articol recuperat si postat pe arduinotehniq.com in 01.2016

cum proiectam o orga de lumini
- articol publicat in almanahul Tehnium '89 -
(materialul original este cel al dlui. Emil LUT)
coperta almanah Tehnium 1988


initiere articol in 21.03.2011

   Pentru orga de lumini realizata s-au utilizat urmatoarele configuratii de filtre cu amplificatoare operationale:

   1. FTJ cu 12 dB/octava (pentru frecventele joase)
   Reamintim pentru cititorii mai tineri ca o octava reprezinta un interval de frecventa [f1, f2] pentru care frecventa f2=2f1, iar 12dB atenuare de tensiune reprezinta o micsorare a tensiunii la 0,25 din valoarea luata ca referinta, deoarece:

publicat de niq_ro

unde: a(dB) = atenuare de tensiune, exprimata in dB.
   Deci pentru un FTJ cu frecventa de taiere fo (adica acea frecventa la care se introduce o atenuare de 3dB), vom avea la 2fo o atenuare de 15dB a semnalului. S-au notat in figura 2 valorile tensiunii atenuate, in volti, pentru o tensiune de 1V maxima in banda.
   Raspunsul la FTJ din figura 1 este de tip Butterworth de ordinul 2:
publicat de niq_ro

   Aplicatie numerica: pentru fo=120Hz, alegand C=47nF, se obtine R=120kohmi.
publicat de niq_ro publicat de niq_ro

   2. FTB cu supratensiune ridicata (pentru frecventele medii)
   Evident, un FTB foarte bun se poate obtine prin utilizarea unui filtru trece-jos urmat de un filtru trece-sus, fiecare cu 12 dB/octava atenuare in afara benzii (vezi si "Tehnium" nr. 3/1982). Bineinteles, se va impune ca aceste doua filtre sa aiba o portiune comuna de banda de trecere (fig. 3).

publicat de niq_ro

   Cu un singur amplificator operational, utilizind configuratia din figura 4, se obtine un filtru trece-banda avand caracteristica din figura 5.
publicat de niq_ro publicat de niq_ro

   Relatiile de calcul ale filtrului sunt:
- pentru frecventa centrala:
publicat de niq_ro

pentru largimea de banda:
publicat de niq_ro

cu observatia posibilitatii unei reglari a frecvenjei centrale prin schimbarea valorii lui R2 in conditiile mentinerii constante a castigului si a largimii benzii.
Aplicafie numerica:
a) pentru fo=525Hz, Df=450Hz, alegand C=22nF, se obtin R1=16kohmi, R2=9,1kohmi, deci se realizeaza o banda de trecere: 300Hz-750Hz.
b) pentru fo=3kHz, Df=2kHz, alegand C=4,7nF, se obtin R1=16,9kohmi, R2=4,7kohmi, adica se realizeaza banda de trecere 2kHz-4kHz.
   Varianta a) se va utiliza pentru canalul II, iar varianta b) pentru canalul III al orgii de lumini (medii-joase, respectiv medii-inalte).

   3. FTS cu 12 dB/octava (pentru frecventele inalte)
   Se poate utiliza schema din figura 6 cu caracteristica de frecventa din figura 7.

publicat de niq_ro publicat de niq_ro

   In acest caz frecventa de taiere:
publicat de niq_ro

   Aplicatie numerica: cu fo=7,5kHz, alegand C=3,3nF se obtine R=9,1kohmi. Suprapunand cele 4 caracteristici ale filtrelor calculate mai sus, se obtine caracteristica de frecventa a orgii de lumini propuse (fig.8).
publicat de niq_ro

   Pentru a utiliza filtrele propuse intr-o orga de lumini se impune ca semnalul de la iesirea lor sa "atace" poarta unui tiristor (sau triac) in anodul caruia este cuplata sarcina, respectiv becul sau grupul de becuri folosite (fig. 9). Evident se pot utiliza si circuite cu tranzistoare pentru comanda unor becuri de mica putere si tensiune. Este utila folosirea unei punti redresoare in circuitul anodic al tiristorului in scopul de a impiedica patrunderea fazei tensiunii retelei pe traseul de masa al montajului, cu pericolele pe care le implica acet lucru (in plus, in acest fel, creste si valoarea medie a tensiunii aplicate becurilor). De asemenea, in scopul de a impiedica parazitarea retelei de 220 V datorita comutatiei tiristoarelor, cu efecte perturbatoare asupra functionarii aparaturii electronice audio din apropiere, se impune utilizarea unui filtru de retea.
publicat de niq_ro

   Alte elemente utile ar fi:
- un reglaj general de volum al semnalului (pentru pragul de deschidere a tiristoarelor);
- reglaje distincte pe fiecare canal ale tensiunii de prag a tiristoarelor;
- amplificator al semnalelor primite de la sursa audio (pentru situatia in care nivelul acestora este prea mic);
- repetoare de tensiune, pentru a realiza adaptari de impedanta sau pentru a asigura curentul necesar deschiderii tiristoareior (daca cel furnizat de amplificatoarele operationale este prea mic);
- separare galvanica prin transformator intre sursa de semnal si orga de lumini propriu-zisa;
- compresor de dinamica, pentru a atenua semnalele de volum prea mare, care determina aprinderea puternica si simultana a mai multor becuri (de pe canale diferite).
   O schema de orga de lumini, care respecta aceste cerinte este cea din figura 10.
publicat de niq_ro

   Semnalul poate fi preluat:
- direct de pe difuzoarele unei statii de amplificare (de maximum 100W);
- de la un preamplificator, magnetofon, pick-up, radio etc., in general, de la orice sursa audio care furnizeaza un semnal intre 10mV-20V.
   Se observa ca s-a prevazut posibilitatea utilizarii de semnale stereo, cupland intrarea in orga de lumini pe canalul DREAPTA sau STANGA sau pe amandoua, selectia realizindu-se cu ajutorul intrerupatoarelor K1a si K1b.
   Semnalul preluat de pe fiecare canal audio este controlat in volum cu ajutorul potentiometrelor P1a si P1b (eventual duble tandem) si aplicat pe baza tranzistorului T1 (respectiv T2), conectat ca repetor pe emitor. Se realizeaza astfel o impedanta de intrare de minimum cca 50 kohmi a orgii de lumini, astfel incat cuplarea la orice sursa audio sa nu perturbe functionarea acesteia. Se recomanda pentru T1 si T2 un factor de amplificare beta >300. Daca se doreste o impedanfa de intrare mai mare, inte B-B'si C-C' se poate conecta un repetor bootstrap.
   Urmeaza transformatorul de separare Tr1, pe care are loc mixarea semnalelor de pe canalele sursei stereo. Datele de proiectare ale acestuia sunt: sectiunea miezului > 2cm2; primarul se va realiza prin infasurarea a cca 2000 spire din sarma CuEm 0,1mm (sau mai subtire), dupa care se scoate o priza mediana si se continua infasurarea, de aceasta data in sens invers, a inca 2000 spire din acelasi tip de conductor. Astfel fluxurile ce iau nastere se vor aduna si nu scadea (altfel, de exemplu, la un semnal identic pe ambele canale nu s-ar transmite nimic in secundar). Secundarul se obtine bobinind un numar de 1500 spire din acelasi material.
   Intre DD' si EE' este intercalat un compresor de dinamica, cu caracteristica de transfer din figura 11.
publicat de niq_ro

   Acesta permite micsorarea amplificarii globale la niveluri mari ale semnalului de intrare, atenuand efectul suparator de aprindere puternica a becurilor la cresterea brusca a nivelului unei bucati muzicale, atunci cand am reglat orga, astfel incat sa fie sensibila si la semnale de nivel redus.
   Potentiometrele P2-P5 (de valoare > 5 kohmi) realizeaza reglajul volumului semnalului aplicat fiecarui canal al orgii de lumini. Ele preiau un semnal amplificat, dupa iesire din compresorul de dinamica, de aproximativ 50 de ori, de catre etajul de amplificare format cu tranzistorul T4. Tranzistorul T3, conectat ca repetor pe emitor, realizeaza eliminarea dependentei comportarii compresorului de dinamica de sarcina conectata la iesirea sa.
   La iesirea filtrelor de separare, tranzistorul T5 (si similar T7, T9, T11), conectat intr-un etaj cu sarcina distribuita, realizeaza o amplificare suplimentara de aproximativ 30 de ori (in tensiune), utila pentru semnalele de nivel mic aplicate pe intrare. Printr-un repetor pe emitor (cu T6, respectiv T8, T10, T12), cu rol de adaptor de impedanta, precum si acela de a furniza curentul de deschidere a tiristoarelor, semnalul "ataca" poarta tiristorului.
   Transformatorul Tr2 este, de fapt, format din doua drosele pe acelasi miez. Se va realiza infasurand pe un tor de ferita sau pe o oala cu o putere corespunzatoare consumului de curent de la retea cate 2030 spire de sarma de Cu, al carei diametru va fi, de exemplu, de 1mm pentru un consum total de 2-3A (vezi si "Tehnium" nr. 6/1981 pentru date suplimentare). Tiristoarele se vor alege in functie de puterea becurilor utilizate, montandu-se pe radiatoare de aluminiu pentru a mari maximul puterii ce se disipa. Tensiunile +U1, -U3, +U3, +U2 pot fi obtinute in diferite moduri, unul din ele fiind indicat in schema din figura 10. Se recomanda culegerea de pe infasurari separate a tensiunii care alimenteaza etajele de intrare, respectiv iesire, ale orgii de lumini. Pentru valorile elementelor din montajul prezentat, U1=15-16V, U2=15V, U3=12V, iar datele de realizare a transformatorului Tr3 sunt: sectiunea miezului (tole E+I): 3cm2, N1=3520 spire sarma CuEm 0,1mm, N2=N3=216 spire sarma CuEm 0,3mm, N4=2x208 spire 0,3mm.
   Tranzistoarele T1-T12 vor fi de tip npn cu siliciu, de mica putere, de exemplu BC171174, BC107109. T1, T2 vor avea la Ic=10mA, beta > 300. Diodele D1, D2 sunt cu siliciu, de comutatie, spre exemplu 1N4148 (dar schema a dat rezultate bune si cu diode redresoare, seriile F107407 sau 1N40014007). D3, D4, D5, D6 vor suporta o tensiune inversa > 400V si un curent > curentul maxim absorbit de cele 4 becuri (grupe de becuri), de exemplu 10Si10. D7, D8 vor fi diode redresoare de mica putere, de exemplu 1N4001, F107, etc.
   Recomandari:
- Pe fiecare canal se poate conecta un singur bec de 15...200 W, mai multe becuri de putere in paralel sau grupe de becuri inseriate, astfel incat tensiunea totala sa fie > 220V. De exemplu, un efect interesant (ca o lumina aleator dinamica) se obtine grupand mai multe becuri de 26V/0,2A ca in figura 12. Dreapta luminoasa se poate transforma eventual in cerc, dreptunghi, opt, etc.
publicat de niq_ro

- Se recomanda ca la cuplarea orgii de lumini la o sursa de semnal sa realizam o reglare corespunzatoare a functionarii prin punerea initiala a potentiometrului P1 la minimum.
- Este utila o sortare in clasa de precizie 12% a componentelor electronice pasive utilizate in filtre, daca se doreste obtinerea benzilor de frecventa determinate teoretic.
- Daca nu dorim compresie de dinamica, renuntam la montajul corespunzator, conectand direct punctele D-D' la E-E'.
- Se poate renunta la amplificarea de dupa filtre, caz in care se mai introduce un etaj de amplificare in tensiune dupa punctele F-F' (inainte de ramificarea pe canale a semnalului) si se inlocuiesc etajele dintre H-H' si T-T' cu un repetor pe emitor (cum este cel dintre B-B' si C-C').
- Daca dispunem de un circuit integrat liniar de tip 324 (exemplu LM324), care este, de fapt, un amplificator operational cvadruplu (fig. 13), cele 4 filtre se pot realiza cu un singur circuit integrat.
publicat de niq_ro

- Inlocuind repetorul de pe intrare (dintre BB'-CC') cu un repetor in montaj Darlington se poate mari impedanta de intrare sau mentine in limite acceptabile cu micsorarea numarului de spire al transformatorului Tr1.
- Rezistentele de polarizare a tranzistoarelor au fost determinate pentru un factor de amplificare beta = 200. Pentru valori mult diferite de aceasta, se recomanda modificarea rezistentelor usor in jurul valorilor date, astfel incat UCE-T4, UCE-T5 (analog T7, T9, T11) si UCE-T6 (respectiv T8, T1O, T12) sa aiba valori apropiate de jumatatea tensiunii de alimentare U2 (pentru a preveni limitarile de semnal, importante mai ales la T4).

Intoarcere la pagina principala