Электронный регулятор громкости своими руками
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 05.08.2024
Регуляторы громкости высококачественной аудиоаппаратуры.
Предисловие к переработанной части.
С момента написания этой статьи прошло почти 3 года, и опубликована была только 1-я часть. К сожалению, постоянная нехватка времени не давала возможности никак закончить 2-ю (управление "никитинским") и 3-ю (управление многоканальным усилителем для ДК) части. Но может быть оно получилось и к лучшему - за прошедшие 3 года появились новые варианты, а старые были несколько изменены, на основани опыта по их изготовлению и работе с ними.
Поскольку сейчас нашлось немного времени, и мне уже очень неудобно "кормить завтраками" (т.е обещать - "вот завтра, точно все будет!") тех, кто с нетерпением ждет публикаций остальных частей, я и сделал переработку 1-й части и опубликовать 2-ю часть. Вместе с тем, имеющуюся 3-ю часть я решил сделать 4-й. А вместо нее, место 3-й части займет описание более расширенной (чем во 2-й части) версии для управления "никитинским" регулятором - полного контроллера высококачественного лампового или транзисторного усилителя. Таким образом, если мне ничего не придет еще более нового в голову, в окончательном варианте будет довольно большая 1-я часть, небольшая по размеру 2-я часть, и чуть побольше 3- и 4-я.
Внимание! Вся информация по "никитинскому" регулятору, перенесена во 2-ю часть!
Проблематика регулировки громкости.
Регулировка громкости в действительно высококачественной аудиоаппаратуре, несмотря на кажущуюся простоту, представляет некоторую проблему. С одной стороны - минималистски настроенные любители "высокого конца" иногда считают вообще ненужными регуляторы громкости (а тем более баланса), музыка должна звучать с определенным, заранее настроенным уровнем, считают они.
С другой стороны - в реальных условиях, согласитесь, не иметь регулировки громкости несколько неудобно. Что должен обеспечивать регулятор громкости? Линейную зависимость громкости от поворота ручки регулятора (или иного управляющего устройства) для чего сам регулятор должен быть логарифмическим. Само по себе это требование выполнить не так сложно, но регулятор желательно должен быть сдвоенным, а обеспечить синхронность регулировки (т.е. зависимость сопротивления от угла поворота), тем более в логарифмическом потенциометре - не так просто, всегда существует технологический разброс. Естественно, регулятор не должен вносить никаких "шорохов и тресков" и вообще как можно меньше воздействовать на сам сигнал. Неплохо также иметь возможность дистанционного управления (причем с беспроводным пультом, а не дергать за "вожжи") .
Для решения всех этих вопросов существует много решений - "аудиофильские" регуляторы громкости ALPS, для дистанционного управление - моторизированные, ( причем совершенно непонятно - почему именно "Альпс"? Боурнс и Хонивелл делают ничуть не хуже, скорее даже лучше. Правда, дороже, особенно Хонивелл - учитывая аэрокосмическую направленность этой фирмы ). ). Золотые переключатели с наборами "аудиофильских" резисторов, еще более "аудиофильские" - входные трансформаторы с отводами (например английской фирмы Sowter, замечу что трансформаторы от Александра Воробьева - ничем не хуже. Саша - большой респект.) и "золотыми переключателями", а также порой незаслуженно презираемые "высококонечниками"©Н.Сухов, электронные регуляторы. Последние и впрямь весьма неоднозначны, поскольку очень разнообразны в спектре выпускаемой продукции - от действительно качественных по звуку, до пригодных разве что в "бумбоксах", звуковых картах компьютеров и в автомагнитолах.
В данном цикле мы рассмотрим несколько вариантов регулировки громкости - на микросхемах и на реле, варианты управления на микроконтроллерах - от самых простейших до более сложных.
Небольшой обзор микросхем регуляторов громкости.
Электронная регулировка громкости обычно выполняется или на усилителях с переменным коэффициентов усиления (VGA - Variable Gain Amplifier), например на SSM2160, или на переключаемых делителях на резисторах, различных исполнений. Наиболее популярны - цифровые потенциометры (например DS1802 от Dallas-Maxim), регулятор CS3310 фирмы Cirrus Logic (Crystal Semiconductors), совместимая с ней PGA2310 фирмы Burr-Brown (сейчас - Texas Instruments), LM1972 фирмы National Semiconductors. Последние - несколько дешевле и более доставаемые, кроме того - несмотря на лучшие "объективные характеристики" CS3310, многие отмечают более приятное звучание у LM1972, хотя она и имеет несколько более высокое проникновение сигналов управления в звуковой канал во время регулировки. Хочу предупредить - многочисленные попытки использовать 3-х канальную микросхему LM1973 закончились полным провалом. При том, что внутри LM1972 и LM1973 наверняка одно и то же, с последней звук получается существенно хуже. Почему - не знаю, принял как экспериментальный факт.
В последнее время появились более новые микросхемы от TI - PGA4311, которые мало того что 4-х канальные, но по утверждениям разработчиков обеспечивают более высокие параметры чем PGA2310. (Есть также 2-х канальная версия PGA2311). Микросхема от AnalogDevices SSM2160 хотя и обеспечивает все требуемые регулировки по 6 каналам, по качестуу звука уступает PGA.
Различные микросхемы типа LM1036 (а также 174УН10/12) не обеспечивают надлежащего качества звучания, поэтому не рассматриваются вовсе. Разумеется, в данном кратком обзоре приведены не все существующие варианты электронных регуляторов, а только несколько типичных представителей.
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.
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.
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
Регуляторы громкости на PGA2310
Эта часть добавлена "по просьбе публики" для тех, кто не смог самостоятельно адаптировать прошвку. Схема представляет собой вариант предыдущей схемы и программы, т.е. микросхемы LM1972 и PGA2310 управляются одинаково - через последовательную шину SPI, но отличаются внутренней структурой.
Прежде всего, в отличии от LM1972, регулирующей громкость от 0дБ до -78дБ (т.е. "на ослабление") и требующих высокого входного сопротивления последующего каскада (буфера), миросхема от Тексас Инструмент "умеют" и усиливать сигнал - их диапазон регулировки от +31.5 до -95.5 дБ (т.е. полный диапазон - 128дБ), с шагом 0.5дБ. Также микросхема не нуждается в буфере, и может работать на нагрузку 600 Ом.
Использование всего диапазона регулировки PGA2310 представляется мне сильно избыточным, поэтому было принято такое решение: делаем 3 варианта программы:
- Full – полный диапазон, от-95.5дБ до +31.5дБ с шагом 1дБ
- NoGain – без усиления, т -63дБ до 0дБ с шагом 0.5дБ
- Gain3 – с усилением, от -53дБ до +10дБ с шагом 0.5дБ
Регулировка баланса во всех вариантах - +/-8дБ с шагом 0.5дБ.
В варианте “Full” возможна также аппаратная настройка границ, о чем будет сказано ниже.
Как видите, схема практически не изменилась (для простоты – на схеме не показаны стабилизаторы питания), основные отличия – в программе. Как и в схемах на LM1972, можно поставить несколько (n) PGA2310 параллельно (т.е. соединив у них у всех одноименные выводы между собой, кроме аналоговых входов и выходов, конечно), и тем самым получить синхронную регулировку громкости по 2n каналов. Например – 3 микросхемы, первая на фронт, вторая на ыл, третья – на ценрт и саб. Регулятор баланса правда, будет кроме баланса левая сторона/правая сторона, еще и изменять соотношение центр/саб. Поэтому его лучше не использовать (установив вместо переменного резистора два одинаковых постояных резистора 10-20к). Более сложная и более " правильная " схема регулятора для Домашнего Кинотеатра будет описана позднее.
Возможность работы на низкоомную (600ом, 1нФ) нагрузку (выходной ток PGA2310 – до 35мА, а 2311 – до 50мА) дают прекрасную возможность использовать эту микросхему как готовый предусилитель, или буфер для усилителя мощности с низкоомным входом. Далее представлены примеры такого использования.
LM4780 (LM3886) в инвертирующем включении)
В инвертирующем включении, усилитель LM3886 (и ее сдвоенный вариант – LM4780, представляющие собой физически два кристалла 3886 в одном корпусе) обладает лучшим звучанием, по сравнению с " обычным " неинвертирующим, но для обеспечения устойчивости, в любом ее включении ее коэффициент усиления не должен быть меньше 10 (некоторые рекомндуют даже 20-30), а резистор обратной связи – желательно должен не превышать 50кОм. Это определяет входной резистор ) а следовательно, и входное сопротивление усилителя) не более 3-5к Ом,что весьма мало и требует использования различного вида буферов. Низкое выходное сопротивление PGA2310/2311 позволяет ей быть таким буфером, но не следует забывать, что ее собстенное входное сопротивление составляет 10кОм, что в отдельных случаех может потребовать установки буфера для нее самой!
При установке Кус=10 в выходном усилителе и максимальном усилении в регуляторе громкости-буфере 30 (вариант Full), при максимально допустимой мощности 60W@8Ohm, чуствительность получается около 70мВ, что очень избыточно. Поэтому целесообразнее использовать вариант Gain3 (общее усиление 30 и чуствительность 0.7в). При меньшей мощности – может более полезным окажется вариант “NoGain”, с одновременным увеличением усиления выходного каскада до 15-20 (зависит от того, какую чуствительность хочется получить – старую стандатную 0.7в, или же 2 в, сответствующие 0дБ на выходе ЦАПа). Или же использовать вариант “Full” с аппаратной регулировкой границ. В любом случае, следует руководствоваться следущим правилом – если чуствительность надо увеличить, и усиление в оконечном каскаде (LM3886/4780) достаточно для обеспечения устойчивости (отсутствия самовозбуждения), то лучше увеличивать чуствительность усилением в регуляторе громкости, чем в выходном каскаде. Это связано как в шумовыми характеристиками, так и с постоянной составляющей на выходе.
Как видите на схеме, между регулятором громкости и выходным усилителем отсутствует разделительный конденсатор, и напряжение смещения регулятора, будет в Кус выходного каскада приложено к динамику. Поэтому этот Кус и желательно иметь поменьше (лишь бы обеспечивалесь устойчивость!). По той же причине, лучше использовать PGA2311 вместо 2310, т.к. она обладает вдвое меньшим напряжением смещения. Поскольку сама LM4780 (LM3886) не является предметом данного повествования, на схеме не показаны ее блокировочные конденсаторы по питания и цепочки Бушеро на выходе. Величина резистора R10 зависит от напряжения питания выходого каскада. Для более полной информации – не поленитесь посмотреть в даташит и многочисленные FAQ’и по этим микросхемам, я не думаю что в статье про регуляторы громкости стои их дублировать J
Однотактный телефонный усилитель с регулятором громкости.
На базе регулятора громкости PGA2310 легко можно построить усилитель для наушников (головных телефонов), добавив к нему просто усилитель тока (эмиттерный или истоковый повторитель). В отличие от предыдущей схемы, здесь выгоднее применять 2310 а не 2311, из-за ограничения напряжения питания последней на уровне ±5в. С учетом OutputDropVoltage = 1.5в, это не позволит получить на выходе напряжение больше 2.2-2.4в (RMS), чего для высокоомных наушников может не хватить. PGA2310 имеет диапазон питающих напряжений до ±15в, при указанном на схеме питании ±12в, усилитель в целом обеспечивает 3.2в на 32 ома нагрузку, и 6.5 в на 300 ом, чего более чем достаточно.
В данной схеме использован вариант “Full” с аппаратной регулировкой границ. Ввведено два подстроечных резистора, на краях потенциометра регулятора громкости. Это позволяет выставить диапазон регулировки громкости (и максимальное усиление схемы!) применительно к конкретным условиям (напряжению выхода источника, чуствительности наушников).
Измеренный КНИ при воспроизведении сигнала 1кГц с уровнем 0дб с ЦД-проигрывателя составил 0.12%. ( Хочу заметить, что измерение было проведено USB-аудиокартой для акустических измерений, которая не очень пригодна для измерения малых КНИ, о чем написано в ее описании ), что включает в себя все погрешности не толко телефонного усилителя с регулятором, но и ЦАП+фильтр+буфер плеера. Помоему неплохо J
На одной схеме показан один канал ргулятора громкости, а на другой - сразу 4 канала. Естественно их может быть и 5, и 10. Суть метода заключается в том, что подавая на базу транзистора положительный потенциал через резистор, транзистор открывается и шунтирует вход УНЧ - громкость снижается.
С этой схемой был проведён ряд экспериментов. Выяснилось, что питание базы можно брать начиная от 1,5В. Максимальный предел напряжения определяется ограничительным резистором на 1кОм. Если мы нашли в УНЧ допустим 12В, то и резистор надо увеличить до безопастных для базового тока 30кОм. Ток потребления базовой цепи в открытом состоянии - несколько миллиампер. В общем подберёте.
В открытом состоянии транзистора, возможно будет слышен очень тихий звук из-за падения напряжения на кремниевом кристалле. Чтоб молчание было полным - нужно использовать германиевый транзистор типа МП36 - МП38.
Конденсаторы на входе и выходе электронного регулятора громкости используют неполярные. Транзистор ставим любой маломощный Н-П-Н, типа КТ315, КТ3102, С9014 и т.д. Переменный резистор для электронного регулятора на сопротивление в пределах 10-100кОм. Желательно с линейной характеристикой.
При замыкании движка на массу, все транзисторы закроются и громкость станет максимальной. Перемещая движок к плюсу питания, мы понемногу открываем транзисторы и звук станет затихать. Резистором, что подключен к плюсу питания, выставляем плавность изменения громкости по всему повороту резистора. Чтоб не было так, когда уже после половины поворота громкость исчезла и дальше крутим напрасно. Использование данного электронного регулятора громкости с одной стороны немного увеличит уровень шумов, но с другой - снизит наводки на провода, так как теперь нет необходимости тянуть два раза экранированный провод от выхода предварительного усилителя до входа усилителя мощности.
Форум по обсуждению материала СХЕМА РЕГУЛЯТОРА ГРОМКОСТИ
Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.
Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.
Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.
Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.
Блок электронной регулировки громкости, стереобазы и тембра. УНЧ, часть 4.
Это статья, как и предыдущая, посвящена постройке самодельного усилителя низкой частоты. В ней описана конструкция блока электронного управления, предназначенного для регулировки громкости, стереобаланса и тембра звукового сигнала.
Самые интересные ролики на Youtube
Другие статьи посвящённые постройке этого УНЧ.
Какие преимущества у электронных регуляторов по сравнению с механическими?
Главное преимущество применения блока электронных регуляторов в отсутствии необходимости поиска потенциометров с разными передаточными характеристиками, но одинаковыми типоразмерами.
- Потенциометр типа СП3-4.
- Потенциометр импортного производства.
- Потенциометр СП3-33-24 с выводом тонкомпенсации.
Например, для регулятора громкости потребовался бы сдвоенный потенциометр с характеристикой обратной логарифмической, а для регулятора стереобазы – с линейной характеристикой.
Поиск же сдвоенного потенциометра с отводами, для организации тонкомпенсации, и вовсе мог бы не увенчаться успехом.
А при электронной регулировке сигнала, для всех регуляторов можно использовать переменные резисторы с линейной зависимостью. Микросхема сама сформирует нужную передаточную характеристику необходимую для каждого регулятора.
Выбор потенциометров.
Высококачественные потенциометры с линейной зависимостью часто использовались в промышленной аппаратуре прошлых лет, но их применение в аудиотехнике было ограничено именно из-за отсутствия переменных резисторов с нелинейной зависимостью. Сейчас же такие потенциометры можно купить совсем недорого на любом радиорынке по цене в 0,1. 0,3$.
Для регуляторов я подобрал потенциометры типа СП4-1, так как, при сравнительно небольших размерах, они зарекомендовали себя как вполне надёжные изделия.
Диаметр вала выбранных резисторов 3мм, а номинал - 100кОм.
В диапазоне номиналов от 22 до 100 кОм, я снял АЧХ блока регуляторов и никаких отклонений не заметил.
Можно было бы и вовсе отказаться от потенциометров, но тогда управление было бы не таким оперативным, да и возникла бы необходимость хоть в какой-нибудь индикации положения регуляторов.
Так что, я остановился на самом простом, комбинированном электронном регуляторе, сочетающем в себе достоинства электронных регуляторов и удобство механических.
Микросхема TDA1524A.
Блок регуляторов разработан на основе микросхемы TDA1524A. Выбор пал на неё просто потому, что она оказалась одной из микросхем, требующих минимальной обвязки, и её удалось приобрести на местном рынке по разумной, хотя, на мой взгляд, слегка завышенной цене, которая составила 2$.
Микросхема TDA1524 может питаться от напряжения от 7,5 до 16,5 V, при потребляемом токе 15… 56 mA.
Диапазон регулировки по высоким частотам составляет: –15… +15dB (±3dB), а по низким частотам: –19… +17dB (±3dB).
Принципиальная схема блока регуляторов.
Работает регулятор следующим образом. Полезный сигнал поступает на вход микросхемы, где и осуществляется электронная регулировка.
С движков потенциометров, включенных по схеме делителей напряжения, потенциал передаётся в микросхему, которая и производит коррекцию полезного сигнала соответственно с величиной напряжения на движке. Выключатель тонкомпенсации включает или отключает подъём низких частот при малом уровне громкости.
1.JPG" />
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:
Чипы:
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)
Плюсы:
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.
Читайте также: