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

Не смену стрелочным индикаторам уровня сигнала все чаще приходят световые. Их можно встретить в современных высококачественных радиоприемниках, магнитофонах, звуковоспроизводящих устройствах.
Несложный световой индикатор можно собрать на нескольких светодиодах н транзисторах. По сравнению со стрелочным такой индикатор будет обладать большим входным сопротивлением и высокой чувствительностью, что позволит подключать его непосредственно к детектору радиоприемника или высокоомной нагрузке источника сигнала звуковой частоты.

Схема светодиодного индикатора приведена на 4-й с. вкладки (рис. 3). Он состоит из усилителя на транзисторах VT1, VT2 и «световой» шкалы, образованной семью рядом расположенными светодиодами (HL1 — HL7).
Пока нет входного сигнала, полевой транзистор VTt почти закрыт — это состояние определяется напряжением на истоке транзистора, которое, в свою очередь, устанавливают подстроенным резистором R4. В цепи стока протекает незначительный ток, и падения напряжения на резисторе R2 недостаточно для открывания транзистора VT2. Сеетодиоды погашены.
При подаче на затвор полевого транзистора положительного (по отношению к истоку) напряжения этот транзистор открывается тем сильнее, чем больше напряжение. Соответственно изменяется тон стока, а значит, падение напряжения на резисторе R2.
Аналогичное явление наблюдается и в каскаде на транзисторе VT2: чем больше падение напряжения на резисторе R2, тем сильнее открывается транзистор, тем больший ток протекает в его коллекторной цепи. По мере увеличения этого ток* поочередно зажигаются светодиоды HL1 — HL7, начиная с самого нижнего по схеме. Вот как это происходит.
В момент появления коллекторного тока транзистора VT2 он практически полностью протекает через резистор R12 и саетодиод HL7, создавая падение напряжения на этом участке (в точке А относительно общего провода)* При определенном токе саетодиод вспыхивает, напряжение на нем становится равным 1,8...1,9 В и при дальнейшем росте тока не изменяется. Иначе говоря, светодиод становится стабилитроном.
Но зато с ростом токе будет увеличиваться напряжение в точке А. Как только оно достигнет суммы падений напряжений на «работающем» светодиоде и открытом диоде VD6 (0,7 В), т. о. примерно 2,5...2,6 В, вспыхнет светодиод HL6.
Следующий светодиод (HL5) загорится при дальнейшем увеличении коллекторного тока транзистора VT2, когда напряжение на аноде этого саето-диода (в точке Б) превысит сумму падений напряжений на горящем свето-диоде и открытых диодах VD4, VDS. Последующие светодиоды будут вспыхивать только после увеличения напряжения на их анодах (относительно общего провода) примерно на 0,7 В по сравнению с напряжением пл аноде предыдущего (более нижнего по схеме) с вето диоде.
При снижении же коллекторного тока транзистора VT2 светодиоды поочередно гаснут от верхнего, по семе, до нижнего.
Светодиодный индикатор обладает неплохой линейностью — об >том свидетельствует его «амплитудная» характеристика, приведенная на рис- 2 вкладки,— зависимость включения (зажигания) того или иного с ее то диода от уровня входного сигнала. Линейность определяется как точностью подбора резисторов R7 — RI2, так и одинаковостью параметров светодиодов и диодов.
Индикатор способен работать не только от постоянного напряжения на входе, но и от сигнала звуковой частоты. В этом случае он управляется лишь положительными полуволнами переменного напряжения.
Кроме указанных на схеме, в индикаторе можно применить транзисторы КП302А, КП303Д КП307Б, КП307Ж
(VT1), KT208K. KT209A — KT20$K, KT501A — KT501K, KT502A, КТ502Б (VT2), светодиоды АЛ102А — АЛ102Г, АЛ307А, АЛ307Б, любые диоды серий КД102, КДЮЗ, Д220. Д223, Д226, КД521. Подстроечный резистор может быть СПЗ-1, СП5-2, СП5-16, остальные резисторы — МЛТ или ВС мощностью 0,125 или 0,25 Вт.
Детали индикатора смонтированы на печатной плате (рис. 4 на вкладке) из одностороннего фольгированного
стеклотекстолита. Светодиоды расположены в ряд (рис. I вкладки), чтобы образовалась своеобразная световая шкала, когда плата будет укреплена на лицевой панели устройства, скажем, тюнера.
Налаживание индикатора сводится к установке подстроечным резистором R4 такого коллекторного тока транзистора VT2, чтобы светодиод HL7 едва светился либо был на грани зажигания.
При необходимости уменьшить чувствительность индикатора следует включить между его входом и источником сигнала резистор и подобрать его сопротивление. Если индикатор будет использоваться для контроля сигнала звуковой частоты, вместо дополнительного резистора на входе включают конденсатор (КЛС, КМ-1) емкостью примерно 0,033 мкФ, а резисторы R7 — R12 берут вдвое меньших номиналов по сравнению с указанными на схеме. В случае подключения индикатора непосредственно к выходу мощного усилителя каскады на транзисторах можно вообще изъять, включив между левым по схеме выводом резистора R6 и выходом усилителя любой диод из вышеуказанных. Катод диода должен соединяться с резистором.

В УМЗЧ смотрятся красиво и стильно, вот только где их найти... Выход есть - сделаем такой измеритель, в котором роль стрелки будут выполнять светоизлучающие диоды управляемые микросхемой. LM3916 - это специальная микросхема для LED индикаторов уровня.

Схема стрелочно-светодиодного индикатора

Светодиоды подключены через разъёмы J3 - J12 (показан на схеме только один ряд светодиодов). Схема индикатора потребует двухполярный источник питания для правильной работы. Положительный потенциал питания LED линейек должен быть ниже +25 В и в сочетании с напряжением отрицательного плеа не должен превышать 36 В. Минимальный уровень вольтажа зависит от рабочего напряжения светодиодов. Например, если светодиод на 1.9 В, а у нас 7 светодиодов на один контакт, то минимальное положительное напряжение будет 7 х 1.9 В + 1.5 В (падение напряжения на LM3916) = 14,8 вольт. Зеленые светодиоды, как правило, имеют чуть выше напряжение - 2.2-2.4 В, так что +18 В будет достаточно в большинстве случаев.

Светодиодный ток определяется резистором R1_REF, и с сопротивлением 2,2 кОм будет 5 мА.
Формула для расчёта: Iled = 10 х (1.2 V / R1_REF)

В качестве двойного операционного усилителя на входе можете ставить - TL072, TL082, LM358. Выходной режим может быть установлен 3-х контактной перемычкой JP1. Максимальное входное напряжение для LM3916 имеет значение 1,2 В, и с помощью R8-R7 можно регулировать уровень входного сигнала.

Видео работы индикатора

Цвет светодиодов на ваш выбор. Тут использованы зеленые светодиоды для отрицательных уровней, желтый - 0dB и красный для положительного уровня звукового сигнала. Для этого нужны прямоугольные светодиоды. Архив с рисунками печатных плат можно .

Этот двухканальный индикатор сигнала звука на светодиодном столбике выполнен на специализированных микросхемах LM3914. Собрал данный индикатор по 60 светодиодов на каждый канал, все диоды красного свечения (больше нравятся по яркости свечения), хотя конструкция индикатора такова, что легко можно заменить планку на свечение диодов другого цвета. Конструктивно девайс имеет 3 платы:

1. Плата индикаторов (сменная).

2. Плата левого канала.

3. Плата правого канала.

Уровни индикации:

- Первый сегмент 20 mv
- 10 сегмент 150 mv
- 20 сегмент 300 mv
-.........
-.........
-.........
- 60 сегмент 900 mv

Калибровка производилась при помощи милливольтметра раздельно по каналам и затем уже как сравнение двух вместе. Конструктивно микросхемы стоят в панелях, для удобства замены, к примеру для логарифмического индикатора на LM3915.

Ее основу составляют 10 компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подается входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения. Выходы компараторов являются генераторами втекающего тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов. Индикация может производиться или одним светодиодом (режим "точка”), или линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим "столбик”). Входной сигнал Uвх подают на вывод 5, а напряжения, определяющие диапазон индицируемых уровней, - на выводы 4 (нижний уровень Uн) и 6 (верхний уровень Uв).

Таблица рабочих параметров микросхемы LM3914

Ток потребления при всех горящих LED сегментах обоих каналов порядка 1,3А при питании 5В. На платах не применен входной усилитель сигнала, но чувствительность его такова, что нижний предел (первый сегмент) можно зажечь меньше чем 20 mv переменного сигнала.

Уровня сдвоенная на 2 канала имеет размер 157х32 мм. Каждая плата канала раздельная (левый и правый) имеет размер 157х24 мм. В собраном виде конструктив имеет размеры: 157х32х45 мм.

В качестве настройки правильной линейности шкалы необходимо выбрать пределы нижних и верхних уровней для каждой микросхемы. Принципиально есть возможность при желании растянуть шкалу каждого канала в несколько раз при данном схемном решении.

Сегодня в качестве индикатора уровня выходного сигнала для различной звуковоспроизводящей техники используют целые электронные устройства, что отображают не только уровень сигнала, но и другую полезную информацию. Но раньше для этого использовались стрелочные индикаторы, что представляли собой микроамперметр типа М476 или М4762 . Хотя сделаю оговорку: сегодня некоторые разработчики так же используют стрелочные индикаторы, хотя выглядят они куда интереснее и отличаются не только подсветкой, но и дизайном. Раздобыть старый стрелочный индикатор сейчас, возможно, проблема. Но у меня была парочка М4762 от старого советского усилителя, и я решил их задействовать.

На Рис.1 представлена схема на один канал. Для стерео нам понадобится собрать два таких устройства. Индикатор уровня сигнала собран на одном транзисторе Т1, любом из серии КТ315 . Для увеличения чувствительности использована цепь удвоения напряжения на диодах D1 и D2 из серии Д9. Устройство не содержит дефицитных радиодеталей, поэтому вы можете использовать любые, схожие по параметрам.
Установка показания индикатора, соответствующего номинальному уровню, проводится подстроечным резистором R2. Время интеграции индикатора 150-350 мс, а время обратного хода стрелки, определяемое временем разряда конденсатора С5, составляет 0,5-1,5 с. Конденсатор С4 один для двух устройств. Он используется для сглаживания пульсаций при включении. В принципе от этого конденсатора можно отказаться.

Устройство для двух звуковых каналов собрано на печатной плате размерами 100X43 мм (см. Рис.2) . Тут же монтируются индикаторы. Для удобного доступа к построечным резисторам в плате просверлены отверстия (на рисунке не показаны), чтобы смогла пройти маленькая отвертка для настройки номинального уровня сигнала. Впрочем, только к этому и сводится настройка данного устройства. Возможно, понадобится подобрать резистор R1 в зависимости от силы выходного сигнала вашего устройства. Т.к. с другой стороны платы расположены стрелочные индикаторы, элементы Cl, R1 пришлось монтировать со стороны печатных проводников. Эти детали лучше взять как можно миниатюрнее, например, бескорпусные.
Скачать: Стрелочный индикатор уровня выходного сигнала
В случае обнаружения "битых" ссылок - Вы можете оставить комментарий, и ссылки будут восстановлены в ближайшее время.