У цій статті ми розглянемо схему електронного регулятора гучності з можливістю дистанційного керування та цифровою індикацією рівня.
Рис.1. Передня сторона пристрою
Рис.2. Задня сторона пристрою
Збільшення гучності здійснюється кнопкою або дистанційно з пульта дистанційного керування (інфрачервоне управління). Підходить практично будь-який домашній пульт керування.
Схема пристрою представлена малюнку 3.
Рис.3. Схема електрична принципова
Перемикання рівнів звуку ґрунтуються на десятковому лічильнику CD4017 (DD1). Ця мікросхема має 10 виходів Q0-Q9. Після подачі живлення на схему, на виході Q0 відразу є логічна одиниця, світлодіод HL1 світиться, вказуючи на нульовий рівень звуку. До решти виходів Q1-Q9 підключені резистори R4-R12, які мають різний опір.
Нагадаю, що мікросхема в той самий момент часу видає сигнал високого рівня тільки на одному зі своїх виходів, а послідовне перемикання між ними відбувається при подачі короткого імпульсу на вхід (висновок 14).
Виходячи з цього, опори в групі резисторів R4-R12 підібрані в порядку зменшення (зверху-вниз за схемою), щоб при кожному перемиканні мікросхеми на базу транзистора VT2 надходило все більше і більше струму, поступово відкриваючи транзистор.
На колектор транзистора подається сигнал від зовнішнього УНЧ або джерела звуку.
Отже, перемикаючи мікросхему лічильник, ми, по суті, змінюємо опір колектор-емітер і тим самим змінюємо гучність звуку динаміка.
Опір резисторів залежить від коефіцієнта посилення транзистора (h21э). Наприклад, при використанні 2N3904 опір резистора R4 може бути близько 3 ком, щоб трохи "відкрити" транзистор, звук при цьому буде на тихому рівні. А опір R12 має бути найменшим з усієї групи (близько 50 Ом), щоб забезпечити режим насичення та максимальну пропускну здатність колектор-емітер відповідно максимальну гучність даного регулятора.
Мені важко вказати конкретні номінали R4-R12, оскільки це дуже залежить від потужності звукового сигналу, поданого на транзистор, а також від живлення. Найкраще використовувати багатооборотні підстроювальні резистори і налаштувати щаблі "на слух".
У нижній частині схеми представлений вузол індикації, заснований на дешифратор К176ІД2 (DD2). Він призначений для керування семисегментним індикатором.
На входи дешифратора подається двійковий код, тому діодах VD1-VD15 побудований шифратор, який перетворює десятковий сигнал від CD4017 в двійковий код, зрозумілий для К176ИД2. Така схема на діодах може здатися дивною та архаїчною, але цілком працездатною. Діоди слід вибирати з малим падінням напруги, наприклад, діоди Шоттки. Але в моєму випадку використані звичайні кремнієві 1N4001 їх видно на малюнку 2.
Отже, сигнал з виходу лічильника надходить як на базу транзистора, а й у діодний перетворювач, перетворюючись на двійковий код. Далі DD2 прийме двійковий код і семисегментному індикаторі відобразиться потрібна цифра, що показує рівень звуку.
Мікросхема К176ІД2 зручна тим, що дозволяє використовувати індикатори і із загальним катодом, і із загальним анодом. У схемі використано другий тип. Резистор R17 обмежує струм сегментів.
Резистори R13-R16 стягують входи дешифратора на мінус для стабільної роботи.
Тепер розглянемо ліву верхню частину схеми. Двопозиційним перемикачем SA1 встановлюється режим керування гучністю. У верхньому (за схемою) положенні ключа SA1 гучність змінюється вручну шляхом натискання на тактову кнопку SB1. Конденсатор C3 усуває брязкіт контактів. Резистор R2 стягує вхід CLK на мінус, запобігаючи хибним спрацьовуванням.
Після подачі живлення світиться світлодіод HL1, а індикатор показує нуль - режим без звуку (Малюнок 4, зверху).
Рис.4. Відображення рівнів на індикаторі
Натискаючи на тактову кнопку, невеликими стрибками відбувається збільшення гучності динаміка від 1-го до 9-го рівня, наступне натискання знову активує беззвучний режим.
Якщо встановити перемикач у нижнє (за схемою) положення, то вхід DD1 підключається до схеми дистанційного інфрачервоного управління, заснованої на TSOP приймачі. При надходженні зовнішнього ІЧ сигналу на TSOP приймач, на його виході з'являється негативна напруга, що відмикає транзистор VT1. Цей транзистор - будь-який малопотужний, структури PNP, наприклад КТ361 або 2N3906.
ІЧ приймач (IF1) рекомендую вибрати з робочою частотою 36 кГц, оскільки саме на цій частоті працює більшість пультів (від телевізора, DVD тощо). При натисканні на будь-яку кнопку пульта відбуватиметься керування гучністю.
У схемі є кнопка з фіксацією SB2. Поки вона натиснута, виведення скидання RST підключено до мінуса живлення і лічильник буде перемикатися. За допомогою цієї кнопки можна здійснити скидання лічильника та рівня гучності до нуля, а якщо залишити її у відключеному положенні, виведення скидання виявиться не стягнутим на мінус та лічильник неприйматиме сигнали з пульта ДК, та небуде реагувати на натискання кнопки SB1.
Рис.5. Перемикачі, тактова кнопка та TSOP приймач з обв'язкою виведені на окрему плату
Аудіосигнал на транзистор регулятора подаю з підсилювача на мікросхемі PAM8403. Колектор VT2 підключений до позитивного виходу одного з каналів підсилювача (R), яке емітер до позитивного контакту колонки (червоний провід на фото). Негативний контакт колонки (чорно-червоний) підключений до мінусу каналу, що використовується. Джерело звуку у моєму випадку міні mp3 плеєр.
Рис.6. Підключення пристрою
Чому використані підстроювальні резистори?
Хочу звернути увагу на фото задньої сторони пристрою (рис.2). Там видно, що присутні три підстроювальні резистори R4, R5, R6 на 100 кОм. Я реалізував лише три рівні гучності, тому що інші резистори (R7-R12) не помістилися на платі. Підстроювальні резистори дозволяють налаштувати рівні гучності для різних джерел звуку, т.к. вони відрізняються за потужністю аудіосигналу.
Недоліки пристрою.
1) Регулювання гучності відбувається лише нагору за рівнем, тобто. тільки голосніше. Зменшувати одразу не вийде, доведеться дійти до 9-го рівня і потім знову повернутися до початкового рівня.
2) Трохи погіршується якість звуку. Найбільші спотворення є на тихих рівнях.
3) Не здійснює керування стерео сигналом. Введення другого транзистора ще для одного каналу не вирішують проблему, т.к. емітери обох транзисторів поєднуються на мінус живлення, що призводить до "моно" звуку.
Вдосконалення схеми.
Можна використати замість транзистора резисторну оптопару. Фрагмент схеми представлений малюнку 7.
Рис.7. Фрагмент цієї ж схеми з оптопарою
Резисторна оптопара складається з випромінювача та приймача світла, з'єднаних оптичним зв'язком. Вони мають гальванічну розв'язку, а значить схема, що управляє, не повинна вносити перешкоди в звуковий сигнал, що проходить по фоторезистори. Фоторезистор під дією світла випромінювача (світлодіода або т.п.) змінюватиме свій опір і гучність змінюватиметься. Елементи оптопари гальванічно ізольовані, а отже, можна керувати двома або більше каналами аудіосигналу (рис.8).
Рис.8. Управління двома каналами за допомогою резисторних оптопарів
Резистори R4-R12 підбираються індивідуально.
Живлення пристрою можна здійснювати від USB 5 Вольт. При підвищенні напруги слід збільшити опір струмообмежувального резистора R17, щоб не вийшов з ладу семисегментний індикатор HG1, а також слід збільшити опір R1, щоб захистити приймач TSOP. Але не рекомендую перевищувати напругу живлення вище 7 Вольт.
До цієї статті є відео, в якому викладено принцип роботи, показано зібрану на платі конструкцію та проведено тест даного пристрою.
| Позначення | Тип | Номінал | Кількість | Примітка | Магазин | Мій блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Компоненти для схеми (рис.1) | |||||||
| DD1 | Спеціальна логіка | CD4017B | 1 | Десятковий лічильник | До блокноту | ||
| DD2 | Мікросхеми. Дешифратор | К176ІД2 | 1 | До блокноту | |||
| VT1 | Біполярний транзистор | 2N3906 | 1 | Будь-який малопотужний PNP | До блокноту | ||
| VT2 | Біполярний транзистор | 2N3904 | 1 | Можна КТ3102 | До блокноту | ||
| VD1-VD15 | Діод Шоттки | 1N5817 | 15 | До блокноту | |||
| З 1 | 47 - 100 мкФ | 1 | До блокноту | ||||
| C2 | Конденсатор керамічний | 0.1 мкФ | 1 | До блокноту | |||
| С3 | Конденсатор електролітичний | 1 - 10 мкФ | 1 | До блокноту | |||
| R1 | Резистор | 100 Ом | 1 | До блокноту | |||
| R2 | Резистор | 20 - 100 ком | 1 | До блокноту | |||
| R3 | Резистор | 100 - 300 Ом | 1 | До блокноту | |||
| R4-R12 | Резистор | Підібрати | 9 | Підібрати | |||
На мікросхемі TDA1552 для керування звуком? Звичайний здвоєний резистор. А якщо у нас квадровключення на 4 канали? Хтось підказує - четвірний регулятор:) А якщо ми зібрали домашній кінотеатр на 6 каналів? Тут уже в бій вступають складні та дорогі електронні регулятори гучності на спеціалізованих мікросхемах. І такий вузол за складністю та ціною може перевершувати сам підсилювач. Тим не менш, є простий вихід, як реалізувати функцію управління гучністю всього на одному транзисторі. Пропонована нижче схема з журналу радіоаматор дозволяє одним змінним резистором керувати гучністю відразу декількох каналів.
На одній схемі показаний один канал регулювання гучності, а на іншій - відразу 4 канали. Звичайно їх може бути і 5, і 10. Суть методу полягає в тому, що подаючи на базу транзистора позитивний потенціал через резистор, транзистор відкривається і шунтує вхід УНЧ - гучність знижується.
З цією схемою було проведено низку експериментів. З'ясувалося, що харчування бази можна брати від 1,5В. Максимальна межа напруги визначається обмежувальним резистором на 1кОм. Якщо ми знайшли в допустимому 12В, то і резистор треба збільшити до безпечних для базового струму 30кОм. Струм споживання базового ланцюга у відкритому стані – кілька міліампер. Загалом підберете.
У відкритому стані транзистора, можливо, буде чути дуже тихий звук через падіння напруги на кремнієвому кристалі. Щоб мовчання було повним - необхідно використовувати германієвий транзистор типу МП36 - МП38.
Конденсатори на вході та виході електронного регулятора гучності використовують неполярні. Транзистор ставимо будь-який малопотужний Н-П-Н типу КТ315, КТ3102, С9014 і т.д. Змінний резистор для електронного регулятора на опір у межах 10-100кОм. Бажано з лінійною характеристикою.
При замиканні двигуна на масу всі транзистори закриються і гучність стане максимальною. Переміщаючи двигун до плюсу живлення, ми потроху відкриваємо транзистори і звук затихатиме. Резистором, що підключено до плюсу живлення, виставляємо плавність зміни гучності по всьому повороту резистора. Щоб не було так, коли після половини повороту гучність зникла і далі крутимо даремно. Використання даного електронного регулятора гучності з одного боку трохи збільшить рівень шумів, але з іншого - знизить наведення на дроти, оскільки тепер немає необхідності тягнути двічі екранований провід від виходу попереднього підсилювача до підсилювача входу потужності.
Для мене стало несподіванкою, що найбільш гарячі суперечки під час обговорення моєї попередньої статті стосувалися насамперед можливості застосування цифрових опорів як регулятор гучності аудіосигналу в HiFi апаратурі. Для того щоб внести в це питання ясність, я вирішив присвятити окрему статтю детальному розбору схемотехніки високоякісного регулятора гучності з ланцюгами придушення імпульсних перешкод на основі VDAC AD9252. Крім схемотехніки, ви також зможете під катом познайомитися з досягнутими характеристиками.
Тим, хто не читав мою вчорашню статтю, в якій розбиралися спільні питання, що стосуються цифрових опорів, рекомендую. По-перше, краще зрозумієте про що власне йдеться нижче, а по-друге якщо вас зацікавила сьогоднішня тема, то і в ній знайдете цікавий для себе матеріал.
Для того щоб навести обіцяні приклади реальних схем програмно керованих перетворювачів величин, фільтрів, що перебудовуються, та інших електронних вузлів параметри яких можна змінювати за допомогою цифрового опору доведеться писати третю статтю. Постараюся зробити це в найближчому майбутньому, а поки що пропоную дослідити чи тягне регулятор гучності зібраний на основі топового приладу від ADI на застосування в HiFi апаратурі хоча б нижчого цінового сегмента.
Представляю спробу створити регулятор гучності на основі однієї з топових мікросхем цифрових регуляторів виробництва ADI, що претендує на звання Hi-Fi.
Для початку наведу загальні характеристики, які вдалося вичавити. Низькі гармонійні спотворення. Нормалізована передавальна характеристика. Динамічний діапазон регулювання рівня гучності становить 46 dB. Крім цього, є можливість функції MUTE з послабленням сигналу на 130 dB. В даний режим регулятор входить після переходу регулятора AD5292 в shutdown режим шляхом подачі спеціальної команди. Ну і звичайно є спеціальна схема зменшення впливу ефекту виникнення ріжучих слух імпульсних перешкод у момент перемикання рівня гучності. Даний ефект найбільше дається взнаки саме в логарифмічних підсилювачах тому, що їх гучність може змінюватися стрибком у дуже широкому діапазоні. Для перешкоди при перемиканні рівня гучності до мінімуму, це перемикання необхідно проводити при переході сигналу через нуль.
Регулятор може працювати з вхідним рівнем сигналу аж до ±14 вольт (10 V RMS), що забезпечує хороші шумові характеристики. Максимальний струм навантаження на виході 20 мА. Управління SPI інтерфейсом. Інтерфейс приєднання мікросхеми до керуючого мікроконтролера не показаний, оскільки є стандартним.
Сигнал із вхідного повторювача надходить на регулятор рівня AD5292 з логарифмічною характеристикою. Частина сигналу відгалужується від основного за допомогою дільника напруги на резисторах R4 і R5, навантаженого на ОУ AD8541, який виступає в ролі динамічного навантаження формує штучну землю на рівні 1.81 В. Далі сигнал надходить на компаратори U3 і U4, які формують вікно шириною всього в 13 мілівольт у районі переходу сигналу через нуль. На момент проходу сигналу через нуль логічним елементом U5A формується низький рівень.
Для того, щоб переключити рівень гучності, необхідно записати нові дані в буферний регістр і подати негативний фронт на вхід SYNC U6. Коли після запису коду ми подаємо низький рівень на нижній вхід U5B, він транслюється на рівень перемикання значення цифрового опору тільки в момент проходження аудіосигналу через “вікно” компараторів. Зауважте, що для підвищення точності роботи вся схема працює тільки по постійному струму.
Для отримання максимально комфортної для вуха характеристики регулювання гучності середній вихід цифрового опору шунтується резистором R8. В результаті отримуємо нормалізовану характеристику передачі сигналу, зображену на малюнку нижче.
Ось так виглядає перехідний процес у момент включення звуку, що стався під час, позначений нулем.
Для перемикання звуку з одного значення на інше все може виглядати ще гірше.
На наступній картинці зображений результат роботи нашої схеми, що перешкодить, при переході від більшої гучності до меншої.
Як справедливо вказав шанований у коментарях до моєї попередньої статті, якість звуку досить сильно залежить від рівня непарних гармонік сигналу в підсилювальному тракті. Для того щоб показати як на них впливає наш цифровий регулятор давайте розглянемо результат FFT перетворень сигналу частотою 1 КГц, що проходить через схему при "движку потенціометра", встановленим у крайнє правильніше положення - тобто коефіцієнт передачі дорівнює одиниці.
На мій погляд характеристики дуже гідні, рівень третьої гармоніки пішов нижче-100 дБ, п'ятої взагалі не видно неозброєним оком. Цікаво, що скажуть наші експерти зі звуку.
Наступний графік я наводжу спеціально для хаброюзера вибачаюсь за вираження мозку, що проїв мені, в коментарях до минулої статті. Сподіваюся тепер ми погодьтеся зі мною, шановний, що опір не тільки 10, а й навіть 20 кілоомного резистора не змінюється на величини близько десяти відсотків на частотах від нуля до 20 КГц за будь-якого виставленого опору! Фаза сигналу змінюється, але мій погляд дуже незначно.
На частоті 1 КГц наша схема забезпечує загальний рівень спотворення сигналу лише на рівні -93 дБ. Залежність рівня шумів схеми і нелінійних спотворень від частоти сигналу при коефіцієнті передачі підсилювача рівному одиниці зображена на графіці нижче.
А ось осцилограма процесу перемикання рівня гучності на дуже високій частоті. Як бачите без нелінійних спотворень у момент перемикання не обійшлося, але ніяких ріжучих вух викидів немає і близько!
Дякую тим, хто дочитав до кінця. Спробую випробувати Ваше терпіння трохи довше. Оскільки я не фахівець у галузі «чистого прозорого звуку» і мені важко оцінити якість описаного дивайса, прошу висловити свою думку у вигляді відповіді на запитання або в коментарях.
До вашої уваги пропонується простий високоякісний
І блок регулятора на TDA7448.
Регулятор передбачається використовувати у системах формату 5.1. Це передбачає наявність наступних каналів: фронтальні (лівий та правий), тилові (лівий та правий), центр та сабвуфер. Для управління цими каналами використовується 4 енкодери. Режим гучності та балансу для фронту та тилу перемикається кнопкою "гучність/баланс". Також передбачені кнопки "Mute" (приглушення) та "StandBy" (черговий режим). Є окрема лінія StandBy, яку можна використовувати для апаратного відключення підсилювачів. Особливий режим – "Загальна гучність" (Master volume). Перехід у цей режим здійснюється кнопкою зарезервованої лінії. У цьому вся режимі все енкодери працюють у паралелі, тобто. рівномірно змінюють рівні гучності по всіх каналах (лініях). Параметр "загальна гучність" немає якогось певного числового виміру, т.к. кожен із каналів налаштований на свій рівень гучності. Регулювання загальної гучності лише синхронно зменшує або збільшує всі канали.
Для візуалізації напрямку регулювання у цьому режимі на індикаторі у верхньому рядку виводиться назва режиму "Master volume", а в нижньому рядку анімовані значки<<<<< или >>>>>.
Всі ці функції керування можна здійснити через будь-який пульт дистанційного керування у форматі RC5 (від побутової техніки Philips).
Друковані плати виготовлені з одностороннього фольгованого текстоліту методом ЛУТ, але можуть бути легко виконані на монтажних платах. Файли малюнків плат у форматі Sprint Layout наприкінці статті. Нижче малюнок та фотографія зібраної друкованої плати мікроконтролерного блоку управління.
Номінали опорів та конденсаторів можуть відрізнятися від зазначених на схемі на 20%.
Індикатор має 2 рядки по 16 символів. Їх випускає багато різних фірм і в їхньому складі використовуються різні мікросхеми: HD44780 (HITACHI), KS0066 (SAMSUNG), КБ1013ВГ6 (АНГСТРЕМ) та інші.
ІЧ-приймач TSOP1736 (Vishay) можна замінити на SFH-506 (Siemens), TFMS5360 (Temic), ILM5360 (ПЗ "Інтеграл").
Мікросхема TDA7448 виконана в корпусі для поверхневого монтажу, але має досить широкий крок висновків (1,27 мм) і легко припаюється гострозаточеним паяльником. Далі малюнок та фотографія зібраної друкованої плати блоку регулятора на TDA7448.
Нижче малюнок плати енкодерів:
Енкодер механічний інкрементуючий, наприклад, PEC12 або серії EC11. При виборі енкодера керуйтеся документацією з цоколювання висновків. Визначити правильне включення можна шляхом наукового перебору.
Кнопки можуть бути будь-якими на ваш смак – від тактових до типових плівкових клавіатур. Плівкова клавіатура має міцну липку основу (як скотч), що дозволяє легко наклеювати її на корпус пристрою. Для підключення шлейфу плівкової клавіатури зручно використовувати роз'єм серії FB-x, наприклад, FB-5R.
Робота регулятора успішно протестована із різними пультами у форматі RC5. Нижче фотографія одного з пультів. Кнопками вліво-вправо вибирається регульований параметр, а кнопками вгору-вниз встановлюється бажаний рівень (функції кнопок відповідають кнопкам "гучність" та "канал").
У процесі роботи всі налаштування автоматично зберігаються і під час увімкнення плавно встановлюються останні введені рівні гучності.
Налаштування схеми пристрою зводиться до встановлення необхідної контрастності підстроювальним резистором. Всі діалоги в меню зроблені англійською. Нижче фото із життя.
KA2250, TDA2030A, TC9153. Бажання зробити якісний підсилювач виникло давно. Вибір свій зупинив на TDA тому, що по-перше у нас тільки та МС і є у продажу (з можливої різноманітності), а по-друге 80 ватів більш ніж достатньо, ну принаймні для мене. До речі скрізь пишуть, що дуже багато підробок цих МС, але мені поки не траплялося не жодної такої (може тому, що ще не дісталися?)
Бажання зробити якісний підсилювач виникло давно. Вибір свій зупинив на тому, що по-перше з можливого розмаїття у нас тільки та МС і є у продажу, а по-друге 80 Ват більш ніж достатньо, ну принаймні для мене.
До речі, скрізь пишуть, що дуже багато підробок серед TDA, але мені поки не траплялося не жодної такої. Може тому, що до 7295 року ще не дісталися? Загалом на цій МС на сьогоднішній день зібрано близько 10 підсилювачів.
Спочатку був зроблений пробний варіант за датасітом, і успішно випробуваний на S90. Звук порадував, але чогось не вистачало (можливо справа в самих колонках). Однак власнику S90 все сподобалося і підсилювачі успішно пішли до друга. Через деякий час було вирішено зробити підсилювач за зміненою схемою.
--
Дякую за увагу!
Гарний! Халява скінчилася. Хочеш файли та корисні статті - допоможи мені!
--
Дякую за увагу!
Ігор Котов, головний редактор журналу "Датагор"
Бекап стану мікросхеми регулятора гучності можливий. Тобто. виставлений рівень зберігатиметься між включеннями підсилювача і не скидатиметься в нуль.
Таке можливе і випробуване на оригінальній Тошибовській мікросхемі TC9153AP. За аналог типу KA2250 не ручаюся. Спробуйте та відпишіться у коментах.
Отже, TC9153AP має керуючий вхід 7 (INH). Необхідний нормальної роботи високий рівень (лог.1) у ньому забезпечується дільником напруги на резисторах 10 Ком / 51 Ком. Зняття високого логічного рівня переводить МС у режим відключення та мінімального споживання енергії.
Це дозволяє використовувати збереження встановленої гучності звичайний конденсатор великий ємності, підключений схему живлення МС.
Діод необхідний для запобігання розрядженню конденсатора через інші ланцюги. Резистор обмежує струм розрядки конденсатора, продовжуючи термін життя налаштувань. Налаштування скинуться в нуль, як тільки напруга в точці VDD впаде нижче 4,0 Вольт.
Номінали живильного кондера та резистора підберіть експериментально. Наприклад, 1000 мкФ і 4,7 - 10 Ком. Пробуйте!
Помилково намагатися збільшувати ємність С3, що намагається зробити Іван. Конденсатор З3 визначає частоту внутрішнього генератора МС, тобто. швидкість регулювання. І збільшення його ємності до 220МкФ може призвести до непрацездатності схеми.
Найімовірніше збої відбуваються через трохи неправильне схемне рішення.
Справа в тому, що номінальна напруга живлення чіпа TC9153AP лежить в межах від 6 Вольт (min!) до 12 Вольт (max!), 9 Вольт – ідеально. А у наведеній схемі щось дивне наворочене по харчуванню! Подивіться, лінійний стабілізатор на 5, потім все давиться стабілітроном на 4,7 В. У результаті, МС харчується екстремально низькою напругою, за абсолютним мінімумом.
