Устройство световых эффектов

Чтобы получить возможно большее разнообразие световых эффектов, создаваемых гирляндами или гирляндой электрических ламп, приходится значительно усложнять конструкцию автомата, вводить в него дефицитные микросхемы. В то же время автомат самых разнообразных световых эффектов можно построить на микросхемах, содержащих D-триггеры. Примером тому может служить приведенная на рис.1 схема. Отличительная особенность предлагаемого автомата в том, что в нем 36 осветительных ламп, из которых составлено панно или гирлянда. Каждая лампа может зажигаться самостоятельно, благодаря чему нетрудно получать самую разнообразную световую мозаику.    Лампы подключены к блоку управления, состоящему из двух генераторов тактовых импульсов, двух кольцевых сдвигающих регистров - вертикального и горизонтального (условно - по расположению ламп на схеме) - и транзисторных ключей. Генераторы тактовых импульсов выполнены по одинаковым схемам на двух элементах 2И-НЕ и транзисторе. Частоту следования импульсов можно изменять вручную переменными резисторами R3 и R6. В регистре вертикального управления (или просто в вертикальном регистре) работают микросхемы DD3 и DD2, в регистре горизонтального управления - DD4 и DD5. Электронные ключи вертикального регистра выполнены на транзисторах VT3-VT14, горизонтального - на транзисторах VT15-VT26.    Питается блок управления от двух источников: стабилизированного постоянного тока, выполненного на диодах VD12-VD15, стабилитроне VD7 и транзисторе VT27 (питание микросхем), и пульсирующего напряжения - на диодах VD8-VD11 (питание электронных ключей и ламп).    Каждый регистр состоит из шести триггеров, входящих в состав микросхем К155ТМ8 (в каждой микросхеме 4 триггера). Прямые выходы триггеров соединены с электронными ключами, подключающими лампы к источнику питания. Развязывающие диоды VD1.1-VD6.6 обеспечивают избирательное включение ламп EL1.1-EL6.6.    Кнопочным выключателем SB1 устанавливают триггеры регистров в нулевое состояние, а переключателями SA1 и SA3 подают сигналы с прямого или инверсного выходов триггеров на входы D1 соответствующих регистров.    Горизонтальный регистр управляется тактовыми импульсами, поступающими с генератора на элементах DD1.3, DD1.4, а вертикальный регистр - импульсами, поступающими (в зависимости от положения подвижного контакта переключателя SA2) либо со "своего" генератора (независимое управление), либо с генератора горизонтального регистра (параллельное управление), либо с прямого выхода первого триггера горизонтального регистра (последовательное управление).    Рассмотрим работу автомата в режиме параллельного управления, для которого на схеме показано положение подвижного контакта переключателя SA2. После включения питания и нажатия на кнопку SB1 все триггеры устанавливаются в нулевое состояние - на их прямых выходах уровень логического 0. Электронные ключи закрыты, лампы погашены. Поскольку входы D1 регистров соединены с прямыми выходами триггеров (через переключатели SA1 и SA3), то и на них будет уровень логического 0, а значит, тактовые импульсы, поступающие на вход С, не изменят состояния триггеров регистров.    Если входы D1 обоих регистров подключить к инверсным выходам микросхем DD3 и DD5, то на них окажется уровень логической 1. Теперь с приходом тактового импульса первые триггеры обоих регистров изменят свое состояние, и на их прямых выходах установится уровень логической 1, который откроет электронные ключи на транзисторах VT8, VT14 и VT21, VT15. Зажжется лампа EL1.1.    Следующий тактовый импульс переведет вторые триггеры регистров в единичное состояние, и включатся лампы EL1.2, EL2.2, EL2.1. Лампа EL1.1 при этом продолжает светиться, потому что первые триггеры сохраняют прежнее состояние.    С приходом последующего импульса зажигаются лампы EL1.3, EL2.3, EL3.3, EL3.2, EL3.1 и т. д. После шестого тактового импульса засветятся все лампы, а на инверсных выходах последних триггеров регистров, а значит, и на входах D1 регистров установится уровень логического 0. Последующие тактовые импульсы теперь будут поочередно переводить триггеры в нулевое состояние, и лампы, начиная с EL1.1, будут выключаться, а затем описанный цикл повторится.

Рис. 1

А если после перехода, к примеру, двух триггеров каждого регистра в единичное состояние установить переключатели SA1 и SA3 в исходное положение, показанное на схеме? Тогда сохранившийся на прямых выходах регистров уровень логического 0 окажется и на входах D1 регистров, и. очередной тактовый импульс переведет первые триггеры в нулевое состояние. Вторые триггеры сохранят единичное состояние, в такое же состояние перейдут и третьи триггеры. Будет светиться своеобразный квадрат из ламп EL2.2, EL2.3, EL3.3, EL3.2. С каждым последующим тактовым импульсом световой квадрат будет "перемещаться" по диагонали в правый верхний угол (по схеме).    Когда пятый и шестой триггеры обоих регистров окажутся в единичном состоянии, при последующем тактовом импульсе вспыхнут "угловые" лампы EL1.1, EL1.6, EL6.1 и EL6.6. Далее вновь появится квадрат из ламп EL1.1, EL1.2, EL2.2 и EL2.1. Цикл повторится.    В режиме последовательного управления (когда подвижный контакт переключателя SA2 находится в верхнем по схеме положении) тактовые импульсы на вертикальный регистр поступают с прямого выхода первого триггера горизонтального регистра (вывод 2 микросхемы DD4).    Рассмотрим один из возможных световых "рисунков" в этом режиме - эффект одиночного бегущего огня. Установим переменным резистором R6 минимальную частоту следования импульсов (движок резистора в крайнем правом по схеме положении), а кнопкой SB1 - нулевое состояние триггеров. Переключателями SA1 и SА3 подадим на входы D1 обоих регистров уровень логической 1 с инверсных выходов триггеров. После этого первый тактовый импульс переключит первый триггер горизонтального регистра в единичное состояние. Уровень логической 1 на его прямом выходе переведет первый триггер вертикального регистра тоже в единичное состояние. Зажжется лампа EL1.1.    Если после этого перевести переключатели SA1 и SA3 в исходное положение (показанное на схеме), на входы D1 обоих регистров снова будет подан уровень логического 0 и очередной тактовый импульс с выхода элемента DD1.4 переведет второй триггер горизонтального регистра в единичное состояние, а первый - в нулевое, т. е. на его прямом выходе, а значит, и на входе С микросхем DD2, DD3 вместо уровня логической 1 появится уровень логического 0. Такой перепад, как известно (триггеры микросхемы K155TM8 изменяют свое состояние по фронту импульса, т. е. когда уровень логического 0 на входе С переходит в уровень логической 1), на состояние триггеров вертикального регистра не повлияет. Лампа EL1.1 погаснет, и загорится EL2.1. Затем поочередно будут зажигаться и гаснуть лампы нижнего по схеме ряда.    Когда шестой триггер горизонтального регистра окажется в единичном состоянии, с его прямого выхода (вывод 10 микросхемы DD5) уровень логической 1 поступит через переключатель SA3 на вход D1 микросхемы DD4. С приходом очередного тактового импульса начнут поочередно зажигаться и гаснуть лампы второго ряда. Аналогично будут вспыхивать лампы остальных рядов, после чего цикл повторится.    Нетрудно самостоятельно разобрать работу автомата в режиме независимого управления вертикальным регистром, т. е. когда тактовые импульсы поступают на входы С регистра с элемента DD1.2.    Манипулируя переключателями автомата, можно "записать" в регистры различные "рисунки", а переменными резисторами R3 и R6 установить желаемую скорость их "перемещения".    Вместо указанных на схеме микросхем серии K155 можно использовать аналогичные серии К133. При отсутствии К155ТМ8 подойдут К155ТМ2 (К133ТМ2), но в каждом регистре придется использовать по три, а не по две микросхемы. Кроме того, все входы С микросхем регистра нужно соединить вместе, а неиспользуемые входы S подключить через резистор сопротивлением 1...5,1 кОм к плюсу источника питания. Чертеж печатной платы при такой замене придется немного изменить.    Транзисторы могут быть любые другие указанных серий. Вместо транзисторов серии КТ315 подойдут КТ503, вместо КТ814 - КТ816, вместо КТ815 - КТ817. При монтаже транзистор VT27 стабилизатора напряжения устанавливают на теплоотвод - алюминиевую пластину толщиной 1,5...2 мм и размерами 30x30 мм.    Диоды VD8-VD11 - любые, рассчитанные на выпрямленный ток не менее суммарного тока потребления всех ламп, a VD12-VD15 - рассчитанные на ток не менее 300 мА. При замене диодов VD1.1-VD6.6 следует помнить, что значение максимального выпрямленного тока диода должно превышать ток, потребляемый одной лампой.    Постоянные резисторы - МЛТ-0,125, их номиналы могут отличаться от указанных на схеме на 10 %. Переменные резисторы - СП-1. Конденсаторы С1-С3, С6 - К50-6; С4, С5 - керамические, например, КМ. Переключатели - любой конструкции.    Трансформатор Т1 - готовый или самодельный мощностью не менее 85 Вт. Обмотка II должна быть рассчитана на напряжение 8...10 В при токе нагрузки до 300 мА, обмотка III - на напряжение 13...15 В при токе не менее 6 А для ламп с током потребления 0,16 А (использованы лампы на напряжение 13,5 В от елочных гирлянд).    Большинство деталей блока управления смонтировано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Диоды VD1.1-VD6.6 размещены на шести планках из такого же материала (рис.2). Планки располагают вблизи соответствующих групп ламп гирлянды и соединяют их с лампами и блоком управления проводами в изоляции, свитыми в жгуты.    Как правило, налаживания устройство не требует и при правильном монтаже начинает работать сразу.   Рис. 2

Источник: Радио №11, 1987 г., стр.52
Автор: Р. ЧИСЛЕР, г. Вильнюс