Применение в радиоаппаратуре электронного регулятор громкости может изменить характеристики и эксплуатационные ее свойства к лучшему. Так к достоинствам электронных регуляторов можно отнести отсутствие помех и шумов возникающих при регулировке (скрипы, щелчки). Электронный регулятор может комплектно использован в радиоаппаратуре с устройствами дистанционного управления. Вместо кнопок регулировки, возможно установить реле, управляемые посредством ик - излучения или радиосигналом.
Характеристики стереорегулятора громкости на микросхеме КА2250
Диапазон пропускаемых частот 20-20000 Гц;
Напряжение питания от 6 до 16 вольт;
Максимальное входное напряжение не более 2,5 в;
Регулировка громкости от 0 до 64 дБ;
Шаг регулировки 2 дБ.
Принципиальная схема и плата для монтажа электронного регулятора громкости
Далее приведена схема и ее описание для сборки стереофонического электронного регулятора громкости. Стеререгулятор собран на базе микросхемы КА2250, управляется двумя кнопками без фиксации. К регулятору можно подключить стрелочный индикатор через резистор R7 (смотрите электрическую схему). Выключателем ВК1 через резистор R5 индикатор может быть заблокирован, отключен. Провода подающие звуковую частоту и снимающие ее с регулятора громкости, должны быть экранированы. Регулятор громкости при условии правильной сборки и использования исправных радиодеталей в настройке не нуждается.
Рис. 1 Принципиальная электрическая схема регулятора громкости на микросхеме КА2250 (Toshiba)
Рис.2 Размещение радиоэлементов на монтажной плате электронного стереорегулятора громкости
Рис. 3 Внешний вид платы (размер 40 мм ширина * 38 мм высота)
Радиоэлементы применяемые для сборки электронного стереорегулятора громкости на базе микросхемы КА2250
Резисторы:
R1 - 51 ом - 1 шт.;
R2 - 22 к - 1 шт.;
R3 - 22 к - 1 шт.;
R4 - 100 к - 1 шт.;
R5 - 1 к - 1 шт.;
R6 - 51 к - 1 шт.;
R7 - 1 к - 1 шт.;
R8 - 33 к - 1 шт.
Мощность резисторов - 0,25 Вт
Конденсаторы:
С1 - 22 мкФ/16 вольт - 1 шт.;
С2 - С8 - 4,7 мкФ/16 вольт - 7 шт.;
С9 - 47 мкФ/16 вольт - 1 шт.
Другие радиоэлементы используемые в схеме:
Диод D1, D3, D4 - RL522 - 3 шт.;
Стабилитрон D2 - Д814Д - 1 шт.;
Микросхема КА 2250
Электронный регулятор может быть успешно использован с усилителем НЧ, описанным в статье "
Наметившаяся в последнее время тенденция электронного ступенчатого регулирования громкости с использованием коммутации матрицы дискретных резисторов с помощью счетчиков, дешифраторов и аналоговых коммутаторов открывает широкие возможности для создания многоканальных звуковоспроизводящих устройств с практически идентичными характеристиками регулирования. Однако подобные регуляторы обладают недостаточной плавностью регулирования, их выходные сопротивления существенно изменяются в процессе регулировки, а потребляемая ими мощность часто оказывается довольно значительной. Перечисленные недостатки сдерживают применение регуляторов громкости с электронным управлением в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре.
Автору статьи удалось разработать регулятор громкости, обладающий широким диапазоном регулирования с дискретностью почти на порядок меньше, чем в аналогичных устройствах, описанных в литературе, имеющий небольшие габариты, простой в налаживании. Характеристика регулятора линейна во всем диапазоне регулирования, что особенно важно при малых уровнях громкости. Сигнал можно регулировать в каждом канале отдельно либо в обоих одновременно. Предусмотрены два режима регулирования: пошаговый (громкость изменяется на одну ступень регулирования при каждом нажатии на управляющую кнопку) и автоматический (громкость изменяется в заданную сторону с определенной скоростью).
Основные технические характеристики:
Число каналов регулирования: 2
Диапазон регулирования: не менее 60 дБ
Шаг регулирования: не более 0,24 дБ
Ток потребляемый от источника напряжением +15 В/-15 В: не более 15/6 мА
Принципиальная схема регулятора приведена на рис.1. Громкость регулируется с помощью кнопок без фиксации в нажатом положении SB1- SB4. Их "дребезг" устраняет микросхема DD3. Регулятор содержит также генератор тактовых импульсов на элементах DD1.1 и DD2.1 и двухканальное устройство, каждый канал которого состоит из RS-триггера на элементах DD1.2, DD1.3 (DD4.1, DD4.2), реверсивных счетчиков на микросхемах DD7, DD9 (DD8, DD10), интегрального цифроаналогового преобразователя на микросхемах DA1 (DA2), выходного усилителя на ОУ DА3 (DА4), устройства блокировки случайного перехода от максимальной громкости к минимальной и наоборот на элементах DD2.3 (DD5.2), узла автоматического регулирования на элементах DD1.4, DD2.4 (DD4.3, DD5.3) и элементов DD2.2 (DD5.1), обеспечивающих пошаговый режим.
Работает регулятор следующим образом. При включении питания происходит начальная установка счетчиков обоих каналов регулятора. Прямоугольные тактовые импульсы частотой около 20 Гц с выхода генератора поступают на вход синхронизации микросхемы DD3 (вывод 5). Поскольку остальные ее входы (выводы 4, 14, 7, 13) через резисторы R1-R4 соединены с общим проводом, на выходах этой микросхемы (выводы 2, 1, 10, 11) записываются уровни логического 0. Дальнейшая работа регулятора зависит от того, какую кнопку нажмет оператор. Чтобы обеспечить пошаговый режим регулировки громкости, достаточно однократно нажать на соответствующую функциональную кнопку и затем отпустить ее.
При нажатии на кнопку "+" канала 1 (SB1) на выводе 2 микросхемы DD3 появляется логическая 1. Вследствие этого на выходе элемента DD2.2 устанавливается логический 0 и импульс, поступающий через элемент DD6.1 на выводы 15 счетчиков DD7, DD9, увеличивает состояние последних на 1.
При нажатии на клавишу "-" канала 1 (SB2) логическая 1 появляется на выводе 1 микросхемы DD3 и состояние счетчиков DD7, DD9 уже уменьшается на 1, поскольку с выхода RS-триггера на элементах DD1.2, DD1.3 на выводы 10 счетчиков DD8, DD9 поступит уровень логического 0.
Автоматический режим требует оперирования двумя кнопками. Для регулирования уровня громкости в нужную сторону сначала следует нажать на кнопку с соответствующим функциональным действием, а затем – на вторую кнопку этого канала. При достижении желаемой громкости обе кнопки нужно отпустить.
Так, при нажатии на кнопки SB1, SB2 устанавливается автоматический режим регулирования в первом канале. На выводах 2 и 1 микросхемы DD3 появляются уровни логических 1, вследствие чего на выходе элемента DD1.4 устанавливается уровень логического 0 и тактовые импульсы с генератора начинают проходить на счетный вход счетчиков DD7, DD9. Конденсатор С5 (С6) повышает помехоустойчивость счетчиков при переключении режимов счета.
Выходы двоичных реверсивных счетчиков DD7, DD9 подключены непосредственно к входам управления интегральными ключами цифроаналогового преобразователя DA1. Ключи коммутируют резисторы выполненной интегральным способом матрицы типа R-2R, выход которой нагружен на инвертирующий вход DA3. Благодаря ООС с выхода DA3 на вывод 16 микросхемы DA1 уровень напряжения на выходе регулятора изменяется плавно и с высокой стабильностью. Выходное сопротивление регулятора при этом остается постоянным и определяется выходным сопротивлением ОУ DA3.
На выходе элемента DD2.3 уровень логического 0 присутствует до тех пор, пока на выходах переноса счетчиков (выводы 7) будет уровень хотя бы одной 1. Состояние логического 0 устанавливается на выходах переноса, когда на выходах счетчиков DD7, DD9 (выводы 6, 11, 14, 2) возникает состояние 1111 при увеличении счета и 0000 при его уменьшении. Такая работа счетчиков обеспечивает блокировку элемента DD6.1 и делает невозможным переход от уровня максимальной громкости к минимальной и наоборот. Второй канал работает аналогично первому.
Все детали регулятора, кроме кнопок SB1-SB4, размещены на печатной плате размерами 80х70 мм: а) – вид со стороны установки микросхем, б) – с противоположной стороны, в) иллюстрирует расположение элементов на плате. Последняя крепится к передней панели аппаратуры, вблизи от входа оконечного усилителя (для уменьшения уровня фона).
Плата рассчитана на использование резисторов МЛТ, конденсаторов КМ-6 и К50-16. Кнопки SB1-SB4 без фиксации – ПКН-150-1. Вместо указанных элементов можно применить любые малогабаритные близких номиналов – резисторы ВС, ОМЛТ, конденсаторы К10-7В, K50-6, K53-19, кнопки П2К.
Налаживать регулятор практически не требуется. При необходимости скорость автоматического регулирования можно увеличить, уменьшив сопротивление резистора R5 либо емкость конденсатора С1.
Регулятор сохраняет работоспособность без ухудшения параметров при снижении питающего напряжения до ±5 В.
Вашему вниманию предлагается простой высококачественный
шестиканальный цифровой регулятор громкости
. Регулятор собран на микросхеме TDA7448, производимой европейской фирмой STMicroelectronics. Данная микросхема имеет цифровой интерфейс I2C. Для управления через этот интерфейс использован распространенный, дешевый, высокоскоростной RISC микроконтроллер фирмы Microchip PIC16F873 (возможна замена на PIC16F873A, PIC16F876, PIC16F876A).Разработчики устройств на микроконтроллерах от Microchip имеют уникальную возможность лёгкого подключения нескольких энкодеров без дополнительной обвязки. Это позволило реализовать довольно необычный концепт устройства.
Конструктивно схема состоит из двух узлов: микроконтроллерного блока управления
И блока регулятора на TDA7448.
Регулятор предполагается использовать в системах формата 5.1. Это предполагает наличие следующих каналов: фронтальные (левый и правый), тыловые (левый и правый), центр и сабвуфер. Для управления этими каналами используется 4 энкодера. Режим громкости и баланса для фронта и для тыла переключается кнопкой "громкость/баланс". Также предусмотрены кнопки "Mute" (приглушение) и "StandBy" (дежурный режим). Есть и отдельная линия StandBy, которую можно использовать для аппаратного отключения усилителей. Особый режим - "Общая громкость" (Master volume). Переход в данный режим осуществляется кнопкой по зарезервированной линии. В этом режиме все энкодеры работают в параллели, т.е. равномерно изменяют уровни громкости по всем каналам (линиям). Параметр "общая громкость" не имеет какого-то определенного числового измерения, т.к. каждый из каналов настроен на свой уровень громкости. Регулировка "общей громкости" лишь синхронно уменьшает или увеличивает все каналы.
Для визуализации направления регулирования в этом режиме на индикаторе в верхней строке выводится название режима "Master volume", а в нижней строке анимированные значки <<<<< или >>>>>.
Все перечисленные функции управления можно осуществить через любой пульт дистанционного управления в формате RC5 (от бытовой техники Philips).
Печатные платы выполнены из одностороннего фольгированного текстолита методом ЛУТ, но могут быть легко выполнены на монтажных платах. Файлы рисунков плат в формате Sprint Layout в конце статьи. Ниже рисунок и фотография собранной печатной платы микроконтроллерного блока управления.
Номиналы сопротивлений и конденсаторов могут отличаться от указанных на схеме на 20%.
Индикатор имеет 2 строки по 16 символов. Их выпускает много разных фирм и в их составе используются разные микросхемы: HD44780 (HITACHI), KS0066 (SAMSUNG), КБ1013ВГ6 (АНГСТРЕМ) и другие.
ИК-приемник TSOP1736 (Vishay) можно заменить на SFH-506 (Siemens), TFMS5360 (Temic), ILM5360 (ПО "Интеграл").
Микросхема TDA7448 выполнена в корпусе для поверхностного монтажа, но имеет довольно широкий шаг выводов (1,27 мм) и легко припаивается острозаточенным паяльником. Далее рисунок и фотография собранной печатной платы блока регулятора на TDA7448.
Ниже рисунок платы энкодеров:
Энкодер механический инкрементирующий, например, PEC12 или из серии EC11. При выборе энкодера руководствуйтесь документацией по цоколевке выводов. Определить правильное включение можно методом научного перебора.
Кнопки могут быть любыми на ваш вкус - от тактовых до типовых пленочных клавиатур. Пленочная клавиатура имеет прочную липкую основу (как скотч), что позволяет легко наклеивать её на корпус устройства. Для подключения шлейфа пленочной клавиатуры удобно использовать разъемы серии FB-x, например, FB-5R.
Работа регулятора успешно протестирована с различными пультами в формате RC5. Ниже фотография одного из пультов. Кнопками влево-вправо выбирается регулируемый параметр, а кнопками вверх-вниз устанавливается желаемый уровень (функции кнопок соответствуют кнопкам "громкость" и "канал").
В процессе работы все настройки автоматически сохраняются и при включении плавно устанавливаются последние введенные уровни громкости.
Настройка схемы устройства сводится к установке необходимой контрастности подстроечным резистором. Все диалоги в меню сделаны на английском. Ниже фото из жизни.
Для меня стало неожиданностью, что наиболее горячие споры при обсуждении моей предыдущей статьи касались в первую очередь возможности применения цифровых сопротивлений в качестве регулятора громкости аудиосигнала в HiFi аппаратуре. Для того чтобы внести в этот вопрос ясность я решил посвятить отдельную статью детальному разбору схемотехники высококачественного регулятора громкости с цепями подавления импульсных помех переключения на основе VDAC AD9252. Кроме схемотехники вы также сможете под катом познакомиться с достигнутыми характеристиками.
Тем, кто не читал мою вчерашнюю статью, в которой разбирались общие вопросы, касающихся цифровых сопротивлений настоятельно рекомендую . Во первых, лучше поймёте о чём собственно идёт речь ниже, а во вторых если вас заинтересовала сегодняшняя тема, то и в ней найдёте интересный для себя материал.
Для того чтобы привести обещанные примеры реальных схем программно управляемых преобразователей величин, перестраиваемых фильтров и других электронных узлов параметры которых можно менять с помощью цифрового сопротивления придётся писать третью статью. Постараюсь сделать это в ближайшем будущем, а пока предлагаю исследовать тянет ли регулятор громкости собранный на основе топового прибора от ADI на применения в HiFi аппаратуре ну хотя бы низшего ценового сегмента.
Представляю попытку создать регулятор громкости на основе одной их топовых микросхем цифровых регуляторов производства ADI, претендующий на звание Hi-Fi.
Для начала приведу общие характеристики, которые удалось выжать. Низкие гармонические искажения. Нормализованная передаточная характеристка. Динамический диапазон регулировки уровня громкости составляет 46 dB. Кроме этого, существует возможность функции MUTE с ослаблением сигнала на 130 dB. В данный режим регулятор входит после перехода регулятора AD5292 в shutdown режим, путём подачи специальной команды. Ну и конечно имеется специальная схема для уменьшения влияния эффекта возникновения режущих слух импульсных помех в момент переключения уровня громкости. Данный эффект наибольшим образом даёт о себе знать именно в логарифмических усилителях потому, что их громкость может меняться скачком в очень широком диапазоне. Для сведения помехи при переключении уровня громкости к минимуму, это переключение необходимо производить при переходе сигнала через ноль.
Регулятор может работать с входным сигналом уровнем вплоть до ±14 вольт (10 V RMS), что обеспечивает хорошие шумовые характеристики. Максимальный ток нагрузки по выходу 20 мА. Управление по SPI интерфейсу. Интерфейс подсоединения микросхемы к управляющему микроконтроллеру не показан, так как является стандартным.
Схема и принцип её работы
Сигнал с входного повторителя поступает на регулятор уровня AD5292 c логарифмической характеристикой. Часть сигнала ответвляется от основного с помощью делителя напряжения на резисторах R4 и R5, нагруженного на ОУ AD8541, который выступает в роли динамической нагрузки формирующей искусственную землю на уровне 1.81 В. Далее сигнал поступает на компараторы U3 и U4, которые формируют “окно” шириной всего в 13 милливольт в районе перехода сигнала через ноль. В момент прохода сигнала через ноль логическим элементом U5A формируется низкий уровень.
Для того, чтобы переключить уровень громкости необходимо записать новые данные в буферный регистр и подать отрицательный фронт на вход SYNC U6. Когда после записи кода мы подаём низкий уровень на нижний вход U5B, он транслируется в уровень переключения значения цифрового сопротивления только в момент прохождения аудиосигнала через “окно ” компараторов. Обратите внимание, что для повышения точности работы вся схема работает только по постоянному току.
Для получения максимально комфортной для уха характеристики регулировки громкости средний вывод цифрового сопротивления шунтируется резистором R8. В результате получаем нормализованную характеристику передачи сигнала, изображённую на рисунке ниже.
Иллюстрация работы схемы уменьшения импульсных помех
Давайте для начала посмотрим что происходит при переключении уровня сопротивления в отключенной схемой подавления импульсных помех.Вот так выглядит переходной процесс в момент включения звука, который произошёл во время, помеченное нулём.
Для случая переключения звука с одного значения на другое всё может выглядеть ещё хуже.
На следующей картинке изображён результат работы нашей помехогасящей схемы при переходе от большей громкости к меньшей.
Характеристики регулятора
Теперь давайте посмотрим на другие характеристики, которых удалось достичь в нашем регуляторе.Как справедливо указал уважаемый в комментариях к моей предыдущей статье качество звука достаточно сильно зависит от уровня нечётных гармоник сигнала в усилительном тракте. Для того чтобы показать как на них влияет наш цифровой регулятор давайте рассмотрим результат FFT преобразований сигнала частотой 1 КГц проходящего через схему при “движке потенциометра” установленным в крайнее вернее положение - т. е. коэффициент передачи равен единице.
На мой взгляд характеристики весьма достойные, уровень третьей гармоники ушёл ниже-100 дб, пятой вообще не видно невооружённым глазом. Интересно что скажут наши эксперты по звуку.
Следующий график я привожу специально для хаброюзера извиняюсь за выражение проевшего мне мозг в комментариях к прошлой статье. Надеюсь теперь мы согласитесь со мной, уважаемый, что сопротивление не только 10, но даже 20 килоомного резистора не изменяется на величины порядка десяти процентов на частотах от нуля до 20 КГц при любом выставленном сопротивлении! Фаза сигнала меняется, но на мой взгляд весьма незначительно.
На частоте 1 КГц наша схема обеспечивает общий уровень искажения сигнала на уровне -93 дБ. Зависимость собственного уровня шумов схемы и нелинейных искажений от частоты сигнала при коэффициенте передачи усилителя равном единице изображена на графике ниже.
Вариант схемы для любителей компромиссов.
На этом закончим исследование нашей схемы, а в качестве бонуса предлагаю её упрощённый вариант, с несколько худшими характеристиками, зато с более доступной элементной базой.
А вот осциллограмма процесса переключения уровня громкости на весьма высокой частоте. Как видите без нелинейных искажений в момент переключения не обошлось, но никаких режущих ухо выбросов нет и в помине!
Спасибо дочитавшим до конца. Попробую испытать Ваше терпение чуть дольше. Поскольку я не являюсь специалистом в области «чистого прозрачного звука» и мне трудно оценить качество описанного дивайса, прошу высказать своё мнение в виде ответа на вопрос или в комментариях.
KA2250, TDA2030A, TC9153. Желание сделать качественный усилитель возникло давно. Выбор свой остановил на TDA потому, что во-первых у нас только оная МС и есть в продаже (из возможного разнообразия), а во вторых 80 ватт более чем достаточно, ну во всяком случае для меня. Кстати везде пишут, что очень много подделок этих МС, но мне пока не попадалось не ни одной такой (может потому, что до еще не добрались?)
Усилитель мощности ЗЧ TK-1
Почему TK-1? Всё просто УМЗЧ назван по первым буквам микросхем, которые в нем использованы: и KA2250, а 1 - значит "первый".Идея
Желание сделать качественный усилитель возникло давно. Выбор свой остановил на потому, что во-первых из возможного разнообразия у нас только оная МС и есть в продаже, а во вторых 80 Ватт более чем достаточно, ну во всяком случае для меня.
Кстати везде пишут, что очень много подделок среди TDA, но мне пока не попадалось не ни одной такой. Может потому, что до 7295 еще не добрались? Всего на этой МС к сегодняшнему дню собрано около 10 усилителей.
Сначала был сделан пробный вариант по даташиту, и успешно опробован на S90. Звук порадовал, но чего то не хватало (возможно дело в самих колонках). Однако владельцу S90 всё понравилось и усилители благополучно ушли к другу. Через некоторое время было решено сделать усилитель по измененной схеме.
Измененная схема включения TDA7295
--
Спасибо за внимание!
▼ 🕗 21/09/08 ⚖️ 8,7 Kb ⇣ 273 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!
--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов,
главный редактор журнала «Датагор»
Дополнение от Датагора
О бэкапе уровня громкости
Бэкап состояния микросхемы регулятора громкости возможен. Т.е. выставленный уровень будет сохраняться между включениями усилителя и не будет сбрасываться в ноль.
Такое возможно и опробовано на оригинальной Тошибовской микросхеме TC9153AP. За аналог типа KA2250 не ручаюсь. Опробуйте и отпишитесь в комментах.
Итак, TC9153AP имеет управляющий вход 7 (INH). Необходимый для нормальной работы высокий уровень (лог.1) на нём обеспечивается делителем напряжения на резисторах 10 Ком / 51 Ком. Снятие высокого логического уровня переводит МС в режим отключения и минимального потребления энергии.
Это позволяет использовать для сохранения установленной громкости обычный конденсатор большой ёмкости, подключенный в схему питания МС.
Диод необходим для предотвращения разрядки конденсатора через прочие цепи. Резистор ограничивает ток разрядки конденсатора, продляя "срок жизни" настроек. Настройки сбросятся в ноль, как только напряжение в точке VDD упадет ниже 4,0 Вольт.
Номиналы питающего кондёра и резистора подберите экспериментально. Например, 1000 мкФ и 4,7 - 10 Ком. Пробуйте!
О сбоях регулятора и ошибочном решении
Ошибочно пытаться увеличивать ёмкость С3, что пытается проделать Иван. Конденсатор С3 определяет частоту внутреннего генератора МС, т.е. скорость регулирования. И увеличение его ёмкости до 220Мкф может привести к неработоспособности схемы.
Вероятнее сбои происходят из-за немного неверного схемного решения.
Дело в том, что номинальное напряжение питания чипа TC9153AP лежит в пределах от 6 Вольт (min!) до 12 Вольт (max!), 9 Вольт - идеально. А в приведенной схеме что-то странное наворочено по питанию! Посмотрите, линейный стабилизатор на 5 В, потом всё давится стабилитроном на 4,7 В. В итоге, МС питается экстремально низким напряжением, за абсолютным минимумом.
Всем удачи, Игорь.
Читательское голосование
