Işık organı (barevná hudba / renkli ışık sistemi), bir ses sinyalini (örneğin müziği) otomatik olarak renkli ışık efektlerine dönüştüren elektronik bir cihazdır. 1970'lerde ışık organları, diskolarda ve dans partilerinde kullanılan popüler bir aydınlatma efektiydi.
"Barevná hudba" (renkli müzik / ışık organı) olarak adlandırılan bu cihaz, girişine uygulanan alçak frekanslı (ses) sinyalinin yoğunluğuna göre yanıp sönen birkaç renkli ampule sahiptir. Renkli müziğin altın çağı, Amatérské rádio (Amatör Radyo) dergisinde çok sayıda yapım kılavuzunun yayımlandığı geçen yüzyılın 70'li yıllarıydı. Genellikle bunlar, alçak frekanslı sinyalin filtrelerle üç banda ayrıldığı ve doğrudan ampulleri yakacak tristörleri tetiklediği basit tasarımlardı. Ancak ampuller genellikle sadece rahatsız edici bir şekilde yanıp söndüğü için bu cihazların kullanımı sınırlı kalmıştı. Václav Kučírek'in AR 9/1973 [1] sayısında yayımlanan devresi bu trendin dışındaydı. Bu devrede, filtrelerden sonraki sinyal doğrultuluyor ve elde edilen DC (doğru akım) gerilimi, şebeke frekansından türetilen bir testere dişi sinyali ile karşılaştırılıyordu. Sonuç, ampullerin parlaklığının ses sinyalinin gücüne göre değiştirilmesini sağlayan bir PWM (Sinyal Genişlik Modülasyonu) kontrolüydü. Kullanılan doğrultucu hızlı bir yükselme (náběh/attack) ve yavaş bir düşme (doběh/release) süresine sahipti, bu sayede cihazın ışık performansı çok daha estetik ve akıcıydı. Benzer özelliklere sahip bir renkli müzik (ışık organı) sistemi bu makalenin konusudur.
Oynatıcıdan, bilgisayardan (PC) veya radyo alıcısından gelen alçak frekanslı (ses) sinyal, L ve R klemenslerine (girişlerine) uygulanır. Ardından, sinyal seviyesini ayarlamak için bir trimpot ve IC1 operasyonel amplifikatörü (op-amp) ile kurulmuş bir yükselteç katı gelir. Takip eden devrelerin düzgün çalışabilmesi için, yükselteç çıkışının kırpılma (limitasyon) noktasına kadar sürülmesi (uyarılması) uygundur. Yükselteç çıkışındaki sinyal daha zayıf olursa, renkli müzik sistemi yine aynı şekilde çalışacaktır; ancak renkli LED'lerin parlaklığı daha az olacaktır.
Yükselteçten sonra yüksek, orta ve düşük frekans bantları için filtreler bağlanmıştır. Filtrelerin frekans eğrisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Orta bant filtresi, yüksek ve düşük frekans filtrelerine kıyasla kasıtlı olarak daha fazla zayıflatma (útlum/attenuation) yapacak şekilde tasarlanmıştır.
Şekil 1. Renkli müzik sisteminin tek bir kanalına ait basitleştirilmiş devre şeması (Fig. 1. Simplified schematic of one channel light organ)
Şekil 2. Filtrelerin frekans karakteristiği (Fig. 2. Filters frequency response)
Filtrelerden sonra, aynı şekilde bağlanmış üç adet tranzistörlü dedektör (algılayıcı) katı gelir. Bu dedektör nasıl çalışır? R17 direnci ve D1 diyodu (cihazda diyot olarak bağlanmış T1 tranzistörü kullanılmıştır) ile yaklaşık 0.6 V'luk bir ön gerilim (bias) oluşturulur. Bu ön gerilim, R15 direnci üzerinden T3'ün beyzine uygulanır. T3 tranzistörünün beyz-emiter gerilimi yaklaşık 0.5 V olduğundan (sükunet halinde üzerinden T1'e kıyasla çok daha az akım geçer), emiterinde ve dolayısıyla filtreleme kondatöründe yaklaşık 120 mV'luk küçük bir gerilim oluşur. Çıkışta sıfıra daha yakın bir gerilim elde etmek için beyz ön gerilimini azaltmanın yeterli olacağı düşünülebilir, ancak durum böyle değildir; daha düşük bir ön gerilimde dedektör zayıf sinyallere karşı son derece doğrusal olmayan (nelineer) bir tepki verir ve bunları kötü algılar.
Tranzistörün beyzine sinyalin pozitif alternansı (yarım dalgası) uygulandığında tranzistör iletime geçer (açılır) ve C14 kondansatörü üzerinde sinyalin tepe değerine karşılık gelen bir gerilim belirir. Kondansatör, tranzistör üzerinden hızla şarj olur; şarj akımı R29 direnci ile sınırlandırılmıştır. Deşarj (boşalma) işlemi ise R19, R22 gerilim bölücü dirençleri üzerinden çok daha yavaş gerçekleşir. Sinyalin negatif alternansında ise önemli bir şey olmaz, dedektör tranzistörü kapalı kalır. Dedektörün hızlı bir yükselme (attack) ve yavaş bir düşme (release) süresine sahip olması burada bir avantaj sağlar. Aynı dedektör tipi [1] numaralı kaynakta da kullanılmıştır.
Dedektörden sonra, akım kaynağı olarak bağlanmış IC2 ve T10 katı gelir. IC2 operasyonel amplifikatörü, R46 direnci üzerindeki gerilim düşümü ile op-amp'ın evirmeyen (non-inverting) girişindeki (yani R22 direncindeki) gerilim düşümü eşit olacak şekilde T10 tranzistörünü açar (sürer). Dedektör çıkışındaki (C14) gerilim 3 V'tan daha büyük olabilir. Eğer akım kaynağını doğrudan C14'e bağlasaydık, maksimum uyarımda R46 üzerinde çok büyük bir gerilim düşümü meydana gelirdi. Bu nedenle, dedektör gerilimi R19/R22 gerilim bölücüsü ile küçültülür. Aynı zamanda, daha düşük bir giriş geriliminde LED'lerden aynı akımın akmasını sağlamak için tranzistörün emiterindeki direncin değerini de küçültmek gerekir.
Eğer renkli müzik sistemini bu basitleştirilmiş şemaya göre kuracak olsaydık (kutularla belirtilen filtreleri ekledikten sonra), devre prensip olarak çalışırdı. Ancak işlevselliği geliştirmek için devrede bazı düzenlemeler yapmak ve ek devreler eklemek gerekir. Şimdi cihazın tüm şemasının yer aldığı Şekil 3'e göz atalım.
Şekil 3. Renkli müzik sisteminin genel devre şeması (büyütmek için tıklayın) (Fig. 3. LED light organ full schematic - click for enlarge)
Girişte paralel olarak bağlanmış iki adet konnektör bulunmaktadır. Bunlardan birine ses sinyalini uygularız, diğerine ise amplifikatöre veya hoparlörlere giden kabloyu bağlarız. Tek bir güç kaynağı (simetrik olmayan tekli besleme) ile yetinebilmek adına, IC1D ile kurulan ön yükselteç katının ön gerilimi R3 ve R4 gerilim bölücü dirençleri ile besleme voltajının yarısına ($V_{CC}/2$) ayarlanmıştır. Filtreler 2. derecedendir (2nd order); yüksek frekanslar için yüksek geçiren (high-pass), düşük frekanslar için alçak geçiren (low-pass) ve orta frekanslar için ise alçak ve yüksek geçiren filtrelerin bir kombinasyonu (band-pass) kullanılmıştır.
Dedektörlerde iki adet filtreleme kondansatörü yer alır: Biri sürekli devreye bağlıdır ($1\,\mu\text{F}$), diğeri ($10\,\mu\text{F}$) ise SW1 anahtarı kapatıldığında T6 ila T8 tranzistörleri tarafından devreye sokulur. Hızlı mı yoksa yavaş bir düşme (release) süresinin mi daha uygun olacağı dinleyiciye ve cihazın kullanım amacına bağlıdır. Düşme hızı, bu kondansatörler farklı kapasitedekilerle değiştirilerek ayarlanabilir. Kapasite ne kadar büyük olursa, düşme süresi o kadar yavaş olur.
Daha önce de belirttiğim gibi, dedektörlerin çıkışında sükunet halinde bile küçük bir DC gerilim bulunur ve bu yüzden LED'ler hafifçe parıldar. Üstelik bu gerilim sıcaklığa bağlı olarak değişir ve devrede bu durum kompanze (dengeleme) edilmiştir. Ön gerilim kaynağından (T1) alınan voltaj, aynı zamanda T5 tranzistörlü bir emiter takipçi (emitter follower) katına uygulanır. T5'in emiterinde, dedektör tranzistörlerinin emiterlerindeki gerilimle aynı değerde ve aynı sıcaklık bağımlılığına sahip bir gerilim oluşur. Bu gerilim IC1A operasyonel amplifikatörü tarafından yükseltilir ve R38 ila R40 dirençleri üzerinden akım kaynaklarının (op-amp'ların) eviren (inverting) girişlerine uygulanır. Kazanç ayarı P2 trimpotu ile yapılır. Trimpot, LED'lerin tam sönme noktasına geleceği şekilde ayarlanır. Eğer dedektörlerdeki ve akım kaynaklarındaki bileşenlerin toleransları çok yüksek değilse, tüm LED'ler aynı ayarda sönecektir.
Devreye yapılan bir diğer ek düzenleme ise, her bir kanalın LED parlaklıkları arasındaki farkı (kontrastı) belirginleştirir. Günümüzde müzikler (maalesef çoğunlukla), ses tüm frekans bandında neredeyse kırpılma (limitasyon) sınırına dayanacak kadar yüksek seviyeli (loudness war) kaydedilmektedir ve frekans bantları arasındaki genlik farkları çok azdır. Böyle bir müzik çalındığında tüm LED'ler aynı anda yanar ve görsel olarak pek bir hareketlilik oluşmaz. Akım kaynaklarındaki tranzistörlerin emiterlerine ortak tek bir direnç (R48) bağlanarak bu durum değiştirilmiştir. Örneğin şu anda bas kanalında en güçlü sinyalin olduğunu varsayalım. LED5 ve LED6 yanar ve geçen akım R47 ile R48 dirençleri üzerinde bir gerilim düşümü yaratır. Ancak aynı anda, örneğin orta frekans kanalında daha zayıf bir sinyal bulunsun. R48 direnci üzerinde halihazırda bir gerilim düşümü oluştuğu için, R46'ya çok az (hatta duruma göre hiç kalmayacak ya da negatif olacak şekilde) bir gerilim düşümü kalır. Bu nedenle akım kaynağı LED3 ve LED4'ü daha az akımla sürer (veya hiç sürmez). Bu zayıflatma etkisi, R48 direncinin değerinin R45-R47 dirençlerine oranı büyüdükçe daha da artar. Ekstrem bir durumda R45 ila R47 dirençleri sıfır yapılabilir (ve $R48 = 6.8 \text{ ila } 8.2\,\Omega$ seçilebilir). Bu durumda sadece en güçlü sinyale sahip olan kanalın LED'leri yanacaktır.
Eklenen son devre ise "invers" (ters çalışan) LED'lerdir. Bu LED'ler, renkli müzik sisteminin girişinde hiç sinyal olmadığında yanarlar. LED7 ve LED8'in parlaklığı P3 trimpotu ile ayarlanır. Diğer LED'lerden herhangi biri yanmaya başladığında, voltaj R35 ve R36 üzerinden IC2C operasyonel amplifikatörünün eviren girişine iletilir ve LED7 ile LED8 söner.
Devre geniş bir besleme gerilimi aralığında çalışabilmektedir. Seri bağlı 2 ila 3 LED için 12 V'luk bir fiş tipi duvar adaptörü yeterlidir. Seri olarak farklı sayıda LED kullanacaksanız, LED sayısıyla orantılı bir voltaj seçmeniz uygun olur. Ancak voltajı çok yüksek seçerseniz, akım kaynaklarının tranzistörleri gereksiz yere ısınacaktır.
Şekil 5. 100 mA'lik LED'ler yerine maksimum akımı 20 mA olan LED'lerin bağlantı şeması (Fig. 5. Wiring LED with a maximum current of 20 mA instead of 100 mA per LED)
Renkli müzik sistemi için tüm bileşenlerin monte edilebileceği bir baskı devre kartı (PCB) tasarladım (Şekil 6). Cihazın yapımına daha az deneyimli tasarımcılar da girişebileceğinden, klasik (delik içi montaj / THT) bileşenleri kullanmayı tercih ettim. Kartın üzerine öncelikle tel köprüleri (jumper), ardından pasif bileşenleri, konnektörleri ve son olarak tranzistörler ile her iki entegre devreyi (tercihen soket kullanarak) monte edin. Eğer LED'ler bir ekrana veya duvara yansıyacaksa doğrudan kartın üzerine lehimleyebilirsiniz; aksi takdirde bunları kendi ihtiyaçlarınıza göre konumlandırın.
Ben cihazı düz, kare bir kutunun içine yerleştirdim. Kutunun üst kısmında, LED'lerin içine doğru ışık verdiği, üzeri kapatılmış eski bir tasarruflu ampulden sökülmüş mat bir cam küre bulunuyor. LED renklerini kendi zevkinize göre seçebilirsiniz; ben düşük tonlar (bas) için kırmızı, orta tonlar (mid) için mavi ve yüksek tonlar (tiz) için yeşil renkleri tercih ettim. İnvers (ters) çalışan kanaldaki LED'ler ise sarı renktedir.
Şekil 6. Renkli müzik sisteminin baskı devre kartı (PCB) yerleşimi (102 x 102 mm). Farenin sağ tuşuna tıklayıp "Resmi farklı kaydet" seçeneğini seçerseniz, hat şemasını 600 dpi çözünürlükte elde edebilirsiniz (Fig. 6. PCB layout (102 x 102 mm). Click right mouse button and choose "Save image as" to get 600 dpi resolution image)
Motiv desky v souboru PDF / PCB layout in PDF file here
Şekil 7. Bileşenlerin yerleşim planı (Fig. 7. Locations of components on board)
Ayrı ayrı LED'ler kullanmak yerine üç renkli (RGB) LED şerit veya bağımsız tek renkli şerit LED'ler de kullanabilirsiniz. Şerit LED'lerde genellikle ortak bir dirençle seri bağlı 3 LED yer alır. Bu direnç bir sorun teşkil etmez, sadece besleme gerilimini 15 V'a yükseltmeniz gerekir. Şerit LED'in "+" işaretli ortak ucunu pozitif besleme gerilimine bağlarız; "R", "G" ve "B" uçlarını ise sırasıyla T9 ila T11 tranzistörlerinin kolektörlerine bağlarız. İnvers (ters) çalışan kanalı ise ya bağımsız LED'lerle bırakırız ya da hiç kullanmayız. Ben bu modifikasyonu 50 cm uzunluğunda bir RGB şerit LED ile denedim. Bu kullanımda, dedektörün zaman sabitlerinin (zamanlama ayarının) daha uzun seçilmesi daha uygun olmaktadır.
Makalenin bu son bölümünün ve malzeme listesinin Türkçe çevirisi şu şekildedir:
Şekil 8. RGB şerit LED bağlantısı (Fig. 8. RGB strip connect)
Şekil 9. Bileşenleri monte edilmiş (tamamlanmış) baskı devre kartı (Fig. 9. PCB)
"Barevná hudba" (renkli müzik / ışık organı) olarak adlandırılan bu cihaz, girişine uygulanan alçak frekanslı (ses) sinyalinin yoğunluğuna göre yanıp sönen birkaç renkli ampule sahiptir. Renkli müziğin altın çağı, Amatérské rádio (Amatör Radyo) dergisinde çok sayıda yapım kılavuzunun yayımlandığı geçen yüzyılın 70'li yıllarıydı. Genellikle bunlar, alçak frekanslı sinyalin filtrelerle üç banda ayrıldığı ve doğrudan ampulleri yakacak tristörleri tetiklediği basit tasarımlardı. Ancak ampuller genellikle sadece rahatsız edici bir şekilde yanıp söndüğü için bu cihazların kullanımı sınırlı kalmıştı. Václav Kučírek'in AR 9/1973 [1] sayısında yayımlanan devresi bu trendin dışındaydı. Bu devrede, filtrelerden sonraki sinyal doğrultuluyor ve elde edilen DC (doğru akım) gerilimi, şebeke frekansından türetilen bir testere dişi sinyali ile karşılaştırılıyordu. Sonuç, ampullerin parlaklığının ses sinyalinin gücüne göre değiştirilmesini sağlayan bir PWM (Sinyal Genişlik Modülasyonu) kontrolüydü. Kullanılan doğrultucu hızlı bir yükselme (náběh/attack) ve yavaş bir düşme (doběh/release) süresine sahipti, bu sayede cihazın ışık performansı çok daha estetik ve akıcıydı. Benzer özelliklere sahip bir renkli müzik (ışık organı) sistemi bu makalenin konusudur.
Devre Açıklaması
Tüm cihazın şeması oldukça karmaşık olduğundan, işe Şekil 1'deki basitleştirilmiş devrenin açıklamasıyla başlayacağım. Şemada yer almayan diğer bölümlerin işlevlerini daha sonra genel şema üzerinde açıklayacağız.Oynatıcıdan, bilgisayardan (PC) veya radyo alıcısından gelen alçak frekanslı (ses) sinyal, L ve R klemenslerine (girişlerine) uygulanır. Ardından, sinyal seviyesini ayarlamak için bir trimpot ve IC1 operasyonel amplifikatörü (op-amp) ile kurulmuş bir yükselteç katı gelir. Takip eden devrelerin düzgün çalışabilmesi için, yükselteç çıkışının kırpılma (limitasyon) noktasına kadar sürülmesi (uyarılması) uygundur. Yükselteç çıkışındaki sinyal daha zayıf olursa, renkli müzik sistemi yine aynı şekilde çalışacaktır; ancak renkli LED'lerin parlaklığı daha az olacaktır.
Yükselteçten sonra yüksek, orta ve düşük frekans bantları için filtreler bağlanmıştır. Filtrelerin frekans eğrisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Orta bant filtresi, yüksek ve düşük frekans filtrelerine kıyasla kasıtlı olarak daha fazla zayıflatma (útlum/attenuation) yapacak şekilde tasarlanmıştır.
Şekil 1. Renkli müzik sisteminin tek bir kanalına ait basitleştirilmiş devre şeması (Fig. 1. Simplified schematic of one channel light organ)
Şekil 2. Filtrelerin frekans karakteristiği (Fig. 2. Filters frequency response)
Filtrelerden sonra, aynı şekilde bağlanmış üç adet tranzistörlü dedektör (algılayıcı) katı gelir. Bu dedektör nasıl çalışır? R17 direnci ve D1 diyodu (cihazda diyot olarak bağlanmış T1 tranzistörü kullanılmıştır) ile yaklaşık 0.6 V'luk bir ön gerilim (bias) oluşturulur. Bu ön gerilim, R15 direnci üzerinden T3'ün beyzine uygulanır. T3 tranzistörünün beyz-emiter gerilimi yaklaşık 0.5 V olduğundan (sükunet halinde üzerinden T1'e kıyasla çok daha az akım geçer), emiterinde ve dolayısıyla filtreleme kondatöründe yaklaşık 120 mV'luk küçük bir gerilim oluşur. Çıkışta sıfıra daha yakın bir gerilim elde etmek için beyz ön gerilimini azaltmanın yeterli olacağı düşünülebilir, ancak durum böyle değildir; daha düşük bir ön gerilimde dedektör zayıf sinyallere karşı son derece doğrusal olmayan (nelineer) bir tepki verir ve bunları kötü algılar.
Tranzistörün beyzine sinyalin pozitif alternansı (yarım dalgası) uygulandığında tranzistör iletime geçer (açılır) ve C14 kondansatörü üzerinde sinyalin tepe değerine karşılık gelen bir gerilim belirir. Kondansatör, tranzistör üzerinden hızla şarj olur; şarj akımı R29 direnci ile sınırlandırılmıştır. Deşarj (boşalma) işlemi ise R19, R22 gerilim bölücü dirençleri üzerinden çok daha yavaş gerçekleşir. Sinyalin negatif alternansında ise önemli bir şey olmaz, dedektör tranzistörü kapalı kalır. Dedektörün hızlı bir yükselme (attack) ve yavaş bir düşme (release) süresine sahip olması burada bir avantaj sağlar. Aynı dedektör tipi [1] numaralı kaynakta da kullanılmıştır.
Dedektörden sonra, akım kaynağı olarak bağlanmış IC2 ve T10 katı gelir. IC2 operasyonel amplifikatörü, R46 direnci üzerindeki gerilim düşümü ile op-amp'ın evirmeyen (non-inverting) girişindeki (yani R22 direncindeki) gerilim düşümü eşit olacak şekilde T10 tranzistörünü açar (sürer). Dedektör çıkışındaki (C14) gerilim 3 V'tan daha büyük olabilir. Eğer akım kaynağını doğrudan C14'e bağlasaydık, maksimum uyarımda R46 üzerinde çok büyük bir gerilim düşümü meydana gelirdi. Bu nedenle, dedektör gerilimi R19/R22 gerilim bölücüsü ile küçültülür. Aynı zamanda, daha düşük bir giriş geriliminde LED'lerden aynı akımın akmasını sağlamak için tranzistörün emiterindeki direncin değerini de küçültmek gerekir.
Eğer renkli müzik sistemini bu basitleştirilmiş şemaya göre kuracak olsaydık (kutularla belirtilen filtreleri ekledikten sonra), devre prensip olarak çalışırdı. Ancak işlevselliği geliştirmek için devrede bazı düzenlemeler yapmak ve ek devreler eklemek gerekir. Şimdi cihazın tüm şemasının yer aldığı Şekil 3'e göz atalım.
Şekil 3. Renkli müzik sisteminin genel devre şeması (büyütmek için tıklayın) (Fig. 3. LED light organ full schematic - click for enlarge)
Girişte paralel olarak bağlanmış iki adet konnektör bulunmaktadır. Bunlardan birine ses sinyalini uygularız, diğerine ise amplifikatöre veya hoparlörlere giden kabloyu bağlarız. Tek bir güç kaynağı (simetrik olmayan tekli besleme) ile yetinebilmek adına, IC1D ile kurulan ön yükselteç katının ön gerilimi R3 ve R4 gerilim bölücü dirençleri ile besleme voltajının yarısına ($V_{CC}/2$) ayarlanmıştır. Filtreler 2. derecedendir (2nd order); yüksek frekanslar için yüksek geçiren (high-pass), düşük frekanslar için alçak geçiren (low-pass) ve orta frekanslar için ise alçak ve yüksek geçiren filtrelerin bir kombinasyonu (band-pass) kullanılmıştır.
Dedektörlerde iki adet filtreleme kondansatörü yer alır: Biri sürekli devreye bağlıdır ($1\,\mu\text{F}$), diğeri ($10\,\mu\text{F}$) ise SW1 anahtarı kapatıldığında T6 ila T8 tranzistörleri tarafından devreye sokulur. Hızlı mı yoksa yavaş bir düşme (release) süresinin mi daha uygun olacağı dinleyiciye ve cihazın kullanım amacına bağlıdır. Düşme hızı, bu kondansatörler farklı kapasitedekilerle değiştirilerek ayarlanabilir. Kapasite ne kadar büyük olursa, düşme süresi o kadar yavaş olur.
Daha önce de belirttiğim gibi, dedektörlerin çıkışında sükunet halinde bile küçük bir DC gerilim bulunur ve bu yüzden LED'ler hafifçe parıldar. Üstelik bu gerilim sıcaklığa bağlı olarak değişir ve devrede bu durum kompanze (dengeleme) edilmiştir. Ön gerilim kaynağından (T1) alınan voltaj, aynı zamanda T5 tranzistörlü bir emiter takipçi (emitter follower) katına uygulanır. T5'in emiterinde, dedektör tranzistörlerinin emiterlerindeki gerilimle aynı değerde ve aynı sıcaklık bağımlılığına sahip bir gerilim oluşur. Bu gerilim IC1A operasyonel amplifikatörü tarafından yükseltilir ve R38 ila R40 dirençleri üzerinden akım kaynaklarının (op-amp'ların) eviren (inverting) girişlerine uygulanır. Kazanç ayarı P2 trimpotu ile yapılır. Trimpot, LED'lerin tam sönme noktasına geleceği şekilde ayarlanır. Eğer dedektörlerdeki ve akım kaynaklarındaki bileşenlerin toleransları çok yüksek değilse, tüm LED'ler aynı ayarda sönecektir.
Devreye yapılan bir diğer ek düzenleme ise, her bir kanalın LED parlaklıkları arasındaki farkı (kontrastı) belirginleştirir. Günümüzde müzikler (maalesef çoğunlukla), ses tüm frekans bandında neredeyse kırpılma (limitasyon) sınırına dayanacak kadar yüksek seviyeli (loudness war) kaydedilmektedir ve frekans bantları arasındaki genlik farkları çok azdır. Böyle bir müzik çalındığında tüm LED'ler aynı anda yanar ve görsel olarak pek bir hareketlilik oluşmaz. Akım kaynaklarındaki tranzistörlerin emiterlerine ortak tek bir direnç (R48) bağlanarak bu durum değiştirilmiştir. Örneğin şu anda bas kanalında en güçlü sinyalin olduğunu varsayalım. LED5 ve LED6 yanar ve geçen akım R47 ile R48 dirençleri üzerinde bir gerilim düşümü yaratır. Ancak aynı anda, örneğin orta frekans kanalında daha zayıf bir sinyal bulunsun. R48 direnci üzerinde halihazırda bir gerilim düşümü oluştuğu için, R46'ya çok az (hatta duruma göre hiç kalmayacak ya da negatif olacak şekilde) bir gerilim düşümü kalır. Bu nedenle akım kaynağı LED3 ve LED4'ü daha az akımla sürer (veya hiç sürmez). Bu zayıflatma etkisi, R48 direncinin değerinin R45-R47 dirençlerine oranı büyüdükçe daha da artar. Ekstrem bir durumda R45 ila R47 dirençleri sıfır yapılabilir (ve $R48 = 6.8 \text{ ila } 8.2\,\Omega$ seçilebilir). Bu durumda sadece en güçlü sinyale sahip olan kanalın LED'leri yanacaktır.
Eklenen son devre ise "invers" (ters çalışan) LED'lerdir. Bu LED'ler, renkli müzik sisteminin girişinde hiç sinyal olmadığında yanarlar. LED7 ve LED8'in parlaklığı P3 trimpotu ile ayarlanır. Diğer LED'lerden herhangi biri yanmaya başladığında, voltaj R35 ve R36 üzerinden IC2C operasyonel amplifikatörünün eviren girişine iletilir ve LED7 ile LED8 söner.
Devre geniş bir besleme gerilimi aralığında çalışabilmektedir. Seri bağlı 2 ila 3 LED için 12 V'luk bir fiş tipi duvar adaptörü yeterlidir. Seri olarak farklı sayıda LED kullanacaksanız, LED sayısıyla orantılı bir voltaj seçmeniz uygun olur. Ancak voltajı çok yüksek seçerseniz, akım kaynaklarının tranzistörleri gereksiz yere ısınacaktır.
Kullanılan Malzemeler ve Mekanik Yapı
Renkli müzik sisteminde ucuz ve piyasada kolayca bulunabilen bileşenler kullanılmıştır. LED'ler bunun istisnasıdır; ben yüksek parlaklığa sahip ve maksimum akımı 100 mA olan LED'ler kullandım. Devrede hiçbir değişiklik yapmadan, nominal akımı 20 mA olan daha yaygın LED'lerden de kullanabilirsiniz, ancak bu durumda Şekil 5'te görüldüğü gibi 5 kat daha fazla LED bağlamanız gerekir. Paralel bağlanan tüm LED'ler aynı tipte ve tercihen aynı üretim serisinden olmalıdır. Burada da maksimum parlaklığa sahip LED tipinin seçilmesi büyük önem taşımaktadır.Şekil 5. 100 mA'lik LED'ler yerine maksimum akımı 20 mA olan LED'lerin bağlantı şeması (Fig. 5. Wiring LED with a maximum current of 20 mA instead of 100 mA per LED)
Renkli müzik sistemi için tüm bileşenlerin monte edilebileceği bir baskı devre kartı (PCB) tasarladım (Şekil 6). Cihazın yapımına daha az deneyimli tasarımcılar da girişebileceğinden, klasik (delik içi montaj / THT) bileşenleri kullanmayı tercih ettim. Kartın üzerine öncelikle tel köprüleri (jumper), ardından pasif bileşenleri, konnektörleri ve son olarak tranzistörler ile her iki entegre devreyi (tercihen soket kullanarak) monte edin. Eğer LED'ler bir ekrana veya duvara yansıyacaksa doğrudan kartın üzerine lehimleyebilirsiniz; aksi takdirde bunları kendi ihtiyaçlarınıza göre konumlandırın.
Ben cihazı düz, kare bir kutunun içine yerleştirdim. Kutunun üst kısmında, LED'lerin içine doğru ışık verdiği, üzeri kapatılmış eski bir tasarruflu ampulden sökülmüş mat bir cam küre bulunuyor. LED renklerini kendi zevkinize göre seçebilirsiniz; ben düşük tonlar (bas) için kırmızı, orta tonlar (mid) için mavi ve yüksek tonlar (tiz) için yeşil renkleri tercih ettim. İnvers (ters) çalışan kanaldaki LED'ler ise sarı renktedir.
Şekil 6. Renkli müzik sisteminin baskı devre kartı (PCB) yerleşimi (102 x 102 mm). Farenin sağ tuşuna tıklayıp "Resmi farklı kaydet" seçeneğini seçerseniz, hat şemasını 600 dpi çözünürlükte elde edebilirsiniz (Fig. 6. PCB layout (102 x 102 mm). Click right mouse button and choose "Save image as" to get 600 dpi resolution image)
Motiv desky v souboru PDF / PCB layout in PDF file here
Şekil 7. Bileşenlerin yerleşim planı (Fig. 7. Locations of components on board)
Ayrı ayrı LED'ler kullanmak yerine üç renkli (RGB) LED şerit veya bağımsız tek renkli şerit LED'ler de kullanabilirsiniz. Şerit LED'lerde genellikle ortak bir dirençle seri bağlı 3 LED yer alır. Bu direnç bir sorun teşkil etmez, sadece besleme gerilimini 15 V'a yükseltmeniz gerekir. Şerit LED'in "+" işaretli ortak ucunu pozitif besleme gerilimine bağlarız; "R", "G" ve "B" uçlarını ise sırasıyla T9 ila T11 tranzistörlerinin kolektörlerine bağlarız. İnvers (ters) çalışan kanalı ise ya bağımsız LED'lerle bırakırız ya da hiç kullanmayız. Ben bu modifikasyonu 50 cm uzunluğunda bir RGB şerit LED ile denedim. Bu kullanımda, dedektörün zaman sabitlerinin (zamanlama ayarının) daha uzun seçilmesi daha uygun olmaktadır.
Makalenin bu son bölümünün ve malzeme listesinin Türkçe çevirisi şu şekildedir:
Şekil 8. RGB şerit LED bağlantısı (Fig. 8. RGB strip connect)
Daha Yüksek Akımlı LED'lerin Kullanımı
Devrenin daha yüksek akımlı LED'lere göre uyarlanması oldukça kolaydır. T9 ila T11 (ve gerekirse T12) tranzistörlerini daha yüksek güç kaybına (power dissipation) dayanıklı bir tiple değiştirin. Seçilecek tranzistörler, öngörülen maksimum akımda bile yeterli kazanca (100'den fazla) sahip olmalıdır. Küçük bir soğutucuyla donatılmış, TO-126 veya TO-220 kılıfında transistörler ya da Darlington çiftleri bu iş için uygundur. Yapılması gereken bir diğer değişiklik ise R45 ila R48 (ve gerekirse R42) dirençlerinin değiştirilmesidir. Maksimum akımı 350 mA olan 1 Watt'lık LED'ler kullanılacaksa, bu dirençlerin değerlerini aynı oranda, yani yaklaşık 3,5 kat küçültün. R45 ila R47 dirençlerinin yerine 1.5 ohm, R48 direncinin yerine ise 1 ohm kullanın. Elbette bu durumda daha güçlü bir güç kaynağı (adaptör) kullanılması da gerekecektir.İlk Çalıştırma ve Ayarlar (Oživení)
Bileşenleri karta monte ederken herhangi bir hata yapmadıysanız, devre ilk çalıştırmada sorunsuz şekilde çalışacaktır. Güç kaynağını bağlayın; çıkış akımı sınırlama özelliğine sahip bir laboratuvar güç kaynağı kullanılması en iyisidir. Güç kaynağını 12 V'a ve akım sınırını 100 mA'e ayarlayın. P2 trimpotunu, LED1 ila LED6 tam sönme noktasına gelecek (ideal olarak hepsi aynı anda sönecek) şekilde ayarlayın. P3 trimpotu ile invers (ters) kanaldaki LED'lerin parlaklığını uygun bir seviyeye getirin. Her şey yolunda görünüyorsa akım sınırlamasını kaldırın (veya 500 mA'e ayarlayın), P1 trimpotunu tamamen sağa çevirerek maksimuma getirin ve ses (alçak frekans) sinyalini uygulayın. Eğer her şey düzgün çalışıyorsa ilk çalıştırma ve test işlemi tamamlanmış demektir. Dedektör hızını değiştiren anahtarın (SW1) işlevini test edin.Sonuç
Bu makalede, bir zamanlar oldukça popüler olan bu tasarımı günümüzün genç tasarımcılarına tanıtmaya çalıştım. Bu nedenle devrenin çalışma mantığının açıklaması nispeten ayrıntılı tutulmuştur.Malzeme Listesi (Seznam součástek)
Bu liste, maksimum akımı 100 mA olan LED'lere göre hazırlanmıştır. R45 ila R48 dirençleri 0207 boyutunda 0.6 W metal film dirençlerdir. Diğer dirençler aynı boyutta veya daha küçük olabilir. Tüm folyo ve seramik kondatörlerin bacak aralığı 5 mm'dir (RM5).Dirençler ve Trimpotlar
- R1, R2, R3, R4, R41: 22 kohm, 0207
- R5, R6, R14 - R17, R27: 100 kohm, 0207
- R7: 4.7 kohm, 0207
- R8, R38, R39, R40: 27 kohm, 0207
- R9: 3.3 kohm, 0207
- R10: 6.8 kohm, 0207
- R11, R37: 68 kohm, 0207
- R12: 10 kohm, 0207
- R13: 33 kohm, 0207
- R18, R19, R20: 56 kohm, 0207
- R21, R22, R23: 12 kohm, 0207
- R24, R25, R26, R43: 330 kohm, 0207
- R28 - R36: 1 kohm, 0207
- R42: 22 ohm, 0207
- R45, R46, R47: 4.7 ohm, 0207
- R48: 3.3 ohm, 0207
- P1: 100 kohm, milli plastik trimpot (PT15V tipi)
- P2: 5 kohm, trimpot (PT10V tipi)
- P3: 10 kohm, trimpot (PT10V tipi)
Kondansatörler
- C1, C12: 220 nF, kutupsuz folyo (film) RM5
- C2, C3, C16, C17, C18: 10 µF / 50 V, elektrolitik
- C4: 1.5 nF, folyo veya seramik RM5
- C5: 390 pF, folyo veya seramik RM5
- C6, C11: 33 nF, kutupsuz folyo (film) RM5
- C7: 15 nF, kutupsuz folyo (film) RM5
- C8: 4.7 nF, kutupsuz folyo (film) RM5
- C9: 3.3 nF, kutupsuz folyo (film) RM5
- C10: 100 nF, kutupsuz folyo (film) RM5
- C13, C14, C15: 1 µF / 50 V, elektrolitik
- C19: 470 µF / 16 V (veya 25 V), elektrolitik
- C20, C21: 100 nF, seramik RM5
Yarı İletkenler (Aktif Bileşenler)
- LED1, LED2: 100 mA LED, yeşil (Yüksek frekans / Tiz)
- LED3, LED4: 100 mA LED, mavi (Orta frekans / Mid)
- LED5, LED6: 100 mA LED, kırmızı (Düşük frekans / Bas)
- LED7, LED8: 100 mA LED, sarı (İnvers / Ters kanal)
- T1 - T8: BC548B (NPN Sinyal Tranzistörü)
- T9 - T12: BC639 (NPN Orta Güç Tranzistörü)
- IC1, IC2: LM324, DIL14 kılıf (Dörtlü Op-amp)
Bağlantı Elemanları ve Diğerleri
- SW1: Tek kutuplu basmalı/sürgülü anahtar (B143 tipi)
- K1, K2: 3.5 mm stereo jak soketi
- K3: PCB tipi 2.1 mm DC güç soketi
- PCB: Baskı devre kartı
Teknik Özellikler (Technické údaje)
- Tam uyarım için gereken ses sinyali genliği: 300 mV
- Besleme gerilimi: 12 V (7 V - 24 V arası çalışabilir)
- Çekilen akım: Maksimum 300 mA*
Şekil 9. Bileşenleri monte edilmiş (tamamlanmış) baskı devre kartı (Fig. 9. PCB)
Eklentiler
Son düzenleyen: Moderatör:
