Лабораторный стенд «Цветное зрение (Радуга)»
Добрый день, уважаемые радиолюбители.
Сегодня мы хотели бы продолжить тематику лабораторных стендов и предложить вам конструкцию стенда, предназначенного для изучения особенностей восприятия цвета человеком. Итак, сегодня мы расскажем вам о стенде «Цветное зрение (радуга)».
Описываемый в данной статье стенд позволяет исследовать трёхкомпонентную теорию цветового зрения, принцип формирования цветов при аддитивном смешивании (RGB), особенности восприятия различных параметров объектов в зависимости от цвета и яркости освещения, а также некоторые дефекты цветового зрения [2, 3].
Схема электрическая принципиальная стенда представлена на рисунке ниже.
Лабораторный стенд состоит из 3-х идентичных блоков (каналов), предназначенных для управления яркостью отдельных цветов – красного, зелёного и синего. Рассмотрим работу каналов стенда на примере одного канала — канала красного цвета.
Основой канала служит генератор на таймере NE555 (DD1) с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Применение ШИМ позволяет регулировать яркость каждого канала в широких пределах т.к. с изменением ширины импульса изменяется подводимая к излучателю мощность за единицу времени.
Независимая регулировка длительности прямоугольного импульса и паузы стала возможной благодаря применению диодов VD1, VD2 (за счёт разделения цепи заряда и цепи разряда конденсатора С3). Регулировка скважности (коэффициента заполнения) осуществляется переменным резистором R3. Конденсатор С3 является времязадающим – от его ёмкости зависит частота импульсов на выходе генератора.
Конденсатор С4 – фильтрующий. Он необходим для уменьшения помех по цепям питания внутреннего опорного источника напряжения микросхемы DD1.
Выключатель S1 необходим для включения и выключения заданного канала. Он работает в совокупности с резистором R5 и конденсатором С5. При подаче на вывод 4 уровня логической «1» через резистор R5 происходит включение канала – запуск генератора на микросхеме DD1. При подаче на вывод 4 уровня логического «0» происходит сброс таймера и генератор выключается.
Конденсатор С5 – фильтрующий. Он необходим для предотвращения ложного срабатывания при переключении выключателя S1.
С выхода генератора (вывод 3) прямоугольные импульсы поступают на драйвер полевого транзистора, выполненный на транзисторах VT1, VT2. При этом резистор R6 выполняет защитную роль, ограничивая максимальный потребляемый от микросхемы DD1 ток.
Драйвер полевого транзистора необходим для надёжного управления полевым транзистором. Несмотря на то, что полевой транзистор управляется напряжением у него есть достаточно большая ёмкость между затвором и истоком (из-за технологии изготовления). При переключении транзистора через эту ёмкость может протекать достаточно большой ток, который может повредить выход микросхемы генератора.
С выхода драйвера полевого транзистора сигнал поступает на затвор полевого транзистора VT3.
Резистор R9 выполняет защитную роль, аналогично резистору R6. Диод VD3 позволяет независимо управлять скоростью включения и выключения полевого транзистора VT3 и сделать его работу более эффективной.
В качестве нагрузки полевого транзистора VT3 используется красный цвет RGB-матрицы HL1. Резистор R33 ограничивает максимальный ток через светодиоды на уровне 100 мА.
Каналы зелёного и синего цветов выполнены аналогично. Сопротивление резисторов R33 – R35 отличается из-за технологического разброса параметров светодиодов RGB-матрицы и подбирается при настройке стенда.
На микросхеме DA1 выполнен стабилизатор напряжения для питания микросхем генераторов с ШИМ (DD1-DD3), а также драйверов полевых транзисторов соответствующих каналов. Выходное напряжение стабилизатора задаётся соотношением резисторов R11, R12.
Конденсаторы С1, С2, С7, С8 – фильтрующие. Они необходимы для уменьшения помех по цепям питания стенда.
Питание осуществляется от внешнего источника питания напряжением 36 Вольт.
Стенд изготовлен на односторонней печатной плате. Транзисторы VT3, VT6, VT9, микросхему DA1 при сборке необходимо установить на радиаторы.
В подборке фото ниже представлен лабораторный стенд на разных этапах сборки.



В подборке фото ниже представлен сборочный чертёж печатного узла описываемого лабораторного стенда (на первом рисунке – с проводящим рисунком, на втором и третьем рисунках указано только расположение компонентов схемы).
Тут следует отметить, что компоненты устанавливаются с обратной стороны от проводящего рисунка. При этом сборочный чертеж выполнен так, если бы мы смотрели на печатный узел как раз со стороны проводящего рисунка. Это необходимо учитывать при установке микросхем, а также полярных конденсаторов и транзисторов.



В архиве lab-r.zip представлен сборочный чертеж печатного узла в формате Sprint Layout 6 для возможности самостоятельного изготовления печатной платы стенда, а также схема электрическая принципиальная в формате SPlan.
После сборки, настройки и предварительного испытания лабораторный стенд был собран в корпус. При этом итоговый рассеиватель был выполнен из матового пластика. Данный лабораторный стенд был представлен на международной научно-практической конференции школьников «Политех-2023».
На видео ниже показан лабораторный стенд во время проведения испытаний.
А на этом на сегодня всё. С уважением, Андрей Савченко, Илья Филиппчик.
Список использованной литературы:
- Лабораторный стенд «Цветное зрение» (радуга)
- Алипов Н. Н. Основы медицинской физиологии: учебное пособие / Н. Н. Алипов. — 3-е изд. (эл.). — М.: Практика, 2016. — 496 c.
- Николлс Джон, Мартин Роберт, Валлас Брюс, Фукс Пол. От нейрона к мозгу: Пер. с англ. изд. 5-е, стереотип., М.: УРСС: ЛЕНАНД, 2019.-676с.