Подборка плат для регулировки громкости при сборке своего усилителя мощности

Как устроен регулятор?

Важным элементом регулятора принято считать микросхемы. По своим параметрам они довольно сильно могут отличаться. Если рассматривать профессиональные модели, то там имеется до 100 различных контактов. Дополнительно в регуляторе наличествует контроллер, который занимается изменением предельной частоты прибора. С помехами в устройстве справляются конденсаторы. В простой модели их имеется до четырех. Обычно можно встретить в регуляторе керамические конденсаторы. Их частотность, как правило, указывается в маркировке.

В профессиональных моделях конденсаторы устанавливаются электролитические. Проводимость у них гораздо лучше, но стоят они дорого. Резисторов в стандартной схеме можно встретить до десяти единиц. Отличаются они между собой по предельному сопротивлению. Самые простые модели способны похвастаться параметром в 2 Ома. Резисторы с такими показателями встречаются довольно часто. Наконец, последним элементом регулятора следует назвать замыкающий механизм. Чаще всего он представлен в виде кнопки, однако есть модели со сложной системой индикации.

Как работает микросхема PT2258

Данная микросхема передает и принимает данные от микроконтроллера по линиям интерфейса I2C SCL и SDA, которые образуют шину. Для устойчивой работы рекомендуется данные линии использовать с подтягивающими резисторами сопротивлением 4,7 кОм.

Далее мы кратком рассмотрим принципы работы микросхемы PT2258 по линиям интерфейса I2C. Если вам неинтересна данная информация, то вы можете ее пропустить потому что всю эту работу берет на себя библиотека для Arduino.

Валидация (подтверждение) данных

• данные на линии SDA считаются правильными (подтвержденными) только когда на линии SCL состояние HIGH;
• состояния линии SDA (HIGH и LOW) изменяются только когда на линии SCL состояние LOW.

Условия начала и окончания передачи

Условие начала передачи (Start Condition) активируется когда:

1. На линии SCL установлено состояние HIGH.
2. Линия SDA переключается из состояния HIGH в LOW.

Условие окончания передачи (Stop Condition) активируется когда:

1. Линия SCL установлена в состояние HIGH.
2. Линия SDA переключается из состояния LOW в HIGH.

Примечание : эта информация очень полезна для отладки сигналов.

Формат данных

Каждый байт, передаваемый по линии SDA, состоит из 8 бит. Каждый байт должен заканчиваться битом подтверждения.

Подтверждение

Подтверждение (Acknowledgment) гарантирует устойчивое и правильное функционирование. Во время импульса подтверждения (Acknowledge Clock Pulse) микроконтроллер устанавливает контакт SDA в состояние HIGH и в этот же самый момент периферийное устройство (к примеру, аудио процессор) устанавливает на контакте SDA состояние LOW.

Периферийное устройство (в нашем случае PT2258) должно сформировать подтверждение после приема байта, линия SDA будет оставаться в состоянии HIGH во время девятого (9th) импульса синхронизации (Clock Pulse). После этого передатчик ведущего устройства (master) должен сформировать сигнал STOP для прекращения передачи.

Выбор адреса (Address Selection)

Адрес I2C микросхемы PT2258 зависит от состояния CODE1 (контакт № 17) и CODE2 (контакт № 4). Возможные при этом адреса представлены в следующей таблице.

CODE1 (PIN No. 17)	CODE2 (PIN No. 4)	HEX ADDRESS
0X80
1	0X84
1	0X88
1	1	0X8C

Протокол интерфейса

Состоит из следующих элементов:

• стартовый бит;
• байт адреса чипа;
• бит подтверждения (ACK);
• байт данных;
• стоповый бит.

Вспомогательные операции

После того, как на микросхему будет подано питание, необходимо подождать, по меньшей мере, 200ms перед тем как передавать первый бит данных, иначе передача данных может окончиться передачей.

После этой задержки первое, что нужно сделать, это очистить регистр при помощи передачи “0XC0” по линии I2C, это гарантирует в дальнейшем правильное функционирование устройства.

Описанная операция очищает целый регистр, теперь нам необходимо установить значение в регистре, иначе регистр будет хранить устаревшее значение и мы получим неправильное значение на выходе.

Чтобы обеспечить правильную настройку звука необходимо последовательно передавать коды 10dB и 1dB на аттенюатор, иначе микросхема может работать неправильно. Более наглядно это процесс представлен на следующей диаграмме:

Чтобы обеспечить правильное функционирование микросхемы PT2258 убедитесь в том, скорость (частота) передачи данных по интерфейсу I2C никогда не будет превышать 100KHz.

Более подробно принципы функционирования микросхемы PT2258 можно изучить в даташите на нее.

Регулятор громкости на реле для самодельной аудиоаппратуры

Почти у любой аудиоаппаратуры есть ручка или кнопки, задействовав которые, можно изменить громкость музыкальной песни или передачи, которая играет в данный момент. За ручкой или кнопками скрывается устройство, которое называется регулятором громкости. Или кратко РГ. Об одной реализации данного устройства напишу под катом.

Регуляторы громкости бывают четырех типов: 1. Аналоговые потенциометры:

2. Дискретные переключатели на резисторах:

3. Специализированные микросхемы:

4. Обработка цифрового сигнала микропроцессором c последующим выводом звука на ЦАП:

Каждое из технических решений имеет свои плюсы и свои минусы. Устройство из обзора — представитель 2 группы — дискретный переключатель. Резисторы переключаются тут не переключателем, а восемью специальными сигнальными реле. Переменный резистор на плате никак не связан со звуковым трактом. Он служит для управления электронной цифровой схемой. Фотографии устройства:

Питание тут два переменных напряжения по 12В. Можно и просто обойтись постоянным стабилизированным напряжением в 12В. Для этого выпаять два диода-выпрямителя (используют двухполупериодный выпрямитель), стабилизатор напряжения и установить необходимые перемычки. Потребление у устройства такое:

Для питания будет использоваться трансформатор мощностью 4,5 Ватт:

Доработка

Когда подключил устройство для тестов к звуковой карте, то в некоторых положениях регулятора получил дисбаланс каналов:

Решил отпаять резисторы на обратной стороне платы, проверить их сопротивления и заменить резисторы у которых были не одинаковые значения на обоих каналах:

Измерения Условия. На вход РГ на один канал подается сигнал синус 1кГц Vpp (разница напряжений между макс и мин синуса) =4.8 Вольт с генератора сигналов.

Выход РГ подключен к звуковой карте EMU0204. На ней измеряем уровень сигнала в децибелах относительно полного сигнала, поданного на звуковую карту.

Так же на выход РГ на этот канал подключен осциллограф. По нему смотрим уровень сигнала Vpp. На второй канал не подаем сигнал. Подключаем три тестера в режиме измерения сопротивления. Измеряем сопротивление между землей и входом, между входом и выходом, между выходом и землей. См схему на переключателях реле — по схеме понятно, как это все работает. Одновременно могут быть переключены несколько реле (хоть все 8):

На переменный резистор закрепляем бумажный круг с разметкой в 360 градусов и стрелкой.

Итоговая конструкция:

Проводим измерения и результат заносим в таблицу:

Очень похоже на линейный потенциометр. Если смотреть в dB тогда:

Вывод — это РГ годиться для УНЧ с небольшим коэф. усиления (10-12 раз по напряжению) — т.е. маломощным (до 30 Ватт). С таким УНЧ и планируется использовать РГ. В случае мощного УНЧ будем получать уже при небольшом повороте ручки от нуля мощный и громкий сигнал.Итог тестов в RMAA

Первый столбец — подключение линейного выхода зв.карты EMU0204 к ее лин.входу Второй — регулятор громкости на максимуме Третий — регулятор громкости на громкости, соотв. подключению к усилителю с коэф. усиления 10 и регулятором громкости на 90 градусов. Что соответствует макс. мощности примерно в 1 Ватт на нагрузку 4 Ома (тихий звук). Графики не стал размещать — они почти совпадают.

Особенности:

1. Сигнал на выход подается не сразу. Где-то через 2 секунды. При отключении сигнала звук пропадает сразу. 2. Когда крутится регулятор — мигает один светодиод, шуршат реле (слышно). Второй светодиодные горит синим всегда — это индикатор питания. 3. 128 вариантов громкости по китайским расчетам (256 вариантов по другими расчетам)

1. Два полностью независимых канала. 2. После доработки с балансом между каналами все ок. 3. Нет глюков обычных недорогих потенциометров Например: звук при нулевом положении РГ, разбаланс каналов, треск при вращении. 4. Такой регулятор можно разместить в любом месте корпуса. Например, плату разместить около входных раз’емов, а регулятор выпаять и установить на переднюю панель. 5. Работает нормально — без треска и щелчков в динамиках.

Конструкция.

На рисунке представлено расположение элементов на печатных платах устройства:

Конструкция разделена на две части для удобства размещения в корпусе усилителя. На одной плате размещён сам моторизованный потенциометр. Эта плата крепится в непосредственной близости от передней панели усилителя.

На второй плате размещён блок питания, микроконтроллер и остальные элементы устройства. Эту плату желательно разместить в корпусе усилителя как можно дальше от звуковых цепей и по возможности заэкранировать для снижения излучаемых помех.

Приёмник ИК-сигнала нужно также разместить на передней панель усилителя, подключив его к плате трехжильным шлейфом. При большой длине шлейфа для исключения неустойчивых и ложных срабатываний приёмника необходимо продублировать конденсаторы С2 и С3, распаяв их непосредственно на выводах приёмника.

Все соединения конструкции реализованы разъёмами, которые соединяются между собой шлейфами с соответствующим количеством жил.

На печатной плате потенциометра предусмотрены контакты для подключения экрана сигнального кабеля и экрана кабеля управления двигателем, если в этом возникнет необходимость.

Фото готовой конструкции представлено на рисунке:

увеличение по клику

Сигналы для транзисторных ключей управления реле коммутатора входов снимаются с разъёма К3. Для переключения входов на пульте следует использовать цифровые кнопки 1…5. Таким образом можно непосредственно выбрать нужный вход. Для переключения входов последовательно на пульте используются кнопки переключения каналов «вверх/вниз».

Чертежи печатных плат. (в формате PDF, версия редакции журнала «Электор»)

Чертежи печатных плат (в формате SLayout, версия читателей «РадиоГазеты»)

Простой регулятор громкости и баланса на LM1972.

LM1972 обеспечивает раздельную регулировку громкости по двум каналам в диапазоне от 0 до -78dB, с шагом 0.5dB в диапазоне 0 — -48dB и с шагом 1dB в диапазоне -48 — -78dB. Управление осуществляется простым 3-х
проводным интерфейсом (SPI) как показано на рисунке ниже.

При необходимости управления более чем двумя каналами (т.е. более чем одной микросхемой) существует две возможности. В простейшем случае, когда нужно управлять всеми каналами синхронно, например два канала фронта и
два канала тыла, т.е. не требуется регулировка баланса «фронт-тыл» — можно просто объединить сигналы управления
двух микросхем (возможность регулировки баланса «лево-право» при этом сохраняется). Разумеется — таким образом
можно запараллелить не только две, но и больше микросхем (получив управление громкостью синхронно по 2*N каналам) — на рисунке ниже, слева. Если же требуется полностью раздельное управление по все каналам — следуют
включить микросхемы в цепочку, т.е. подав выход данных (DO) одной на вход данных (DI) другой, как показано на рисунке ниже, справа.

Сигналы тактирования (clock) и загрузки/сдвига (load/shift) при этом подаются параллельно на все микросхемы. Более подробные сведения приведены в даташите на микросхему на сайте производителя

Самый простейший регулятор громкости для стереоусилителя показан на рисунке ниже. Он не имеет никакой индикации (она просто не нужна). Регулировка осуществляется двумя ОБЫЧНЫМИ потенциометрами — громкость и баланс,
причем среднее положение баланса индицируется светодиодом, и кнопкой «MUTE», также с индикацией.

Может возникнуть вопрос — если все равно используются обычные потенциометры, для чего нужно все это? Дело в том, что в данной схеме не нужны сдвоенные потенциометры определенного номинала с логарифмической
характеристикой — используются более простые, с линейной. К тому же нет никаких жестких требований к номиналу
сопротивления — можно использовать от единиц до десятков килоом, и самое главное — качество звука вообще никак не
зависит от качества потенциометров, через них не проходит сигнал, они только регулируют напряжение, которое измеряется АЦП микроконтроллера и преобразуется последним в сигналы управления LM1972. Так как использован
весьма дешевый и малогабаритный 8-ногий микроконтроллер, возникает некоторый «дефицит» его выводов (об
одновременном использовании выводов микроконтроллеров в разных целях — читайте в статье «Аппаратные хитрости использования PIC-контроллеров» в РХ 3,4/1999 или на сайте поэтому в данной схеме применено следующее
подключение светодиодов — они подключены к сигналам DATA и CLOCK, и слегка «мерцают» во время регулировки
(что можно также считать «фичей»). Использована та особенность 3-х проводного интерфейса, что при неактивном
состоянии линии load/shift (часто обозначаемой также как CS — Chip Select) сигналы данных и тактирования могут иметь любые значения.

Схема может на первый взгляд показаться несколько громоздкой, но присмотритесь внимательно — стабилизаторы питания и блокировочные конденсаторы составляют чуть ли не больше половины схемы! Ведь собственно сама схема
— это регулятор LM1972 и микроконтроллер PIC12C671. Плюс одна кнопка, два потенциометра и два светодиода с балластными резисторами.

Для обеспечения нормальной работы регулятора требуется большое входное сопротивление последующего усилителя, если это не так — рекомендуется включить между регулятором и усилителем буферный каскад на лампе или
хорошем операционном усилителе (ОРА2132, ОРА2134 и т.п.)

Особое внимание следует обратить на разводку
земляного провода — LM1972 имеет выводы, как для аналоговой, так и для цифровой «земли», а также «защитные
выводы» вокруг аналоговых входов и выходов. Входной сигнал не должен превышать 3в (RMS), входное сопротивление регулятора 40 кОм

Для питания пригоден любой двухполярный источник, с напряжением +9-15в.
«прошивку» микроконтроллера вместе с исходным текстом можно взять на сайте редакции и на сайте автора на сайте автора.

Примечание: я получил несколько собщений, что микроконтроллер PIC12С671 не везде доступен, хотя и дешев. Да и для любителей — проще иметь дело с микроконтроллером, у которого многократно перешиваемая
память программ («F»), а не однократная («С»). Поэтому для этой и других схем, где упоминается PIC12С671, я
выкладываю также прошивку под легче доставаемый PIC12С672, и под «многократный» PIC12F675

↑ Подробнее об аттенюаторе

Делал я своё время генератор сигналов на ATmega8, где в качестве ЦАПа использовалась «R2R» матрица. Решил регуляторе применить нечто похожее. Опишу подробно старший разряд регулятора, остальные отличаются только порядковыми номерами элементов. Входной сигнал через резистор R4 подаётся на элемент R2R матрицы (так как регулятор 6-битный – резисторы 6R2 и 6R1 соответственно). Управляется данный бит транзистором Q1, который при открытии шунтирует сигнал на землю. Резистор R5 запирает базу в отсутствии управляющего сигнала. Чтобы избежать проникновения помех из цифровой части, решил открывать транзистор через оптопару U3. Питание на транзистор оптопары подаётся через токоограничивающий резистор R6, ток диода ограничен резистором R7. Номиналы особо не подбирал, просто смотрел, чтобы по току укладываться в данные с даташитов. Оптопара отпирает транзистор при появлении логической единицы на соответствующем выходе сдвигового регистра U7. Небольшое замечание: для младшего бита резисторы 1R1 и 1R2 должны иметь одинаковый номинал равный 2R.

Рисунок 4. Схема аттенюатора и список деталей

↑ 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.

↑ Об управлении

Для управления работой регулятора применён микроконтроллер ATMega8, но можно использовать и любой другой МК, отвечающий следующим требованиям: три свободных линии порта ввода/вывода (clock для тактирования регистра, data для передачи данных и storage для фиксации данных). Ниже приведена функция, посылающая данные на сдвиговый регистр. На авторство не претендую, т.к. данный код можно встретить на сайте AVR devices. Ничего сложного в ней нет – цикл по числу передаваемых бит, в котором накладывается маска, для выделения одного бита и соответствующий вывод в порт, а в конце дёргаем строб для фиксации данных в регистре. Функция отправки данных в регистр под спойлером. Показать / Скрыть текст

#define SH_CP PORTC.0 // строб данных #define DS PORTC.1 // данные #define ST_CP PORTC.2 // строб сохранения данных // вывод в сдвиговый регистр void putout (unsigned char temp) { unsigned char copy_temp; unsigned char counter; copy_temp = temp; for (counter = 0; counter < 8; counter++) { // цикл для 8 битов // Проверяем крайний левый бит если он равен 1 то записываем в линию данных 1 if (copy_temp & 0Ч80) {DS = 1;} else {DS = 0;} // иначе записываем 0 //Дёргаем ногой, чтоб пропихнуть бит в регистр SH_CP = 1; SH_CP = 0; copy_temp = copy_temp < < 1 ; // Сдвигаем все биты переменной темp влево на один бит } //Дёргаем ногой для сохранения данных в регистре. ST_CP = 1; ST_CP = 0; DS = 0; };

Стоит сказать, что данный аттенюатор работает в инверсном режиме относительно битов данных: при выводе в регистр значения «0» громкость будет максимальна, «63» – минимальна. Аттенюатор, при необходимости, легко масштабируется на некоторое число бит с увеличением количества ступеней регулирования.

На печатной плате младший разряд подведён к выводу Q1 регистра (а не Q0, как было бы логичнее), связано это с небольшими трудностями в разводке дорожек, так как Q0 находится на другой стороне микросхемы нежели выводы Q1-Q7. Имея это ввиду, следует сдвинуть выходной код в лево на один разряд («<< 1» в С или «shl 1» в Asm). В моей программе можно заметить сдвиг не в лево, а вправо связано это вот с чем: для управления у меня стоит механический энкодер и алгоритм его обсчёта изменяет переменную-счётчик на 4 за один щелчок, то есть изначально переменная громкости считается со сдвигом влево на 2 разряда.

Схема УНЧ на TDA8425 и ATTiny2313

Базой схемы является микроконтроллер U1 (ATTiny2313) вместе с кварцевым резонатором X1 (16 МГц) и конденсаторами C1 (22pF), C2 (22pF). Резисторы R1 (3,3 k) и R2 (3,3 k) подтягивают потенциал линии SCL и SDA шины I2C к плюсу питания, обеспечивая правильные условия работы МК. Обработкой сигнала звука занимается микросхема звуковой процессор U2 (TDA8425). Аудио сигнал подается на разъемы IN1 и IN2 через конденсаторы C13 — C15 (470nF). На выход предусилителя (разъем OUT) сигнал тоже попадает проходя конденсаторы C17 (2,2 мкф) и C18 (2,2 мкф). Остальные конденсаторы C6 — C12 были применены в соответствии с рекомендациями производителя на основе официального даташита.

↑ Суть идеи

Придумал следующее (в интернете аналогов не нашёл, а если и есть то это совпадение): аналоговый сигнал поступает на разделительный конденсатор C1 и операционный усилитель U1 (Рисунок 2), включённый по инвертирующей схеме с коэффициентом усиления 0.3, задаётся резисторами как R3/R2. Необходимость ослаблять сигнал выяснялась после сборки первого экспериментальной образца. Причина будет описана ниже. Далее сигнал подаётся на ключи управляемого микроконтроллером аттенюатора типа «R2R». Затем (Рисунок 3) на не инвертирующий усилитель (вторая половина U1) с коэффициентом усиления примерно 4 (1+ R29/R28) и далее по назначению, например, оконечный усилитель или, как в моем случае, кроссовер для биампинга.

Рисунок 2. Входной буфер

Рисунок 3. Выходной буфер

Самостоятельная сборка регулятора

Для того чтобы собрать регулятор громкости своими руками для усилителя средней мощности, понадобится микросхема как минимум на 8 бит. Транзисторы для нее лучше всего использовать биполярные. Обычно они в магазине представлены с маркировкой «2НН». Показатель сопротивления у них в среднем колеблется в районе 3 Ом. Контроллеры в основном побираются линейные. Они позволяют довольно плавно изменять предельную частоту. При этом амплитуда помех будет зависеть исключительно от конденсаторов.

Для обычного регулятора будет достаточно установить их три штуки. Светодиоды могут использоваться только на пару с выпрямителями. В некоторых случаях, для того чтобы сделать регулятор громкости своими руками, дополнительно в начале цепи советуют использовать стабилитрон. Данный элемент значительно повышает работоспособность резисторов и регулятора в целом.

Как настроить регулятор в «Виндовс»?

Осуществить настройку регулятора довольно просто. Находится значок данного элемента на панели «Пуск». Нажав на него один раз левой клавишей, можно изменять предельную частоту. В некоторых случаях пользователь не видит указанный значок. Происходит это из-за того, что регулятор громкости Windows не добавлен в область уведомлений. Обычно он переносится в автоматическом режиме операционной системой. Однако данное действие можно выполнить и вручную через панель управления. Также причина может заключаться в отсутствии файла Sndvol.exe. В таком случае его копию нужно сохранить на компьютере.

Применение электронной модели

Электронный регулятор громкости устанавливается практически на всех звуковых девайсах. Изменять колебания при этом можно различными способами. Чаще всего можно встретить плавные контроллеры, которые позволяют очень тонко настаивать звук, однако есть и скачковые системы. В таком случае изменение параметров осуществляется пошагово и резко. В студиях звукозаписей имеются многоканальные устройства для микшеров. Они позволяют регулировать множество эффектов. Если рассматривать комбинированный электронный регулятор громкости, то многое в данном случае зависит от акустической системы.