Светоорган -- Нужна помощь со светодиодной сеткой

Есть много способов добиться желаемого результата, начиная от использования нескольких диодов и заканчивая аналого-цифровым преобразователем.

В любом случае вам нужно поставить фильтр нижних частот в начале цепочки обработки сигнала, так как вы не хотите, чтобы светодиод мерцал. То, что вам нужно, называется детектором конвертов :

в синем$V_{in}$, в красном$V_{out}$. Вам нужно будет выбрать постоянную времени RC так, чтобы она была достаточно низкой, чтобы создавать приемлемые пульсации на низких частотах, но достаточно высокой, чтобы иметь возможность отслеживать сигнал, когда он быстро меняется. Я предполагаю, что мы обрабатываем аудиосигнал, поэтому диапазон составляет от 20 Гц до 20 кГц, то есть от 50 мс до 50 мкс, тогда будет хороший тау.$\tau=\sqrt{50ms\cdot50us}=1.6ms$. Вы можете использовать прецизионный выпрямитель , если не хотите слишком сильно усиливать сигнал.

Теперь у вас есть напряжение, пропорциональное амплитуде входного сигнала, как вы можете зажечь светодиоды последовательно?

Самый простой способ, который приходит на ум, это использовать только светодиоды: как известно, светодиоды имеют характерное прямое падение напряжения, которое может существенно меняться, меняя цвет. Вы можете сделать цепочки из четырех светодиодов последовательно, соединить их параллельно, и они будут гореть последовательно. Проблема в том, что вы не можете выбрать последовательность, прямое падение напряжения ненадежно, вы должны добавить последовательные резисторы, чтобы защитить светодиоды, которые загораются первыми... Это был бы беспорядок. И, конечно же, входной сигнал должен быть тщательно отрегулирован, чтобы он находился между двумя очень точными значениями:

• верхнее напряжение ограничено максимальным прямым напряжением, которое может выдержать первая осветительная цепь
• более низкое напряжение ограничено значением, вероятно, выше нуля, потому что вы хотите зажечь первую цепь, когда сигнал немного выше нуля, но для первой цепи требуется что-то около 5 В

Так что ты можешь сделать? Есть решение, которое, я считаю, будет работать, для которого нужны только некоторые BJT:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Что здесь происходит? Как вы знаете, BJT «включается», когда его$V_{BE}$достигает примерно 0,7 В. В моем скетче сигнал, поступающий от детектора огибающей, т.е.$V_s$, подается на все базы BJT через резистор, но, как вы можете видеть, Q1 и Q2 имеют два и один диод между эмиттером и землей. Итак, что в основном происходит, когда$V_s$достигает 0,7В, включается только Q3, зажигая крайнюю правую цепочку (я нарисовал только один светодиод на цепочку, потому что мне лень). Чтобы включить Q2, вам нужно сместить в прямом направлении переход база-эмиттер и диод, это 1,4 В, и тогда сработает вторая цепь, и так далее. Самые верхние резисторы предназначены для ограничения токов в цепях, тогда как базовые резисторы должны быть выбраны так, чтобы гарантировать насыщение bjt, но не допускать превышения максимального тока базы. Это хорошее решение, вам нужно всего несколько транзисторов, вы даже можете точно настроить напряжение включения, добавив потенциометр перед каждой базой: одна сторона для сигнала, одна сторона для земли, отвод от центра к базе через базовый резистор. Проблема в том, что, конечно, BJT являются линейными компонентами, и вы можете получить цепочки, которые ни включены, ни выключены, потому что BJT «только начинает проводить», т.е. он совершает переход из области отсечки в прямую активную область. Цепь будет работать на полную мощность, когда транзистор, наконец, достигнет насыщения.

В последнем решении используются операционные усилители: это довольно большой перебор, но, насколько я понимаю, вы строите эту схему в образовательных целях, поэтому использование операционного усилителя может быть плюсом. Что вам нужно, так это компаратор (спасибо Analog Devices):

Я не анализирую схему, потому что вы можете найти много материала по ней, потому что это не ваш вопрос, и потому что Analog дает нам формулы. То, что вы хотите сделать, это сделать один компаратор на цепь, связать цепь между выходом операционного усилителя и землей (не забудьте ограничительный резистор!). Вам не нужен Rpull-up.

$V_{OH}$, выход высокий, и$V_{OL}$, выход низкий, являются параметрами конкретного операционного усилителя, который вы будете использовать, и вы можете найти их в таблице данных. Вы начинаете выбирать$V_{REF}$, установите напряжение, при котором должен произойти переход, скажем, 1 В для первой цепочки, 2 В для второй и так далее. От$V_{REF}$вы можете рассчитать R1 и R2, предположим, что R1+R2=$100k\Omega$. Вы также можете положить 100k$\Omega$потенциометр на инвертирующем входе и точно настройте$V_{REF}$после. Теперь выберите HYST, хорошим значением может быть 200 мВ, но это зависит от размаха сигнала и шума. 100 мВ, вероятно, более чем достаточно. Предполагая, что HYST = 200 мВ, вы можете рассчитать R3 и R4, оставайтесь в десятых долях k$\Omega$. И вы сделали! Подключите все входы компараторов к выходу детектора огибающей и все. На самом деле вы можете добавить буферный каскад в середине, входное сопротивление компаратора может быть довольно низким. Просто добавьте неинвертирующий буфер, и все готово.