Analogové běhající světlo
Datum 23. 08. 2008 v 11:11 | Rubrika: Elektronika
| Toto zařízení jsem si postavila jen a pouze proto, že jsem si chtěla vyhrát, něco se přiučit ohledně analogových obvodů a také proto, že jsem chtěla mít něco extra. Běhajících světel je na internetu tolik, že vymýšlet další se zdálo být naprostým nesmyslem. To co ale vzniklo je pravděpodobně unikát, protože jsem nic takového nenašla. Jen podobného, ale tam byl použitý integrovaný budič LED, což tady není 
Celé zapojení je relativně jednoduché a proto velice vhodné pro začínající, ale i zkušený bastlíř si může krásně vyhrát, protože v obvodu se dá měnit prakticky všechno a podle toho se mění výsledný efekt. Zrovna tak se dá téměř do nekonečna rozšiřovat. Fantazii se meze nekladou.
Zapojení se dá rozdělit do několika částí:
- obvodu napájení
- oscilátoru
- tvarovacího a programovacího obvodu
- komparátorů a budičů LED
Ani jedna část není důležitější než druhá, potřebné jsou všechny.
Obvod napájení
Je tím nejjednodušším obvodem v zapojení, proto jím začnu. Slouží k napájení celého blikátka. Kondenzátor C6 filtruje napájecí napětí a zbavuje jej zbytků případného zvlnění. Kondenzátory C1 až C5 jsou blokovací kondenzátory a měly by být umístěné co nejblíže každého operačního zesilovače. Jejich úkolem je zajistit stabilitu zesilovačů tím, že potlačují případné zákmity a jiné rušení v napájení.
Oscilátor
Oscilátor je vlastně srdce celého blikátka, určuje totiž frekvenci jeho práce. Jeho funkce je jednoduchá, jak už to tak bývá:
Po připojení napájecího napětí se vlivem odporů R1 a R2 na neinvertujícím vstupu objeví polovina napájecího napětí. Na vstupu invertujícím je napětí nulové a proto se výstup operačního zesilovače nastaví na vysokou úroveň přibližující se hodnotě napětí napájecího. Tím se stanou dvě věci. Jednak se přes odpor R3 posune hodnota napětí na neinvertujícím vstupu a za druhé se začne přes odpor R4 začne nabíjet kondenzátor C7. Tento stav trvá do okamžiku, než se kondenzátor nabije na hodnotu vyšší než je na neinvertujícím vstupu. Následkem tohoto stavu se výstup zesilovače překlopí do nízko hodnoty a na výstupu bude napětí blížící se nulovému potenciálu. Přes R3 se opět posune hodnota na neinvertujícím vstupu (tentokráte směrem dolů) a kondenzátor C7 se začne vybíjet. A vybíjí se tak dlouho, dokud hodnota napětí neklesne pod úroveň napětí na neinvertujícím vstupu. Pak se opět výstup překlopí do vysoké úrovně a kondenzátor C7 se začne nabíjet… a tak stále dokolečka.
Hodnoty součástek R4 a C7 určují kmitočet oscilátoru a jejich změnou lze kmitočet měnit v širokých mezích. Změnou hodnoty odporu R3 lze změnit střídu signálu. Pro správnou funkci dalších obvodů je ale vhodná střída 1:1 a proto je dobré, aby hodnoty R1, R2 a R3 byly stejné.
Komparátory
Tvoří vlastně takový kodér a zároveň budiče LED. Jejich funkce je opět velice jednoduchá, dokonce ještě jednodušší než obvod oscilátoru.
Pomocí odporového děliče R5 až R9 a P1 se na neinvertujících vstupech operačních zesilovačů objeví různá napětí. Na každém vstupu je jiné. Na vstupu IO5 je napětí nejmenší a na vstupu IO2 je největší. Invertující vstupy jsou spojené a připojené na tvarovací obvod. Ale o tom až později. Pokud je na invertujících vstupech napětí nižší než je napětí na vstupech invertujících, tak jsou výstupy na vysoké úrovni a LED nemohou svítit. Pokud se napětí začne zvyšovat, začnou se postupně překlápět jednotlivé komparátory. Nejprve to bude IO5, potom IO4 a tak dále až do IO2. Když se komparátor překlopí, objeví se na jeho výstupu nízká úroveň a LED se může rozsvítit. Takže při vzrůstajícím napětí na vstupu se LED postupně rozsvítí a při napětí klesajícím zase postupně zhasnou.
Potenciometr P1 slouží k vyrovnání funkce komparátorů. Po zapnutí totiž zjistíte, že D1 bliká jen krátce případně že D4 vůbec nezhasíná. Tímto potenciometrem se obvod vyváží tak, aby všechny LED blikaly podle představ stavitele. Já jím obvod vyvážila tak, aby všechny diody blikaly rovnoměrně. Vlastností tohoto obvodu je to, že nesvítí jen jedna dioda, ale všechny které jsou "pod ní", takže pokud se rozsvítí D1, svítí i D2, D3 i D4.
Tvarovací obvod – programátor funkce
Tato část je druhá nejjednodušší část obvodu, ale určuje jeho chování. Je to vlastně program jednoduchého analogového počítač, což toto zapojení ve své podstatě je (ač silně zjednodušený).
Pokud se spojí výstup oscilátoru a vstup komparátorů, tak budou všechny LED blikat v rytmu práce oscilátoru. To lze udělat i jednodušeji a proto je mezi ně vložený právě tvarovací obvod. Jeho úkolem je zajistit to, aby LED blikaly různě.
Když se na vstupu obvodu objeví vysoká úroveň napětí z oscilátoru, začne se přes odpor R14 nabíjet kondenzátor C8. Napětí na něm začne exponenciálně stoupat a proto se LED začnou postupně rozsvěcet. Hezky od zdola nahoru. Po překlopení oscilátoru se otevře dioda D5 a kondenzátor se přes ní a odpor R15 rychle vybije. Vybití je tak rychlé, že LED zhasnou všechny naráz. Tak to tedy vidí oko, ve skutečnosti zhasnou postupně. Celý děj se potom stále opakuje v rytmu práce oscilátoru.
A tady je možné si hrát. Diodu je možné vypustit a potom se LED postupně rozsvěcují a zhasínají. Také je možné ji otočit a potom se LED všechny rozsvítí a postupně zhasínají. Velikostí součástek R14, R15 a C8 se určuje rychlost rozsvěcení a zhasínání sloupce LED. Čím větší hodnoty, tím pomaleji se LED rozsvěcí a zhasínají. Další možností ke hraní jsou odpory R5 až R9, jejich změnou, nebo spíše změnou poměru jejich hodnot, lze změnit průběh rozsvěcení a zhasínání LED. Takže například D4 se rozsvítí ihned, D3 až s vetší prodlevou a pak opět rychle D2 a D3.
Použité součástky
Jako součástky jsou použila to, co bylo v šuplíku. Takže stařičké zesilovače MAA741 tovární značky Tesla v kulatých kovových pouzdrech jsou ozdobou přístroje. Lze použít libovolné jiné operační zesilovače, všechny vyhoví. Všechny ostatní součástky jsou běžná bižuterie, kterou má doma asi každý.
Odpory:
R1 až R3 - 10k
R4 - 330k
R5 až R9 - 150k
R10 až R13 - 1k
R14 - 150k
R15 - 1k
P1 - 500k (trimr nebo potenciometr)
Kondenzátory:
C1 až C5 keramický kondenzátor 100nF
C6 elektrolytický kondenzátor 100uF
C7 elektrolytický kondenzátor 2,2uF
C8 elektrolytický kondenzátor 1uF
Polovodiče:
D1 až D4 – libovolné ledky
D5 libovolná dioda
IO1 až IO5 operační zesilovač 741 (MAA741, LM741…)
A to je vlastně vše, jak jsem říkala už na začátku, tak praktický smysl tohoto obvodu je skoro nulový, kdo si však chce hrát a nebo se něco naučit o chování operačních zesilovačů, tak má velice vhodnou příležitost. A nebo pokud chcete mít něco extra, co jen tak někdo nemá. Běhajících světel řízených procesorem je dost, ale mít „analogový počítač“ to je dneska již vzácné
A na závěr ještě pohled na prototyp:
|
|