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
Разговор пойдёт об очень распространённой интегральной схеме (ИС) звукового усилителя мощности LM386, производимой компанией National Semiconductor (сейчас полностью входит в состав Texas Instruments) .
Действительно, напряжение питания микросхемы может быть в пределах 4…12 В, а потребляемый ток покоя составляет всего 4 мА, что является идеальным для большинства аудиопроектов, получающих питание от батарей. Усилитель развивает выходную мощность 0,5 Вт при напряжении питания 9 В и сопротивлении нагрузки 8 Ом. Если добавить, что К ус. этой интегральной МС может быть легко выбран от 20 до 200 с помощью двух внешних элементов, а её выходное напряжение автоматически устанавливается равным половине напряжения питания, то станет ясно, почему в течение многих лет эта микросхема сохраняет популярность.
Заголовок проекта отражает сказанное – как микросхема, так и наборы на её основе чрезвычайно востребованы радиолюбителями, в этом смысле аудиоусилитель LM386 действительно чемпион. См., например,
Предлагаю ознакомиться с возможностями массовой микросхемы LM386 и предложить мои варианты её применения.
Характеристики, функциональная схема и выбор внешних элементов усилителей на ИС LM386
Усилитель мощности звуковой частоты LM386 применяется в портативной радиоэлектронной аппаратуре.Аналогом LM386 является KA386 фирмы Samsung, отечественный аналог – КР1438УН2. У российских любителей интегральная схема LM386 стала популярна с падением «железного занавеса», до этого времени тогда ещё советские электронщики облюбовали в качестве массового усилителя микросхему К157УД1, предназначенную для применения в аппаратуре магнитной записи.
Основные технические характеристики микросхемы LM386
Выходная мощность, Pвых = 250…500 МВт,
Сопротивление нагрузки, Rн = 8 Ом.
Коэффициент усиления, Ku = 26…46 дБ,
Полоса частот, B = 20 Гц..60 кГц,
Входное сопротивление, Rвх = 50 кОм,
Коэффициент гармоник, Kг = 0,2%,
Напряжение питания, Uп = 4…12 В,
Ток покоя, Io=4 мА.
Таблица 1 поможет оперативно выбрать необходимое напряжение питания в зависимости от сопротивления нагрузки и требуемой выходной мощности.
На рис. 1 изображена функциональная схема LM386. На ней транзисторы структуры p-n-p VT1, VT2 и VT5, VT6 образуют дифференциальный усилитель, в котором каждый из входов соединён с общим проводом через резисторы R1 и R2, собственно и определяющие типовое входное сопротивление 50 кОм.
Нагрузкой дифференциального усилителя является токовое зеркало на транзисторах VT3, VT4, а выход (транзистор VT5) соединён с входом усилителя напряжения VT7, включённого по схеме с общим эмиттером. В цепь коллектора VT7 последовательно включены диоды VD1, VD2, служащие для создания смещения на базах выходного каскада, и источник тока Io.
Усилитель мощности работает в классе АВ и выполнен на транзисторах VT8 – VT10, включённых по схеме с общим коллектором, поэтому коэффициент усиления выходного каскада по напряжению близок к единице.
Рис. 1. Функциональная схема низковольтного аудиоусилителя LM386
Обратите внимание, что для минимизации падения напряжения на транзисторах выходного каскада и получения максимальной выходной мощности в схеме не предусмотрены элементы защиты от перегрузок.
Резисторы R2 и R3 задают ток транзисторов дифференциального усилителя. Точка соединения резисторов R2 и R3 выведена на внешний вывод микросхемы (вывод 7), предназначенный для подключения внешнего фильтрующего конденсатора.
Эмиттеры транзисторов дифференциального каскада VT2 и VT5 включены несколько нестандартно: не соединены вместе, а содержат резисторы отрицательной обратной связи. Два из них - R4 и R5 последовательно включены между эмиттерами VT2 и VT5, а третий - R6, подключён к эмиттеру VT5 и выходу выходного каскада (эмиттеры VT8, VT9).
Коэффициент усиления по напряжению при таком включении равен удвоенному отношению сопротивления R6 к сумме сопротивлений резисторов, установленных между эмиттерами транзисторов VT2 и VT5 (R4 + R5):
Ku=2R6/(R4+R5)=2 15/(0,15+1,35)=20 (1)
Вывод эмиттера VT5 и точка соединения резисторов R4, R5 выведены на внешние выводы микросхемы (выводы 1 и 8 соответственно) и предназначены для установки требуемого коэффициента усиления, который может варьироваться в диапазоне от 20 до 200. Если закоротить выводы 1 и 8 по переменному току с помощью внешнего конденсатора, то в выражении (1) сопротивление внутреннего резистора R5 принимаем равным нулю, и полное усиление по напряжению составит 200.
Включив между выводами 1 и 8 последовательную цепочку, состоящую из резистора и конденсатора, можем варьировать коэффициент усиления от 20 до 200:
Ku=2R6/(R4+R5R вн /(R5+R вн)),
где Rвн – сопротивление внешнего резистора, кОм.
Ёмкость внешнего конденсатора Свн должна быть выбрана такой, чтобы в рабочем диапазоне частот его сопротивление переменному току было много меньше, чем Rвн. При Rвн=0 получаем Ku=200; при Rвн=∞ получаем Ku=20, а при Rвн=680 Ом коэффициент усиления Ku=50.
Для получения требуемой амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) можно включать комплексные элементы как между выводами 1 и 8, так и между выводами 1 и 5 микросхемы.
Элементы формирования требуемой АЧХ можно включать не только между указанными выводами, но и общим проводом . Например, можно установить между выводом 1 и общим проводом цепочку, состоящую из оксидного конденсатора и внешнего резистора Rвн.
Интересно, что в этом случае удаётся получить коэффициент усиления порядка 70 дБ. При Rвн=4,7 Ом получаем Ku=70 дБ; при Rвн=15 Ом имеем Ku=60 дБ, а при Rвн=47 Ом коэффициент усиления составит Ku=50 дБ.
Такие схемы могут найти применение в высокочувствительных устройствах (приёмники прямого преобразования, сверхчувствительные микрофоны и др.), при этом удаётся обойтись без дополнительного усилительного каскада на транзисторе, включаемого перед усилителем на микросхеме LM386.
Рис. 11. Универсальный усилитель на ИС LM386
Детали универсального усилителя и монтажная плата
Применены резисторы типа МЛТ, МОН, С2-33Н мощностью 0,25 или 0,125 Вт. Конденсаторы керамические КМ-5, КМ-6, К10-17, К10-47, а также плёночные К73-9, К73-17 или К73-24; оксидные конденсаторы К50-35. Динамическая головка – широкополосная, с сопротивлением 8 Ом, мощностью 0,5…3 Вт, например 1ГДШ-6-8. Все детали могут быть заменены импортными аналогами.DA1 – Микросхема LM386N (L), корпус DIP8-300 – 1 шт.,
SCS-8 Розетка dip узкая – 1 шт.,
R1 – Рез.-0,25W-4,7 кОм (Жёлтый, фиолетовый, красный, золотистый) – 1 шт.,
R2 – Рез.-0,25W-10 кОм (Коричневый, чёрный, оранжевый, золотистый) – 1 шт.,
R3 – Рез.-0,25W-680 Ом (Голубой, серый, коричневый, золотистый) – 1 шт.,
R4 – Рез.-0,25W-300 Ом (Оранжевый, чёрный, коричневый, золотистый) – 1 шт.,
R5 – Рез.-0,25W-160 Ом (Коричневый, голубой, коричневый, золотистый) – 1 шт.,
R6 – Рез.-0,25W-51 Ом (Зелёный, коричневый, чёрный, золотистый) – 1 шт.,
R7 – Рез.-0,25W-47 Ом (Жёлтый, фиолетовый, чёрный, золотистый) – 1 шт.,
R8 – Рез.-0,25W-15 Ом (Коричневый, зелёный, чёрный, золотистый) – 1 шт.,
R9 – Рез.-0,25W-4,7 Ом (Жёлтый, фиолетовый, золотистый, золотистый) – 1 шт.,
R10 – Рез.-0,25W-10 Ом (Коричневый, чёрный, чёрный, золотистый) – 1 шт.,
R – Переменный резистор 10 кОм под гайку СП3-4ам – 1 шт.,
C1 – Конд.X7R 0,22 мкФ керам.имп (EIA Code 224); К10-17 б-Н90-10% 0,22 мкФ – 1 шт.,
C2 – Конд.X7R 1000пФ керам.имп (102); КМ-6 б- 1000 пФ – 1 шт.,
C3, C4 – Конд.10/16V 0511 +105С – 1 шт.,
C5, C9 – Конд.X7R 0,047 мкФ керам.имп (473); К10-17-1а-Н90 0,047 мкФ – 2 шт.,
C7 – Конд.X7R 0,033 мкФ керам.имп (333); К10-47-100В 0,033 мкФ – 1 шт.,
C6, C8, C10 – Конд.220/16V 0611 +85°C – 3 шт.,
J1…J9 – Вилка на плату PLS-2 – 9 шт.,
Печатная плата 75Ч25 мм – 1 шт.
На рис. 12 показана монтажная плата усилителя.
На основе интегральной микросхемы LM3914 производителя National Semiconductors можно конструировать различные светодиодные индикаторы, имеющие линейную шкалу. Основой LM3914 является 10 компараторов.
Входной сигнал через операционный усилитель подается на инверсные входы компараторов LM3914, а прямые входы их подключены к напряжения. Десять выходов являются выходами компараторов, к которым подключаются светодиоды.
Выбор работы индикации: либо режим «столбик», это когда с изменением уровня входного сигнала меняется количество светящихся светодиодов, либо режим «точка», то есть с изменением уровня сигнала, перемещаясь по линейке светится только один светодиод.
Назначение выводов LM3914:
- 1, 10…18 — выходы.
- 2 — минус питания.
- 3 — плюс источника питания от 3…18 вольт.
- 4 — на данный вывод подается напряжение, величина которого определяет нижний уровень индикации. Допустимый уровень от Uн.min. = 0 до Uн.max. = (Uпит. – 1,5В.)
- 5 — на данный вывод подается входной сигнал.
- 6 — на данный вывод подается напряжение, величина которого определяет верхний уровень индикации. Допустимый уровень от Uв.min. = 0 до Uв.max. = (Uпит. – 1,5В.)
- 7, 8 — выводы для регулирования тока, протекающего через светодиоды.
- 9 — вывод отвечает за режим работы индикации («точка» или «столбик»)
Шаг переключения от одного светодиода к другому автоматически высчитывается микросхемой. Шаг будет равен (Uв. – Uн.)/10.
Алгоритм работы индикатора на микросхеме LM3914
До тех пор, пока на ножке Uвх. сигнал ниже по сравнению с напряжением на выводе Uн., светодиоды не горят. Как только входной сигнал сравняется с Uн. – загорится светодиод HL1. При последующем увеличение сигнала на величину (Uв. – Uн.)/10, в режиме «точка» выключается HL1 и одновременно загорается HL2. В том случае если LM3914 функционирует в режиме «столбик», то при включении HL2, HL1 не гаснет.
Микросхема LM3914 спроектирована для создания светодиодных индикаторов с линейной шкалой, и поэтому резисторы в составе делителя обладают одинаковым сопротивлением. Микросхема имеет источник опорного напряжения в 1,25 вольт. С помощью подключения дополнительно 2-х резисторов можно добиться увеличения опорного напряжения (не более Uпит. — 2 вольта; максимум 12 вольт).
Расчет опорного напряжения можно выполнить по следующей формуле:
Uоп = (R2/R1+1)*1,25В + Iв*R2, где
- R1 — резистор, подключаемый к ножкам 7 и 8 микросхемы LM3914.
- R2 — резистор, подключаемый между ножками 8 и минусом питания схемы.
- Iв – сила тока на ножке 8 микросхемы (около 100 мкА)
Для выбора одного из двух режимов работы нужно сделать следующее:
- Режим «точка» — вывод 9 подключить к минусу питания или оставить неподключенным.
- Режим «столбик» — вывод 9 подсоединить к плюсу питания микросхемы.
Технические характеристики микросхемы LM3914
Стандартная схема подключения входного напряжения на микросхему LM3914
В зависимости от величины входного напряжения Uвх, необходимо подобрать сопротивление R1, при котором будет светиться верхний по шкале светодиод. Данное сопротивление можно вычислить по формуле: R1 = R2(Uвх/1,25 — 1).
Посредством включения резистора R3 можно добиться регулирования тока протекающего через светодиоды.
(1,6 Mb, скачано: 4 020)
Качественный стереофонический усилитель для дома, который мы здесь рассмотрим, основывается на паре микросхем LM3876 (или LM3886). Даташит . Кроме самих усилителей мощности, был в отдельном корпусе собран блок питания. Он обеспечивает двухполярное напряжение 35В и более низкое 15В - для питания предусилителя на OPA2134. В принципе острой необходимости в отдельном предусилителе нет. С ним и уровень шума будет чуть выше, и фоновый шум может быть слышен в очень тихом месте, поэтому если конструкцию планируется использовать с источником достаточно мощного сигнала линейного выхода (около 1В) - от преампа можно отказаться.
Выходная мощность предлагаемой схемы зависит от подаваемого напряжения питания. График показан ниже.
Функция Mute . Микросхема LM3876 позволяет пользователю отключить музыку в УМЗЧ путём переключения током 0,5 мА состояния вывода 8. В данной схеме задержка на включение звука выполнена простейшей RC цепочкой R1 C6, которая в первый момент после старта не пропускает напряжение запуска микросхемы, чтоб из динамиков не доносился щелчёк.
Предварительный усилитель несколько повышает чувствительность и позволяет с помощью переключателя сформировать необходимую АЧХ. Часто бывает нужно немного приподнять низа или ВЧ, что цепь коррекции успешно и выполняет. Дополнительная его функция - коммутация входов (DVD плеер, тюнер, телевизор, компьютер).
Блок питания должен обеспечить два двухполярных напряжения: +-35 вольт 3 ампера для самой микросхемы LM3876 и +-15 вольт 0,05 ампер для драйвера на ОУ.
С целью свести практически к нулю возможные наводки и помехи от трансформатора и силовых цепей выпрямителя напряжения, БП был собран в отдельной алюминиевой коробке, с применением тороидального трансформатора, который, как вы знаете, обладает минимальным полем. Отдельный небольшой трансформатор на 9 вольт питает систему "мягкий запуск", но если не хотите усложнять конструкцию - исключите этот модуль.
Корпус усилителя
Корпус самодельного усилителя выполнен также из алюминия, эффективно экранируя детали схемы от возможных электромагнитных помех. На передней панели только пара регуляторов (громкость и баланс) и кнопка питания 220В, с зелёным светодиодом. Сзади УНЧ есть 4 стереовхода аудио, клеммы для подключения аккустических систем и гнездо под питающий кабель от блока питания.
В принципе микросхема показала себя очень достойно. Никаких шумов нет вообще - даже прислонив ухо к динамикам невозможно расслышать фон. При громкости до 50 ватт звук не имеет никаких заметных искажений, к тому же на такой мощности они и не слышны. Ведь при комфортных 10 ватт Кни составляет всего 0,01% во всём спектре звуковых частот. А для тех, кто не сможет достать эту микросхему, рекомендуем собрать домашний УМЗЧ исключительно .
В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.
Datasheet по lm317, lm350, lm338
Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).
Все три ИМ имеют схожую архитектуру и разработаны с целью построения на их основе не сложных схем стабилизаторов тока или напряжения, в том числе применяемых и со светодиодами. Различия между микросхемами кроются в технических параметрах, которые представлены в сравнительной таблице ниже.
| LM317 | LM350 | LM338 | |
|---|---|---|---|
| Диапазон значений регулируемого выходного напряжения | 1,2…37В | 1,2…33В | 1,2…33В |
| Максимальный показатель токовой нагрузки | 1,5А | 3А | 5А |
| Максимальное допустимое входное напряжение | 40В | 35В | 35В |
| Показатель возможной погрешности стабилизации | ~0,1% | ~0,1% | ~0,1% |
| Максимальная рассеиваемая мощность* | 15-20 Вт | 20-50 Вт | 25-50 Вт |
| Диапазон рабочих температур | 0° - 125°С | 0° - 125°С | 0° - 125°С |
| Datasheet | LM317.pdf | LM350.pdf | LM338.pdf |
* - зависит от производителя ИМ.
Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.
Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220. Микросхема имеет три вывода:
- ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
- OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
- INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.
Схемы и расчеты
Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора. 
На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.
Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I 0 (1), где I 0 – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: P R =I 0 2 ×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.
Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.
Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности. 
Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.
Loading...