V tem članku bomo spoznali nekaj elektronskih vezij, ki menjajo intenzivnost svetlobe proporcionalno glede na jakost zvočne pobude.
Avtor: mag. Vladimir Mitrović
Za to bomo potrebovali vezje prikazano na sliki 29, ki bo zvočne signale pretvorilo v niz impulzov različne širine.
Na prvi pogled je vezje zelo podobno tistemu s slike 24, celo smo ga tudi enako imenovali. Res je, tukaj smo uporabili mikrofonski vložek s tremi priključki, vendar to ne predstavlja nobene bistvene spremembe: namesto tega vložka bi enako dobro deloval tudi vložek z dvema priključkoma in uporom RM, kakšnega smo uporabili v vezju s slike 24. Električne signale iz vložka ojačuje tranzistor Tr1, na njegovem kolektorju se pojavlja “rdeč” signal amplitude do 5 Vpp. Amplituda, trajanje in oblika tega signala so odvisni od zvočne pobude, ki ga je povzročila. Če je pobuda previsoka, bodo vrhovi signala “odrezani”, kar nam v tej uporabi ne bo predstavljalo problema.
Ta vsebina je samo za naročnike
Prva bistvena sprememba glede na predhodno vezje je dodatek upora R4, katerega vrednost je izbrana tako, da se tranzistor Tr2 še vedno nahaja v zaprtem stanju, vendar bo dovolj majhna rast bazne prednapetosti (manjše od 100 mV), da bi se tranzistor odprl. Druga zamenjava je v kolektorskem krogu tranzistorja Tr2, kjer se sedaj več ne nahaja kondenzator in se bodo spremembe njegovega kolektorskega toka, ko je tranzistor odprt, trenutno odrazile kot sprememba intenzitete svetlobe svetleče diode LED1.
Tranzistor Tr2 vklapljajo negativni vrhovi “rdečega” signala, frekvenca, trajanje in jakost tokovnih impulzov skozi upor R5 in LED-ico so odvisni od frekvence in intenzivnosti pobude. Zato bo LED-ica utripala v ritmu zvočnega signala, intenzivnost svetlobe pa bo proporcionalna intenziteti zvoka. Da bi efekt bil bolj očiten smo uporabili belo LED-ico premera 10 mm, upornost upora R5 je izbrana tako, da skozi LED-ico lahko kratkotrajno stečejo tokovni impulzi do 30 mA.
Vezje s slike 29 bo reagiralo tudi na šepet, pri glasnejšem govoru ali petju bo LED-ica precej intenzivno svetila. Če želimo doseči svetlobne efekte večje intenzivnosti, je smiselno uporabiti žarnico namesto svetleče diode. Cilj nam je pokazati principe, zato bomo uporabili malo avtomobilsko žarnico delovne napetosti 12 V in moči 2 W. Vendar tudi žarnice tako majhne moči ne moremo direktno vklapljati s tranzistorjem Tr2. Potrebovali bomo ustrezno vezje. Kakšno, poglejmo v nadaljevanju!
Regulator osvetlitve z opto-triakom
Shema na sliki 30a predstavlja regulator osvetlitve z opto-triakom (angl. triac photocoupler) TLP3063 ali MOC3063. Prevodnost triaka znotraj integriranega vezja je odvisna od intenzivnosti svetlobe, s katero ga osvetljuje integrirana LED-ica: če je svetloba prešibka, bo triak odprto stikalo, kadar je svetloba dovolj močna, se bo “stikalo” sklenilo in triak bo začel prevajati. TLP3063 je precej občutljiv in bo triak aktiviral že tok jakosti 5 mA.
Krmilni tok opto-triaka zagotavlja napetost na prostem kraju upora R1. Priključimo ga na kolektor tranzistorja Tr2 v vezju na sliki 29, povezani pa sta tudi masi krogov s slik 29 in 30a. V takšnem vezju bo del tokovnih impulzov, ki aktivirajo LED-ico LED1 tekel čez upor R1 in LED-ico znotraj TLP3063. Tako bomo z intenzivnostjo govora vplivali na trajanje časovnih intervalov v katerih triak prevaja, in s tem na intenzivnost svetlobe žarnice Si1.
Upornost upora R1 je določena tako, da zagotavlja potreben 5 mA krmilni tok. Primer opto-triaka ki sem ga uporabil med eksperimentiranjem je bil bolj občutljiv in je dobro deloval tudi z upori upornosti do 1 kΩ. V vezju na sliki 30a lahko uporabimo tudi podobna opto-trijaka, TLP3062 in TLP3061; oba sta manj občutljiva in zahtevata krmilne tokove 10 oziroma 15 mA, kar bo zahtevalo ustrezno prilagoditev vrednosti upora R1.
Na občutljivost vezja lahko vplivamo tudi s spremembo vrednosti upora R5 v vezju na sliki 29. Čim večji je ta upor, še posebej če popolnoma odstranimo R5 in LED-ico, bo regulator osvetlitve z opto-triakom bolj občutljiv in žarnica bo pričela slabo svetiti tudi pri nižjih intenzivnostih zvoka.
Integrirano vezje TLP3063 ima vgrajeno dodatno logiko, ki zagotavlja da dovolj osvetljeni triak lahko prične prevajati samo v trenutku, ko je vrednost izmenične napetosti blizu ničle (angl. zero voltage crossing turn-on, ZC). To ni ključnega pomena v našem primeru, je pa pomembno pri vklopu bremen velike moči. Pravzaprav TLP3063 niti ni predviden za direktno vklapljanje bremen, ampak za krmiljenje močnejših triakov in tiristorjev. Kako to narediti bomo pokazali na koncu tega članka.
Regulator osvetlitve s tiristorjem
Namesto triaka lahko za regulacijo toka skozi žarnico uporabimo tudi tiristor (angl. thyristor, SCR). Shema na sliki 30b predstavlja takšen regulator, prilagojen na majhne tiristorje, kot so BRX45, S7504 ali KT508. Za razliko od triaka, tiristor prevaja tok samo v eni smeri. Če ga želimo izkoristiti za obe polperiodi izmenične napetosti, ga moramo usmeriti s polnovalnim usmernikom. Polnovalni usmernik na sliki 30b je narejen z diodama D1 in D2. Vezane so na transformator z dvojnim sekundarnim navitjem.
Tiristor bo prevajal tok samo takrat, ko mu zagotovimo dovolj visok krmilni tok (angl. gate trigger current). Pri tiristorjih, ki jih uporabljamo, so dovolj že tokovi manjši od 1 mA, čemur je prilagojen upor R1. Če njegov svobodni konec vežemo na kolektor tranzistorja Tr2 v vezju na sliki 29, mase obeh vezij pa so tudi povezane, bomo tiristorski regulator krmilili na isti način, kot smo krmilili regulator z opto-triakom.
Ampak obstaja pomembna razlika med tema vezjema. Pri vezju z opto-triakom sta izmenični in enosmerni krog ločena, medtem ko sta pri vezju s tiristorjem ta dva kroga galvansko povezana. Če uporabljamo omrežni transformator z nizko sekundarno napetostjo to ne bo predstavljalo problema. Vendar pa je v vezjih, v katerih izmenična napetost ni ločena s transformatorjem od omrežne napetosti, zaradi varnostnih razlogov zaželeno uporabiti optično povezovanje.
Regulator osvetlitve s PNP/NPN tranzistorskim parom
Vezje s PNP/NPN tranzistorskim parom, kot tisto na sliki 30c, smo že spoznali v tretjem nadaljevanju, ko smo analizirali različne izvedbe bistabilov. Tako povezana tranzistorja pravzaprav tvorita PNPN spoj, ki obstaja tudi v “pravem” tiristorju. Z drugimi besedami, na sliki 30c imamo vezje s tranzistorsko simulacijo tiristorja.
Že vemo, da sta v takšnem vezju oba tranzistorja ali v stanju globoke prevodnosti ali pa sploh ne prevajata, zato je disipacija moči na njima majhna. Vendar moramo upoštevati tudi eno drugo omejitev: ker tukaj velik del toka bremena teče skozi baze tranzistorjev, moramo uporabiti tranzistorje, ki to lahko prenesejo. Maksimalni dovoljen bazni tok tranzistorjev BC327 in BC337 znaša 200 mA, zato v vezju po shemi na sliki 30c ne bi smeli vezati žarnice ali drugih bremen večje moči od prikazane. Če obstaja takšna potreba, moramo uporabiti močnejši tranzistorski par, kot npr. BD135/BD136.
Opazili bomo, da bo vezje pričelo prevajati tudi pri zelo majhnem baznem toku tranzistorja Tr2, čemur je prilagojen upor R1. Močnejšem tranzistorskem paru bo verjetno ustrezalo, da vrednosti vseh uporov zmanjšamo na polovico ali tretjino prikazanih vrednosti.
Polnovalno usmerjanje smo naredili z Graetzovim vezjem diod D1-4. Način povezovanja na prožilno vezje s slike 29 je isto kot v primeru s “pravim” tiristorjem, in veljajo iste varnostne opombe.
Vklapljanje močnejših bremen s triakom TLP3063
Razen za moduliranje intenzivnosti svetenja z intenzivnostjo zvočnih signalov, kar je osnovna tema tega članka, se vezja s slik 30a, 30b in 30c lahko uporabijo tudi za enostavnejšo nalogo: vklapljanje in izklapljanje razsvetljave. Če povežemo prosti konec upora R1 iz teh vezij na izhod “1” integriranega vezja CD4017 v vezju s slike 26b, bomo žarnico lahko izmenično vklapljali in izklapljali s ploskanjem.
Pojem “razsvetljava” pomeni precej večja bremena od male avtomobilske žarnice, ki smo jo mi uporabili. Shema na sliki 31 kaže, kako lahko vezje z opto-triakom TLP3063 izkoristimo za krmiljenje močnega triaka Tc, ki nato vklaplja neko večje breme.
Shema je načelna, brez navajanja konkretnega triaka; njega izberemo glede na moč bremena (LOAD). Konkretne vrednosti upora Rx in kondenzatorja Cx so odvisne od karakteristik triaka in bremena. Isto se nanaša tudi na upora R2 in R3; navedena je njuna tipična vrednost, 360 Ω.
Pozor! Rdeče obarvane komponente na sliki 31 so direktno vezane na omrežno napetost in se jih je smrtno nevarno dotikati! Čeprav se breme običajno veže na neživi vodnik (N, ničla), velja enako opozorilo tudi za njega!
