Peak Hold VU Metre Devresi Yüksek Güçlü Şerit LED, 12V Ampül, 220V Lamba

Peak Hold VU metre devresi, ses sinyalinin anlık seviyesini 15 kanallı ışık göstergesi olarak izlemek için PIC16F1508/1509 mikrodenetleyiciyle hazırlanmış güçlü bir uygulamadır. Çıkışlar MOSFET katıyla güçlendirildiği için 12V şerit LED, COB LED modülü veya 12V ampul gibi klasik LED bargraf devrelerinden daha yüksek akım isteyen yükler sürülebilir.

Devrenin Genel Yapısı

Devre üç ana bölümden oluşuyor: ses giriş katı, PIC16F1508/1509 kontrol bölümü ve çıkış sürücü katı.

Ses seviyesi PIC mikrodenetleyici tarafından okunur, yazılım içinde seviye bilgisi 15 kanala ayrılır ve peak hold etkisiyle kısa süreli tepe değerler ekranda tutulur.

Böylece ışıklar yalnızca anlık ses seviyesini değil, sesin kısa süreli zirve noktalarını da gösterir.

MOSFET çıkışlı sürüm 12V LED şerit, LED modül veya 12V ampul sürmek için uygundur.

220V lamba kullanmak isteyenler için ayrıca MOC3020 ve BT138-600 triyaklı izole sürücü modülü çizimi de hazırlandı.

Bu iki kullanım şekli aynı mantıkla çalışsa da güvenlik ve bağlantı açısından tamamen farklı değerlendirilmelidir.

Peak Hold VU Metre Devre Şeması MOSFET Çıkışlı

Ses Giriş ve Ayar Bölümü

Audio giriş sinyali önce 50K potansiyometre üzerinden seviye ayarına girer.

Bu potansiyometre, devreye gelen sesin fazla yüksek olması durumunda PIC girişinin aşırı sürülmesini önlemek için kullanılır.

Ses kaynağı telefon, bilgisayar, mikser veya amplifikatör çıkışı olabilir; ancak yüksek seviyeli hoparlör çıkışından doğrudan sinyal almak doğru değildir.

Girişteki 100n kondansatör DC bileşeni keserek yalnızca sesin AC bileşeninin işlenmesini sağlar.

5.6V TVS diyot, PIC analog girişini ani gerilim darbelerine karşı korumak için eklenmiştir.

1.8K direnç ve 100n kondansatör ise giriş hattında daha kararlı bir referans ve filtreleme davranışı oluşturur.

Sensitivity ayarı için kullanılan 10K trimpot, devrenin ses seviyesine verdiği tepkiyi değiştirir.

Bu ayar düşük tutulursa ışıklar daha geç yükselir; fazla açılırsa küçük sinyallerde bile çok sayıda kanal aktif olabilir.

İlk testte Volume ve Sensitivity ayarlarını orta seviyeden başlatmak daha sağlıklı olur.

PIC16F1508/1509 Kontrol Bölümü

Kontrol katında PIC16F1508 veya PIC16F1509 mikrodenetleyici kullanılabilir.

Şemadaki çıkış pinleri 15 kanal LED göstergesi için ayrılmıştır.

DIP kılıf PIC16F1508 bulmak zor olabildiği için projede SSOP20 kılıf mikrodenetleyici kullanıldı ve bunun için DIP adaptör PCB hazırlandı.

PICKit 2 ile programlama yapılacaksa ve yazılım listesinde PIC16F1508 görünmüyorsa, PICKIT2 desteklenmeyen mikrodenetleyiciler için PK2DeviceFile.dat dosyası kullanılabilir.

Adaptörlü kullanımda soketli programlama yerine ICSP bağlantısı daha pratik olur.

MOSFET Sürücü Katı

PIC çıkışları doğrudan yük sürmez. Her kanal önce 4.7K direnç üzerinden 2SC945 transistör katına gider.

Bu transistör, 50N06 MOSFET’in gate hattını kontrol eder. Gate hattındaki 10K direnç, MOSFET’in boşta kararsız kalmasını önler ve kanalın belirli bir lojik durumda kalmasını sağlar.

Bu yapı sayesinde LED şerit veya ampul akımı PIC üzerinden geçmez; yük akımı MOSFET üzerinden akar. PIC yalnızca anahtarlama sinyalini üretir. 50N06 gibi N kanal MOSFET kullanıldığında yükün artı ucu +12V hattına, eksi ucu ise MOSFET üzerinden şaseye bağlanır. Yani çıkışlar düşük taraf anahtarlama mantığıyla çalışır.

MOSFET seçerken yalnızca akım değerine bakmak yeterli değildir. RDS(on), gate eşiği, soğutma ihtiyacı ve bacak dizilimi kontrol edilmelidir.

50N06 bu devrede düşük frekanslı anahtarlama için uygun bir seçimdir; ancak farklı MOSFET kullanılacaksa pin sırası mutlaka datasheet üzerinden doğrulanmalıdır.

MOSFET anahtarlama mantığı hakkında daha genel bilgi için MOSFETler hakkında teorik bilgi yazısı da incelenebilir.

12V LED, Şerit LED ve Ampul Kullanımı

Devrenin MOSFET çıkışlı sürümü özellikle 12V şerit LED kullanımı için uygun.

Şerit LEDlerde akım sınırlama dirençleri genellikle şeridin üzerinde bulunduğu için doğrudan 12V ile çalıştırılabilirler.

Buna karşılık çıplak power LED veya sürücüsüz COB LED bağlanacaksa mutlaka akım sınırlama veya uygun LED sürücü devresi kullanılmalıdır.

LED bağlantılarında direnç ve akım hesabı karışıyorsa LED temelleri, bağlantı mantığı ve LED hesaplama konusu faydalı olur.

Benim uygulamada her bölüm için yaklaşık 25 cm LED şerit kullanıldı. Bu yükte 50N06 MOSFETlerde belirgin bir ısınma olmadı.

MOSFET anahtar olarak çalıştığı ve lineer bölgede bekletilmediği için ısı kaybı düşük kalıyor.

Yine de daha uzun LED şerit veya 12V ampul kullanılacaksa toplam akım ölçülmeli, besleme kablosu kalınlığı ve PCB yolları buna göre değerlendirilmelidir.

Piyasadaki LED şeritlerin üzerinde yazan akım ve güç değerleri her zaman gerçek ölçümle aynı çıkmayabiliyor.

Denemede kırmızı şerit LED yaklaşık 600mA/metre, mavi şerit LED ise yaklaşık 800mA/metre civarında akım çekti.

Gerilimi artırınca parlaklık ve akım yükselir; fakat LED ömrü kısalabilir. Bu nedenle 12V şerit LEDleri uzun süre yüksek gerilimle beslemek doğru bir çözüm değildir.

220V Lamba İçin MOC3020 ve BT138 Triyak Modülü

220V lamba kullanmak için MOSFET çıkışı doğrudan kullanılamaz. Bu durumda PIC çıkışı MOC3020 optotriyak üzerinden BT138-600 triyakını tetikler.

MOC3020, düşük gerilimli kontrol tarafı ile şebeke tarafı arasında optik izolasyon sağlar. BT138-600 ise AC yük akımını anahtarlayan güç elemanıdır.

Şemadaki 470R direnç MOC3020 LED akımını sınırlar. Triyak tarafında 1K gate direnci ve 100R + 47nF/400V snubber ağı bulunur.

Snubber ağı özellikle endüktif veya gürültülü yüklerde triyakın yanlış tetiklenme riskini azaltmaya yardım eder.

Yalnız bu modül DC yüklerde kullanılmaz; triyak AC yükler için uygundur.

MOC3020 sıfır geçişli bir optotriyak değildir. Bu devrede amaç hassas dimmer kontrolü değil, ses seviyesine göre lambaları açıp kapatmaktır.

Faz kontrolü, dimmer veya hassas parlaklık ayarı yapılacaksa yazılım zamanlaması ve triyak tetikleme mantığı ayrıca tasarlanmalıdır.

Benzer optotriyak uygulamaları için MOC3020 izole triyak kontrol devresi yazısı iyi bir referans olabilir.

DİKKAT: 220V AC ile yapılan denemelerde açıkta enerji taşıyan noktalara dokunmak ölümcül olabilir.

İlk testler sigortalı hat, kaçak akım rölesi, izole kutu ve mümkünse seri lamba veya akım sınırlamalı test düzeniyle yapılmalıdır.

Şebeke tarafı ile 5V kontrol devresi arasında ortak toprak bağlantısı yapılmamalıdır. Triyak modülü PCB üzerinde yeterli izolasyon mesafesi bırakılarak ayrı düşünülmelidir.

MODE Jumper Notu

Şemada MODE seçimi için ayrılmış bölüm işaretli olsa da uygulamada bu özellik sağlıklı çalışmadı.

Jumper takıldığında tüm çıkışların aktif olması gibi bir davranış görüldü.

Portun zarar görmüş olma ihtimali de var; ancak bu özellik projede kullanılmadığı için devrenin ana çalışma yapısını etkilemedi.

Bu nedenle devreyi kuracak olanlar MODE bölümünü zorunlu bir özellik gibi değerlendirmemeli.

Ses giriş, hassasiyet ayarı ve çıkış kanalları doğru çalışıyorsa VU metre fonksiyonu için bu bölüm gerekli değildir.

Teknik Özet

PCB Çizimleri ve Uygulama Seçenekleri

MOSFET çıkışlı ana PCB, 15 kanalın her biri için transistör ve MOSFET sürücü katını içerir.

Büyük LED şerit veya 12V ampul kullanılacaksa PCB yollarının akım taşıma kapasitesi önemlidir.

Gerekirse yüksek akım taşıyan +12V ve GND hatları lehimle kalınlaştırılabilir ya da ek kabloyla desteklenebilir.

Alternatif PCB çiziminde 12V LED modüller ve ana kontrol bölümü daha kompakt şekilde yerleştirildi.

Baskı devre hazırlanırken özellikle MOSFET bacak dizilimi, 2SC945 yönü, 7805 regülatör bağlantısı ve elektrolitik kondansatör kutupları kontrol edilmelidir.

3mm LED kullanmak isteyenler için ayrı bir PCB çizimi de hazırlandı. Bu kartta LEDler doğrudan görsel bar göstergesi gibi diziliyor.

Şerit LED kullanmayan, daha klasik LED bargraf görüntüsü isteyenler bu tasarımı değerlendirebilir.

220V lamba denemesi için MOC3020 ve BT138 modülü ayrı bir kart olarak çizildi.

Bu kart, ana devredeki düşük gerilimli bölümden fiziksel olarak ayrı tutulmalıdır.

Şebeke tarafındaki yollar, konnektörler ve lehim noktaları açıkta bırakılmamalıdır.

PIC16F1508/1509 için hazırlanan küçük kontrol kartı, ana devreyi farklı çıkış kartlarıyla kullanmak isteyenler için pratik bir çözüm sağlar.

Bu yapı özellikle deneme yaparken veya farklı LED panel tasarımlarında mikrodenetleyici bölümünü ayrı tutmak için işe yarar.

SSOP20 kılıf PIC için hazırlanan DIP20 adaptör PCB, SMD mikrodenetleyiciyi delikli kart veya DIP soket uyumlu devrelerde kullanmayı kolaylaştırır.

Lehimleme sırasında bacaklar çok yakın olduğu için flux kullanmak ve kısa devre kontrolünü büyüteçle yapmak iyi olur.

Mekanik Tasarım ve Işık Dağılımı

Uygulamada LED şeritler ahşap parçalarla hazırlanmış bölmelerin içine yerleştirildi.

LEDlerin önünde difüzör olarak kalın pleksiglas kullanıldı. Bu pleksiglas parça eski bir LCD televizyon ekranından sökülmüştü ve ışığı oldukça iyi dağıttı.

Özellikle güçlü LEDlerde doğrudan noktasal ışık yerine difüzör kullanmak, daha homojen ve daha profesyonel bir görünüm sağlıyor.

Videoda kırmızı ve mavi LED renkleri gerçek görünümünden daha soluk ya da beyaza yakın algılanabiliyor.

Bunun nedeni kamera pozlaması ve kullanılan difüzör malzeme olabilir.

Gerçekte sol ve sağ taraf için farklı renk LED kullanıldığında stereo görüntü daha belirgin oluyor.

Panelin son kullanım şekli ihtiyaca göre değiştirilebilir. İki ayrı panel stereo olarak kullanılabilir, yan yana bağlanıp mono büyük gösterge yapılabilir veya orta bölüme RGB müzik devresi eklenebilir.

Daha renkli bir efekt istenirse Arduino WS2812B renkli müzik devresi gibi bağımsız bir RGB uygulamasıyla desteklenebilir.

Kurulum ve İlk Test Önerileri

İlk testte yüksek akım çeken LEDleri hemen bağlamak yerine küçük bir LED grubu veya düşük güçlü 12V lamba ile başlamak daha güvenlidir.

Besleme gerilimi doğruysa önce PIC bölümünde 5V ölçülmeli, daha sonra ses girişine düşük seviyeli sinyal verilerek çıkışların sırayla tepki verdiği kontrol edilmelidir.

Audio girişin eksi ucu devre şasesine bağlanmalıdır. Ortak şase bağlantısı yapılmazsa devre ses sinyalini doğru algılamaz veya ışıklar kararsız çalışabilir.

Buna karşılık 220V triyaklı uygulamada şebeke tarafı kesinlikle düşük gerilim şasesiyle birleştirilmemelidir.

Volume ayarı çok fazla açılırsa giriş doyuma girebilir ve ışıklar sürekli üst seviyelerde kalabilir.

Sensitivity ayarı çok yüksek olursa küçük gürültüler bile kanal tetikleyebilir.

En iyi ayar, ses kaynağı normal dinleme seviyesindeyken ışıkların ritme göre yükselip tepe noktalarında kısa süre tutulduğu noktadır.

Kanal çıkışlarından biri sürekli yanıyorsa MOSFET gate hattı, 2SC945 yönü, 10K direnç bağlantısı ve PIC çıkış pini kontrol edilmelidir.

Birden fazla kanal aynı anda hatalı davranıyorsa besleme hattı, GND bağlantısı veya mikrodenetleyici programlama bölümü incelenmelidir.

Mikrofonla çalışması istenirse doğrudan elektret mikrofon bağlamak yeterli olmaz.

Mikrofon sinyali çok düşük seviyelidir ve önce ön yükselteçten geçirilmelidir.

Mikrofon girişli benzer uygulamalar için şerit LEDli mikrofon VU metre devresi incelenebilir.

Test Videoları

Son Kontrol Notları

Bu devre düşük güçlü klasik VU metrelerden farklı olarak harici yük sürebilecek şekilde tasarlandı.

En önemli nokta, PIC çıkışlarının yalnızca kontrol sinyali verdiğini ve asıl yük akımının MOSFET veya triyak üzerinden geçtiğini unutmamaktır.

12V tarafında akım kapasitesi, kablo kalınlığı ve besleme gücü; 220V tarafında ise izolasyon, sigorta ve kapalı kutu kullanımı belirleyici olur.

12V şerit LED uygulaması hobi atölyesinde daha güvenli ve daha kolay test edilebilir.

220V lamba seçeneği ise görsel olarak etkileyici olsa da yalnızca şebeke gerilimiyle çalışma tecrübesi olan kişiler tarafından denenmelidir.

Kaynak: s-o.webnode.cz/vu-metr/vum15/