.2 служит для улучшения формы импульсов, а элемент D2.3 для инвертирования сигнала.
Далее сигнал поступает на частотный преобразователь, выполненный на диоде V4, конденсаторе С7, резисторах R13, R14 и элементе D2.4. Этот узел вместе с конденсатором C28 служит для преобразования импульсов в постоянное напряжение.
При отсутствии отрицательных импульсов на выходе элемента D2.3 конденсатор С7 заряжается до напряжения 1,2 В входным током элемента D2.4. На выходе элемента D2.4 будет низкий логический уровень. Конденсатор С7 разряжается при появлении отрицательных импульсов на выходе элемента D2.3. Конденсатор С8 предотвращает возбуждение элемента D2.4 при плавном переходе из одного логического состояния в другое. Диод V4 предохраняет конденсатор С7 от зарядки напряжением логической 1 с выхода элемента D2.3. За период следования импульсов конденсатор С7 не успевает заряжаться до напряжения срабатывания элемента D2.4. Следовательно, на его выходе будет удерживаться уровень 1 при наличии сигнала в канале ЧФП 1.
С выхода частотных преобразователей сигналы с уровнем логической 1 поступают на информационные входы дешифратора D3. На выходах дешифратора в соответствии с логическим уровнем напряжения на его входах формируется восемь сигналов, управляющих оптронными ключами ОК1 - ОК8. Все восемь ключей идентичны. Каждый выполнен на транзисторе (V13) и тиристорном онтроне (U1). Лампы экрана (на схеме показано по одной лампе из каждой группы) питаются пульсирующим постоянным током с диодного моста V15 - V18.
Узел управления яркостью свечения ламп экрана состоит из усилителя напряжения (транзисторы V5, V6), детектора (диоды V7, V8 и конденсатор С12), усилителя постоянного тока (V9), смесителя (V11I), генератора прямоугольных импульсов (на микросхеме D4), формирователя пилообразного напряжения (D6, V12 и D7.2), синхронизированного с частотой сети. Усиленный сигнал звуковой частоты после детектирования выделяется в виде среднеарифметического напряжения на накопительном конденсаторе С12. Буферный усилитель на транзисторе V10 ослабляет влияние формирователя пилообразного напряжения на работу детектора.
С выхода детектора напряжение, изменяющееся в зависимости от амплитуды входного сигнала, передается на базу транзистора V11. Сюда же поступает сигнал с выхода формирователя пилообразного напряжения. На эмиттерный нагрузке R26 этого транзистора выделяется сложное пилообразное напряжение, постоянная составляющая которого пропорциональна входному НЧ сигналу и к тому же зависит от положения движка переменного резистора R20.
Как только напряжение на резисторе R26, изменяясь, переходит пороговое напряжение срабатывания (уровень 0) элемента D5.1, на его выходе появляется импульс. Скважность этих импульсов будет меняться в зависимости от уровня входного сигнала СДУ.
Работа формирователя пилообразного напряжения подробно описана в статье А.Вдовикина, Р.Абульханова, Ю.Демина “Регулятор мощности на логических микросхемах”.— “Радио”,1980 г., № 7, с. 22, 23, и потому здесь не рассматривается. Элемент D5.2 улучшает форму импульсов. Конденсатор С15 предотвращает возбуждение элемента D5.1, так как на его входе действует линейно увеличивающееся пилообразное напряжение.
Элемент D5.3 инвертирует импульсы и передает их на один из входов элемента D7.1, а на другой вход поступает напряжение с частотой 10 кГц от генератора, собранного на микросхеме D4. На выходе элемента D7.1 формируются пачки отрицательных импульсов, управляющих работой дешифратора на микросхеме D3. Смещение начала пачки импульсов относительно начала полупериода напряжения сети определяет время, в течение которого открыт оптронный ключ, т. е. яркость свечения той или иной группы ламп экрана.
Когда транзистор V13 оптронного ключа открыт, светодиод оптрона U1 не излучает света. Поэтому фототиристрр закрыт и ток через нагрузку — лампу Н1 — не протекает. Отрицательный импульс с выхода дешифратора закрывает транзистор V13 и загорается лампа Н1.

Электронный блок СДУ питается от сетевого стабилизированного источника, ток нагрузки — менее 1 А. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ 16х24. Обмотка 1 содержит 2200 витков провода ПЭВ-2 0,14, а обмотка II — 81 виток провода ПЭВ-2 1,2. Напряжение вторичной обмотки под нагрузкой не должно отличаться от 8 В более чем на 20%. Если оно превысит этот уровень, возможен перегрев и выход из строя микросхемы D6. Уход напряжения за нижний предел может привести к сбоям в работе формирователя пилообразного напряжения.
Оптронные ключи с оптронами ТО-2-40 можно заменить триннсторными по схеме, показанной на рис. 2. В этом случае надобность в диодном мосте V15—V18 отпадает. Импульсные трансформаторы Т1 ключей наматывают на кольцевых магнитопроводах К10х5х6 из феррита 600НН. Обмотки I—III — одинаковые и содержат по 40 витков провода ПЭВ-2 0,17. Каждое ферритовое кольцо нужно обмотать равномерно по всей окружности лентой из фторопласта или лакоткани шириной 5 мм. Обмотку размещают равномерно по кольцу. Поверх обмотки I наматывают изоляцию из двух слоев такой же ленты. Далее в два провода наматывают обмотки II и III. Снаружи трансформатор покрывают еще одним слоем изоляционной ленты.

Налаживание устройства начинают с проверки стабилизатора источника питания. Подстроечным резистором R38 устанавливают выходное напряжение 5 В. На вход СДУ подают от звукового генератора сигнал напряжением 0,1 В. Изменяя частоту генератора в границах канала НЧ, подстроечным резистором R11 настраивают фильтр таким образом, чтобы на выводе 23 микросхемы D3 оставалось напряжение логической 1. Аналогично настраивают фильтры остальных каналов. Затем подключают экранное устройство и резистором R20 устанавливают начальный уровень свечения ламп канала “Пауза” при отсутствии сигнала на входе СДУ.
Для проверки работы узла управления яркостью свечения ламп необходимо подать на вход СДУ сигнал с генератора звуковой частоты напряжением 0,3 В частотой 200 Гц. В экранном устройстве зажгутся лампы канала НЧ. Резистором R15 устанавливают максимальную яркость свечения. Плавно уменьшая напряжение сигнала на выходе генератора, убеждаются в плавности уменьшения свечения ламп.

В. КОВАЛЕВ, А. ФЕДОСЕЕВ
Радио 1, 1984г.

В Н И М А Н И Е !
Если Вы решили собрать предложенное устройство, рекомендую заглянуть сюда:
Усовершенствование СДУ с цифровой обработкой сигнала - дополнения, улучшающие работу предлагаемого устройства.