Einfache Schaltung zum LED-Blinken im Takt der Musik

Das Thema bezieht sich auf:

edu elektroda.pl # 04 Operationsverstärker - LED-Stromstabilisierung
FAQ-LED blinkt im Takt der Musik





Wie man sieht, wurde dem LED-Blinken im Takt der Musik viel Platz eingeräumt, und warum ein neues, verwandtes Thema erstellen? Grund dafür ist der konstruierte Chip, der chinesische Kitt, der dafür die wenigsten Teile benötigt. Die in verwandten Themen präsentierten Schaltpläne sind fortgeschrittener, komplexer und haben möglicherweise andere Möglichkeiten, während das einzigartige Merkmal dieses Kits minimalistisches Design mit der gleichen Effektivität ist. Ich möchte hier keine Worte wie "die Schönheit des Designs" verwenden, aber das Design ist trotz des Verdachts auf Durchbrennen von LED- oder Endstufe-Transistor wirklich gut gemacht. Man sieht, dass es ein gut durchdachtes Design ist, obwohl es einfach ist, aber die Einfachheit ist das Ergebnis guter Kenntnisse der Elektronik.

Um die LED im Takt der Musik blinken zu lassen, brauchte der Autor nur:
3 Widerstände
2 NPN-Transistoren
2 Kondensatoren
Mikrofon
LED Dioden
Die Größe der Platine beträgt 34x25 mm (einseitig).

Der Schaltplan:



Ich beschloss, dem Verdacht auf einen zu hohen Strom, der die Dioden oder den Q2-Transistor (NPN 9014) beschädigen könnte, nachzugehen, indem ich die Stromaufnahme der gesamten Schaltung im Ruhezustand und während der höchsten Belastung maß:
- im Ruhezustand verbrauchte die Schaltung weniger als 1 mA [Milliampere]
- bei größtmöglichem Geräusch, dass ich erzeugen konnte, 91 mA [Milliampere], was unrealistisch ist, denn selbst durch direktes Reiben und Antippen des Mikrofons selbst ging die Intensität nicht über 80 mA hinaus.
Der Hersteller sah die Möglichkeit vor, die Schaltung mit 3 bis 5 V zu versorgen, ich habe den Verbrauch bei 5 V gemessen, um den "worst case" zu messen.

Mit zwei Werten - Versorgungsspannung und Stromstärke - kann man mit den einfachsten Formeln die Impedanz und die Verlustleistung der Schaltung berechnen.

Berechnung der Impedanz nach dem Ohmschen Gesetz:

R = U / I = 5 V / 0,091 A = 55 Ω



Nachdem wir uns nun bemüht haben, die Impedanz zu berechnen, können wir die Leistung der Schaltung berechnen:

P [W] = I * I [A * A] * R [Ω] = 0,091 [A] * 0,091 [A] * 55 [Ω] = 0,45545 [W] ≈0,45 [W]




Tatsächlich musste man sich nicht anstrengen, um die Impedanz zu berechnen, denn mit dem Wert des verbrauchten Stroms und der Versorgungsspannung kann man die Leistung mit der Formel berechnen:

P [W] = U [V] * I [A] = 5 [V] * 0,091 [A] = 0,45545 [W] ≈0,45 [W]



Da der Stromverbrauch der Schaltung im Ruhezustand vernachlässigbar war, ist aus dem Schaltplan ersichtlich, dass der Transistor Q2 9014 das am stärksten belastete Element ist.



In jedem Fall haben wir zwei wichtige Ergebnisse, um zu versuchen, die Belastung der Schaltung zu überprüfen:
1.     Leistung 0,45 W
2.     Maximalstrom 0,091 A
Mit dem Datenblatt von 9014C (ich habe überprüft, es sind "C"-Versionen installiert) kann man nach 3 Parametern dieses Transistors suchen:
1.     Der maximale Strom, der durch ihn ,,durchgeleitet" werden kann = 0,1 A
2.     Verlustleistung 0,45 W
3.     Man kann sich den HFE ansehen, obwohl dies nur als Referenz dient, da die Streuung zu groß ist (200-600).



Wir überschreiten nicht den maximalen Strom des Transistors, in der Tat übersteigt er 80 mA nicht. Die Verlustleistung ist gerade an der Grenze, wir müssen wissen, dass diese Leistung nicht die ganze Zeit, sondern an der höchsten Spitze im Sprachwellendiagramm vorkommt. Mein Punkt ist, dass dies keine Dauerlast ist, wie man im Oszillogramm sehen kann, das vom Kollektor des Ausgangstransistors Q2 aufgenommen wurde.



Übrigens kann man sehen, wie der Signalpegel des Mikrofons aussieht.



Die Schaltung ist sehr einfach und kann simuliert werden, siehe unten Link zur Simulation.

https://everycircuit.com/circuit/4631294967021568/minimal-led-blink

Simulations-Screenshot:



Man kann sehen, dass das Signal vom Mikrofon um die Masse von ±25 mV oszilliert. Nach dem Abschneiden des Gleichwerts hinter dem Kondensator 1 µF, beträgt die Oszillation immer noch 50 mVpp, hat sich aber durch Vorspannen der Basis mit einem Widerstand 1 MΩ auf 0,75 V bewegt und steuert die Basis des Transistors. Am Kollektor Q1 und der Basis von Q2 oszilliert das Signal von 0 bis über 1 V und öffnet und schließt abwechselnd den Ausgangstransistor Q2, der eine polarisierte Basis durch einen ziemlich großen Widerstand 10k hat, wodurch Q2 nicht in einen Zustand von tiefer Sättigung übergeht. Durch die Verwendung solch größerer Widerstände kann man die Anzahl der Bauteile minimieren und muss man keinen Kollektor-Emitter-Strombegrenzungswiderstand verwenden, das ist der Trick.
Mehr oder weniger, eher aber mehr, sollte davon ausgegangen werden, dass sich die durch D1 bis D5 fließenden Ströme proportional in 5 gleiche Ströme aufteilen, damit wir den Strom nicht überschreiten, der die LEDs beschädigen könnte. 90 mA (in der Spitze) aufgeteilt auf 5 Dioden überschreiten nicht einmal 20 mA. Auf diese Weise kamen wir zu dem Punkt, an dem wir wissen, dass wir uns auf die am stärksten belasteten Elemente der Schaltung, den Q2-Ausgangstransistor und die LEDs, verlassen können, obwohl wir zugeben müssen, dass wir ein wenig darüber nachdenken mussten.
Was auch immer die Ungenauigkeiten und Verzerrungen diese Schaltung hat, wir müssen wissen, dass sie die Stimme nicht zum Hören überträgt, sondern das Sprachsignal verwendet, um mit LEDs zu blinken, wofür die Schaltung vollkommen ausreichend ist.

Da die Schaltung sehr einfach zu bauen und gleichzeitig ziemlich ungewöhnlich ist, ist es nicht schwierig, sie auf einer Leiterplatte herzustellen:










Ein Video zeigt, wie die Schaltung funktioniert.


Gerber Dateien im Anhang, falls jemand die Platine der besprochenen Schaltung bestellen möchte.