Меню

Стерео цифровой регулятор громкости

Схема электронных регуляторов громкости

С развитием стереотехники резко обострилась одна из проблем аналоговой аппаратуры — низкое качество и небольшой ресурс работы переменных резисторов, служащих регуляторами громкости. И если для моноаппаратуры еще можно подобрать переменный резистор на замену вышедшему из строя, то для стерео, особенно импортной, это практически нереально.

Электронные регулятор громкости

Найти “примерно такой же” резистор очень сложно даже в крупных городах. Причем чаще всего “ломаются” резисторы регуляторов громкости. Регуляторы тембра и баланса используются реже и служат гораздо дольше. К счастью, полный выход из строя сдвоенного (“стерео”) переменного резистора случается крайне редко. Обычно хотя бы один из резисторов полностью или частично исправен. И, “зацепившись” за эту часть регулятора. можно “вылечить” все устройство!

При этом даже не придется переводить систему в монофонический режим—достаточно просто добавить специальную микросхему электронного регулятора громкости. Такие микросхемы сравнительно дешевы, почти не искажают звук и практически не требуют подключения внешних элементов. С их помощью автор в свое время вернул жизнь не одному десятку различных магнитол, и ни один владелец не остался разочарованным.

Знать, как именно устроены подобные микросхемы — совершенно не обязательно (фактически, это операционный усилитель с электрически изменяемым коэффициентом усиления), нужно только помнить, что при уменьшении напряжения на регулирующем входе громкость обычно также уменьшается. И даже если переменный резистор “восстановлению не подлежит” — тоже не все потеряно. В таком случае можно использовать цифровой регулятор громкости, который управляется кнопками.

Такие регуляторы бывают двух типов: автономные и требующие использования дополнительного процессора. Первые (например, КА2250, ТС9153) регулируют только громкость. “Качество регулировки” — довольно скверное, но их стоимость сравнительно невелика. “Процессорные” регуляторы раза в два дороже автономных, но гораздо “круче”: и регулировка более линейная, и, помимо регулировки громкости, можно регулировать тембр, баланс, звуковые эффекты (псевдостерео — стерео из моносигнала, как у TDA8425 или псевдоквадра-стерео в микросхемах серии ТЕАбЗхх).

Есть также селектор каналов на входе и некоторые другие “примочки”. Но распространение таких регуляторов, даже несмотря на весьма выгодное соотношение цена- качество, ограничивает необходимость использования внешнего, заранее запрограммированного процессора. Специализированные запрограммированные процессоры для работы с подобными микросхемами автор в продаже не встречал.

Большинство микросхем с электронной регулировкой громкости предназначены для работы в кассетном магнитофоне. Они имеют пару чувствительных и малошумящих предварительных усилителей, пару усилителей мощности с электронной регулировкой громкости, и рассчитаны на низковольтное питание (1,8…6,0 В при потребляемом токе около 10 мА).

Схема регулятора громкости на микросхеме TA8119P

Таковы микросхемы ТА8119Р ф.TOSHIBA (рис.1) и ВАЗ520 ф.POHM(рис.2). Как видно из рисунков, отличаются они только количеством выводов, а электрические характеристики у них практически совпадают. Кстати, ИМС ТА8119 выпускается только в DIP-корпусе для монтажа в отверстия. а ВА3520 — в DIP- и SOIC-корпусах (соответственно, ВА3520 и BA3520F, последняя—для поверхностного монтажа). Расстояние между рядами выводов у ТА8119 и SOIC-версии BA3520F — 7,5 мм. у ВА3520 в DIP-корпусе —10 мм.

Цифровой регулятор громкости на BA3520

Операционные усилители (ОУ) внутри — обычные, с той лишь разницей, что некоторые резисторы обратной связи уже установлены в микросхеме. Выходной ток предварительных усилителей — несколько миллиампер, выходных — около сотни миллиампер. На рисунках указаны рекомендуемые схемы включения, но, в принципе, ОУ можно включать по любой стандартной схеме, за исключением, разве что, дифференциальной.

Если слишком большое усиление не требуется, предваритепьные уси- лители можно не использовать, подав входной сигнал непосредственно на выходные усилители (их коэффициент усиления при максимальной громкости — около 7). При этом входы предварительных усилителей желательно соединить с выходом REF микросхемы. Если использовать эти микросхемы для замены переменного резистора, сигнал на входы лучше подавать через резисторы сопротивлением около 100 кОм (для компенсации усиления выходных усилителей), как показано на рис.За.

И вообще, во всех схемах с использованием ВА3520 сигнал на входы оконечных усилителей лучше подавать через резисторы сопротивлением не менее 10 кОм. Это значительно уменьшает шумы на выходе (микросхема “не любит” слишком низкоомные источники сигнала), но выход предварительного усилителя микросхемы можно соединять со входом оконечного непосредственно. К ТА8119 это тоже относится, хотя выражено гораздо слабее.

Для более плавной регулировки громкости в микросхеме ТА8119Р и ВА3520, а также для устранения “шороха” при вращении движка переменного резистора, между движком и общим проводом рекомендуется включить конденсатор емкостью 1…10 мкФ (“+” к движку). При “частичной неисправности” переменного резистора (перегорела или истерлась дорожка возле одного из крайних выводов) можно “выкрутиться”, несколько усложнив схему.

Переменный регулятор громкости на резисторе, транзисторе, микросхеме

Если перегорел контакт, к которому подводится движок резистора для установки минимальной громкости, используется схема на рис.36 или рис.Зв. Здесь резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения. Но следует отметить, что напряжение в средней точке такого делителя никогда не уменьшится до нуля: при указанных номиналах резисторов оно превышает 0,3 В. т.е. “нулевая” громкость недостижима.

Читайте также:  Реле регулятора топлива для опель

Для устранения этого недостатка в схему добавлен повторитель на транзисторе VT1. При таком напряжении он все еще закрыт (порог открывания — около 0.6 В). В схеме на рис.3б достичь максимальной громкости также невозможно из-за упомянутого выше падения напряжения на транзисторе (около 0,6 В). Поэтому лучше использовать схему, изображенную на рис.3в.

Источник питания (+5 В) должен быть стабилизированным — иначе громкость будет “плавать”. При настройке этой схемы, возможно, понадобится подобрать сопротивления R3 и R4 для получения максимальной громкости. Если же перегорел “верхний” вывод переменного резистора, схема для его “лечения” становится еще проще (рис.Зг). Источник питания тоже должен быть стабилизированным.

Но если переменный резистор “восстановлению не подлежит”, единственный выход — использование цифровых регуляторов. В принципе, такие регуляторы можно построить и на обычной цифровой логике, пропуская звуковой сигнал через микросхему цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Подобные схемы неоднократно публиковались в отечественной литературе начала 90-х годов, но дешевле и удобней воспользоваться специализированной микросхемой, например, КА2250 (Samsung) или ТС9153 (Toshiba).

Регуляторы громкости на ЦАПе КА2250, ТС9153

Эти микросхемы — полные аналоги по электрическим характеристикам и цоколевке (рис.4), отличия только в названии. Они являются 5-битным стереоЦАПом (шаг регулировки — 2 дБ) с довольно скзерными характеристиками регулирования и не очень сложной схемой управления. Что радует — крайне низкие искажения. По этому параметру микросхемы практически не отличаются от переменного резистора, естественно, если амплитуда входного сигнала не превышает 1,5…2,0 В и правильно разведены “земли”.

Также предусмотрено “запоминание” уровня громкости при отключении питания, но в ячейке ОЗУ, т.е. для подпитки самой микросхемы нужна батарейка или конденсатор с малой утечкой.
Для нормальной работы этих микросхем требуется внешний источник образцового напряжения (UREF)- Если у источника сигнала (предварительного усилителя) есть свое UREF. тогда просто подводим его к выводам 4,13 микросхемы (рис.4а). Если же его нет, “сооружаем” внешний делитель напряжения (R1-R2- С1 на рис.4).

В обоих случаях напряжение на выводах 4 и 13 должно быть на 1…2 В меньше напряжения питания, но выше 1…2 В относительно общего провода. Напряжение UREF d каждом канале может быть разным. Собственно регулятор громкости состоит из пары резисторных матриц, коммутируемых через высококачественные полевые транзисторы.

На рисунке эти матрицы обозначены как постоянные резисторы. Для нормального функционирования микросхемы обе матрицы должны быть соединены последовательно и, желательно, через разделительный конденсатор (С4). Так как матрицы содержат только резисторы, то, в принципе, “вход” и “выход” можно поменять местами (что иногда можно обнаружить даже в “фирменных” изделиях), но лучше этого не делать.

Цифровая часть микросхем состоит из генератора с внешними частотозадающими элементами КЗ-С7, двух кнопок SB1, SB2 и коммутатора на диодах VD1, VD2. Громкость изменяется при нажатии и удерживании соответствующей кнопки. У микросхем имеется цифровой выход. Ток через этот выход изменяется от 0 до 1,3 мА (с шагом 0,1 мА) при уменьшении/увеличении громкости. Вывод 7 микросхем служит для “выключения” — при “нуле” на этом входе генератор отключается, а потребляемый микросхемами ток уменьшается до минимума.

“Регулирующая” часть микросхем при этом работает как обычно, но изменять громкость невозможно. Для того, чтобы при отключении питания микросхема “запоминала” уровень громкости, ее желательно подключать так, как показано на рис.46. При отключении питания напряжение на входах “Uпит” уменьшается до нуля, одновременно снижается напряжение на выводе 7, и цифровая часть микросхемы “отключается”.

Сама микросхема при этом питается через батарейку, ее заряда хватает на десятки лет. В принципе, использовать батарейку не обязательно — достаточно одного конденсатора емкостью более 1000 мкф, но даже самый лучший конденсатор не “продержится” более недели. Конденсатор С2 служит для начального сброса микросхемы при включении питания, поэтому он обязателен и должен располагаться в непосредственной близости от выводов питания микросхемы.

Источник



Цифровой регулятор громкости

При построении Hi-End УМЗЧ встает проблема выбора ИМС регуляторов громкости. Такие известные ИМС, как TDA 1524/1526, ТСА740/730, КР 174ХА53/54, ТЕА6300/6310/6330, LM1036 имеют сравнительно большой для Hi-End УМЗЧ коэффициент шума (от -57 до -90 дБ).

Характеристики электронного регулятор громкости:
Коэффициент шума: 70 дБ
Коэффициент нелинейных искажений: 0,001%
Неравномерность АХЧ: около нуля
Диапазон рабочих частот: 0 — 100000 Гц
Входное напряжение: 0,5 В
Выходное напряжение: 0 — 0,5 В
Входное сопротивление: 10 кОм
Напряжение питания: 7 — 20 В

Такие параметры, как коэфициент интермодуляционных искажений (КИИ) и коэффициент шума определяются в основном качеством монтажа схемы. Этому параметру особое внимние. При плохом монтаже появляется емкосная и индуктивная связи, что приводит к повышению КИИ, неравномерности АХЧ и «подвозбудам». Структурная схема устройства показана на рис.1. Оно состоит из цифровой схемы управления (1), идентичных блоков делителей напряжения для левого и правого каналов (2) и (3). Делитель напряжения построен на резисторах (рис.2).

На микросхемах DD1, DD2 выполнены интегральные двунаправленные ключи, которые коммутируют нужный коэффициент деления входного напряжения. Устройство имеет семь коэффициентов деления. Номиналы резисторов не указаны. Пользователь сам выбирает нужный коэффициент деления подбором резисторов. Полное сопротивление цепочки резисторов должно быть 9-15 кОм. Некоторые рекомендации по выбору номиналов резисторов: R1 — должен иметь такое сопротивление, при котором уровень громкости очень малый (при котором хорошо засыпать), его номинал около 100 Ом при полном сопротивлении цепочки 10 кОм. Сопротивление резисторов (кОм) можно определить по формулам.

Читайте также:  Регулятор печки santa fe

R3 = RU1/U — R1 — R2

R4 = RU1/U — R1 — R2 — R3

R5 = RU1 — R1 — R2 — R3 — R4

R6 = RU1/U — R1 — R2 — R3 — R4 — R5

R7 = RU1/U — R1 — R2 — R3 — R4 — R5 — R6

R8 = RU1 — R1 — R2 — R3 — R4 — R5 — R6 — R7

R9 = RU1/U — R1 — R2 — R3 — R4 — R5 — R6 — R7 — R8,

где: R — полное сопротивление делителя (кОм); U — входное напряжение (мВ), U1 — напряжение, которое нужно получить на выходе (мВ).

Резисторы рассчитывают в последовательности от R1 до R9. Коэффициент деления определяют по формуле: К = U/ U1 = R/Rц, где U, U1 — входное и выходное напряжения (мВ), R, Rц — сопротивление полное и цепочки (считая от R1 к нужному резистору). Принципиальная схема цифрового блока управления показана на рисунке 3. В него входят узел управления на микросхеме DD1, реверсивный счетчик импульсов DD2, определяющий нужный уровень громкости дешифратор DD3, стабилизатор напряжения питания DA1. Выбор фиксированного уровня громкости производится кнопками SB1 и SB2. Дребезг их контактов устраняется элементами DD1.1 и DD1.2. При нажатии на кнопку SB1 («+») на выходе элемента DD1.1 устанавливается низкий логический уровень. Этот уровень поступает на вход элемента DD1.3, на выходе которого появляется высокий логический уровень, переключающий счетчик на микросхеме DD2. Поскольку на входе управления направлением счета (вывод 10 МС DD2) высокий логический уровень с выхода элемента DD1.2, показания счетчика увеличиваются на единицу. Когда на кнопку SB1 нажимают восьмой раз, счетчик досчитывает до восьми, и на выводе 9 DD3 появляется лог. «1». Начинает заряжаться конденсатор С5 через резистор R5, формируя импульс высокого уровня — счетчик сбрасывается, и процесс повторяется. Когда нажимают на SB2 («-«), на входе элемента DD1.2 появляется низкий логический уровень, сигнал которого переводит реверсивный счетчик DD2 в режим вычитания. Поскольку на вход 15 счетчика DD2 с выхода элемента DD1.3 поступает сигнал высокого уровня, счетчик срабатывается, и его показания уменьшаются на единицу. Конденсатор С2 обеспечивает задержку поступления счетного импульса на выход 15 микросхемы DD2 при переходе счетчика из режима суммирования в режим вычитания и наоборот. Условный номер уровня громкости (от 0 до 9) в виде четырехразрядного двоичного кода поступает со счетчика DD2 на дешифратор DD3. Дешифратор DD3 преобразует четырехразрядный двоичный код в позиционный, при этом на одном из его выходов появляется сигнал высокого напряжения, а на остальных — низкого. Сигналы по шине DL поступают на делители напряжения левого и правого каналов. Активным уровнем является лог. «1». При подключении напряжения питания ток заряда конденсатора С4, протекающий через резистор R5, создает на нем импульс высокого уровня. В результате микросхема устанавливается в исходное (нулевое) состояние, при котором на выходе дешифратора (DD3) лог. «1», которая по шине DL поступает на блок делителей напряжения на вход управления двунаправленного интегрального ключа DD2.4 (рис.2), который подключает точку соединения резисторов R1 и R2 к выходу устройства. Таким образом организовано управление.

В устройстве можно применить следующие электронные компоненты: резисторы МЛТ-0,125; конденсаторы С1 — С8, С10, С11 (рис.3), С1, С2 (рис.2) — керамические К10-17 или аналогичные; электролитический конденсатор С9 — фирмы SAMSUNG. Микросхемы можно заменить на аналогичные серий К176, К564, КР1561 или импортные. Интегральный стабилизатор (DA1) — любой с напряжением стабилизации 5 В. Устройство смонтировано на двусторонней фольгированной плате из стеклотестолита. Фольга со стороны деталей используется в качестве экрана. Выводы элементов должны быть по возможности короче. Сигнальные провода, идущие к устройству, экранированные. Блокировочные конденсаторы распределяются следующим образом: С6 к DD1, С7 к DD2; C8 к DD3,C9,C10,C11 к DA1 (рис.3); С1 к DD1, C2 к DD2 (рис 2) и припаиваются прямо к ножкам питания данных микросхем. Кнопки SB1 и SB2 выведены на лицевую панель УМЗЧ. Питается устройство от блока питания УМЗЧ. Над блоками 2 и 3 (рис.1) обязательно должен быть экран из тонкой фольги. Монтаж должен быть хорошо продуман, иначе регулятор будет работать НЕУСТОЙЧИВО. Устройство не требует регулировок, за исключением делителей напряжения (при необходимости). Если оно смонтировано без ошибок, то начинает работать сразу после подачи напряжения питания. Контроль работы цифровой части заключается в проверке счета формирования импульсов, поступающих с SB1 и SB2 в режиме суммирования и вычитания. Затем устройство подключают к УМЗЧ и проверяют возможность регулировки громкости.

Читайте также:  Схема регулятора громкости кнопками

Источник

Регулятор громкости. Каким он должен быть?

Для «затравки» обсуждения привожу выдержку из журнала Cалон AV №8 от 2006г.

«. Настоящие меломаны знают,какое влияние на качество звучания оказывает такая простая с виду вещь, как регулятор громкости. Вроде ничего особенного, но если он не соответствует классу усилителя, о высоком звуковом разрешении тракта можно забыть навсегда. В правильных усилителях часто используется высококачественный переменный резистор, например производства компании ALPS. Ставшие уже классикой, они действительно звучат превосходно, однако у этого варианта помимо достоинств имеются и недостатки. Во-первых, с течением времени контакт токосъемника и резистивной «подковы» ухуд-
шается, в результате чего в лучшем случае увеличивается переходное сопротивление, в худшем — появляются шорохи и трески при регулировке. Во-вторых, в сдвоенном переменном резисторе для стереоаппаратуры сложно обеспечить идентичность регулировочных характеристик при всех углах поворота оси, что может стать причиной расбалансировки каналов.
Об этих недостатках традиционных регуляторов на основе переменного резистора прекрасно знают конструкторы аудиотехники, поэтому ими было предложено много интересных и остроумных альтернативных решений. Наиболее простое и до-
статочно широко распространенное — использование механического или электронного переключателя с набором резисторов, номиналы которых обеспечивают требуемую характеристику регулирования. Напомним, что в отечественной аппаратуре первым усилителем с дискретным регулятором стал легендарный «Бриг-001», который выпускался с середины 70-х годов прошлого века. Однако наличие в звуковой цепи механического переключателя, пусть даже и с позолоченными контактами, принципиально не решает проблему на-
дежности контакта в процессе эксплуатации. Поэтому в наше время гораздо больше распространены регуляторы с электронной коммутацией резисторов, в которых нет никаких контактов. Но и этот способ не является идеальным, поскольку электронные ключи на малых уровнях сигнала ведут себя как нелинейный элемент, что тоже не слишком полезно для звука.
Известны и более изощренные решения. Некоторые произ
водители, например Marantz, для повышения отношения сигнал/шум используют двухступенчатую регулировку громкости путем изменения не только уровня сигнала на входе усилителя, но и глубины его отрицательной
обратной связи (усилители Marantz PM-14 и РМ-15). В этом
случае действительно удается получить рекордно малый уровень шумов, менее -110 дБ, однако изменение глубины ООС приводит к изменению других параметров усилителя.
Наконец, в цифровых усилителях и в некоторых моделях
CD-проигрывателей применяется цифровой регулятор громкости, реализуемый при помощи DSP. Но даже при использовании 20 —24-разрядных цифровых трактов глубокое ослабление звуковых сигналов приводит к потере младших битов информации.
Как следствие — звучание становится обедненным за счет нивелирования нюансов.

Самым совершенным, с нашей точки зрения, является «то-
ковый» регулятор громкости японской компании Accuphase.
Она предложила чрезвычайно оригинальное и остроумное решение для своих усилителей, которое разом снимает большинство отмеченных выше проблем. Принцип работы регулятора AAVA (Accuphase Analog Varigain Amplifier), установленного в предварительных усилителях и интегральниках, состоит в следующем. Звуковой сигнал с симметричного входа подается на буферные каскады, которые предназначены для согласования входного импеданса предварительного усилителя с источниками звуковых сигналов. К выходу буферов параллельно подключены 16 преобразователей «напряжение-ток», коэффициенты преобразования
каждого из которых относительно соседнего отличается вдвое.
Таким образом, на выходах этих I/V-конверторов получаются токи входного сигнала,ступенчато изменяющихся в соотношении:
У2; (У2)2; (У2)3 (%)»; (%)и.
Они коммутируются полупроводниковыми ключами в любой комбинации (всего их возможно 65536) ко входу преобразователя «ток-напряжение», на выходе которого опять получатся напряжение звукового сигнала. Поскольку его величина определяется величиной тока на входе, для изменения громкости достаточно подключить к преобразователю требуемое количество источников
тока. Коммутацией управляет специальный процессор по зашитой в его ПЗУ программе, а он, в свою очередь, получает команду от контроллера с ручкой Volume.
Несмотря на кажущуюся сложность регулятора AAVA,
конструктивно он реализован на двух микросхемах. Благодаря использованию 16-разрядного квантования уровня тока обеспечивается очень плавное изменение напряжения на выходе с шагом 0,07 мВ при максимальной величине выходного сигнала 5 В. Очевидно, что для любого практического применения этого более чем
достаточно, ведь во всем рабочем диапазоне громкостей на слух не заметно ни малейших признаков дискретности.
По сравнению с регуляторами громкости других типов схема AAVA обладает следующими преимуществами:

— отсутствие проникания сигнала из канала в канал и полная
идентичность их регулировок;
— отсутствие шорохов и тресков при изменении громкости;
— постоянство входного и выходного импедансов схемы и их ста-
бильность во времени,
— независимость АЧХ регулятора от уровня громкости;
— очень малые шумы и искажения.
И главное, такой регулятор по сути своей является аналоговым,
цифра используется только для управления ключами. Кстати, преобразование тока в напряжение и обратно, похоже, фирменная «фишка» этой фирмы. Например, в интегральных усилителях Accuphase применяется обратная связь по току. В отличие от традиционной ООС по напряжению она обеспечивает минимальную фазо-
вую задержку сигнала в петле, плюс к тому значительно менее чувствительна к изменению импеданса нагрузки по частоте. «.

Источник

Adblock
detector