Регулятор тембра и громкости для унч своими руками
Обновлено: 05.07.2024
Данный усилитель предназначен для использования в составе системного блока ПК в качестве стерео усилителя мощности звуковой частоты, работающего от выходного сигнала звуковой карты на пассивные акустические системы. Усилитель содержит активные регуляторы громкости, тембра НЧ и ВЧ. Усилитель собран на основе микросхемы Philips TDA1552Q и National Semiconductor LM1036N.
1. Штекер для подключения к линейному выходу “LINE OUT” звуковой карты
2. Гнездо для подключения правой акустической системы
3. Гнездо для подключения левой акустической системы
4. Разъем питания к блоку питания компьютера
5. LM1036N
6. TDA1552Q
7. Регулятор тембра ВЧ
8. Регулятор громкости
9. Регулятор тембра НЧ
10. Переключатель MUTE
Принципиальная схема
Pout – максимальная выходная мощность, R – сопротивление нагрузки, RMS – музыкальная выходная мощность, THD – гармонические искажения.
Усилитель имеет защиту от
- перегрузки по току
- короткого замыкания выхода
- переполюсовки питания
- перегрева (выше 145 С)
Печатная плата
ВНИМАНИЕ! Использовать только с блоком питания мощностью не менее 200 W. Производить установку усилителя только при отключенном от электросети системном блоке. Недопустим электрический контакт проводов акустических систем с корпусом ПК и другими проводниками.
Схема собственно узла регулировки тембра:
Особенностью регулятора является неизменность тонального баланса на средних частотах. Управление выбором режимов 0,1,2,3 отдельно для низких (Bass) и высоких (Treble) частот осуществляется с помощью герконовых реле РЭС-43. Потенциальные сигналы управления реле поступают с отдельной платы блока управления. По паспортным данным напряжение срабатывания используемых реле может составлять 5,5V. Однако обычно они надёжно работают и от 5V. При необходимости обмотки реле можно запараллелить перемычками на плате, уменьшив вдвое напряжение срабатывания (в том числе, и при работе блока управления от напряжения +3,3V).
В качестве C9,C10,C9',C10' в ВЧ звене я также использовал конденсаторы PPS, запаяв их через специальные самодельные переходники, так как на начальной версии платы была предусмотрена установка только выводных конденсаторов Wima FKP2. Перепаивать их потом на Wima FKP2 я не пробовал (посылка с ними пришла позже), надеюсь, что и с ними звук на ВЧ будет отличный.
Переходники для конденсаторов PPS выглядят так (я изготовил себе сразу несколько таких переходников на будущее):
Расчётная АЧХ регулятора тембра практически совпала с приведённой в исходной статье В. П. Матюшкина, которую я д ля удобства прикрепил во вложении в виде единого pdf-файла.
P.S. Впоследствии я немного увеличил номинал резисторов R15-4, R15-4' — до 3,6 кОм* — так тональный баланс на ВЧ в нейтральном положении регулятора ближе к исходному.
Я пробовал ставить микросхемы AD744, купленные в магазине West-L, и даже в Чип и Дип. Последние я забраковал лет пять назад в УМЗЧ ВВ по причине ужасного звука (звучали они там даже хуже КР574УД1Б), явная подделка (но хорошо, что не выбросил). В данной схеме разницы в звучании с этими ОУ я не заметил, и поставил микросхемы из Чип и Дип.
Рассмотрим схему блока управления регулятора тембра:
При изменении режимов регулятора тембра они сохраняются в EEPROM микроконтроллера (МК), и после подачи питания восстанавливаются.
Перейдём к рассмотрению схемы блока питания:
Для уменьшения нагрева транзисторов стабилизаторов предусилителя в блоке питания аналоговой части в условиях ограниченного пространства внутри корпуса я использовал тороидальный трансформатор ТТП-3 с выходным напряжением 2x15V. При использовании диодов Шоттки с малым падением напряжения при этом удалось получить напряжения на выходе выпрямителя порядка +-18V под нагрузкой. Это практически является минимально возможным пределом входных напряжений для работы стабилизаторов предусилителя. По возможности, если используется корпус побольше, и монтаж не такой плотный, лучше применить аналогичный трансформатор с выходными напряжениями 2x18V .
В блоке питания предусмотрен узел задержки подключения выходов предусилителя примерно на 3 секунды после подачи питания для исключения громких щелчков из-за переходных процессов. Можно комбинировать разные в арианты управления питанием устройства:
- плата выпрямителя для питания аналоговой части;
- плата сетевого фильтра с узлом задержки подключения выхода после подачи питания;
- плата дежурного блока питания цифровой части;
- плата реле Unmute K1, размещённая в непосредственной близости от входных и выходных разъёмов;
- плата реле подачи аналогового питания K2.
Чтобы не портить пластиковый корпус сквозными крепёжными отверстиями, все печатные платы размещены на внутреннем основании из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,6 мм, которое прикручивается саморезами М2,6 x 5 мм к штатным крепёжным стойкам внутри. Для уменьшения общей высоты плат в основании пришлось сделать прорези и использовать тонкие изолирующие шайбы:
Слои фольги с обеих сторон основания надо соединить. К основанию отдельными проводами подключаются и аналоговая, и цифровая земли.
Так как корпус устройства пластиковый, я решил обклеить его для экранировки изнутри тонкой медной фольгой. Однако и без фольги на выходе регулятора тембра не слышно никакого фона!
Для заземления фольги использованы пружинные контакты. Вид печатных плат в сборе:
Для плат с высоковольтными цепями предусмотрены защитные кожухи из тонкого прозрачного пластика.
Для крепления полевых транзисторов 2П902А я использовал латунную пластину размером 66 x 17 мм, которая заземляется отдельным проводом. Транзисторы прикручиваются к пластине восемью алюминиевыми гайками М5 диаметром 16 мм, с четырьмя шайбами 12 x 5 мм толщиной 2 мм между ними:
Следует помнить, что медь и алюминий — несовместимые металлы (спасибо за подсказку Артёму), поэтому желательно сделать так, чтобы они не соприкасались. Это не проблема, так как электрический контакт между ними не нужен. Думаю, можно было ограничиться и одной медной фольгой в качестве дополнительного теплоотвода. В процессе длительной работы корпус остаётся едва тёплым, и никакого перегрева не будет даже при круглосуточном режиме включения.
Приведу несколько фотографий процесса сборки:
Технологию подгонки и вклеивания в переднюю панель куска оргстекла для индикатора можно описывать долго. Отмечу лишь, что это процесс довольно трудоёмкий, как и прочая обработка передней панели. После того, как кусок оргстекла аккуратно вырезан, требуется точно подогнать под него размеры отверстия в передней панели, и после этого нужно сточить надфилем торцы полученного отверстия под углом 45 градусов вовнутрь, чтобы можно было приклеить оргстекло торцом по периметру. Предварительно на стекло нужно наклеить малярный скотч. Супер клей — гель наносится иголкой, и после его высыхания шов дополнительно промазывается эластичным клеем B7000.
Для приклеивания к передней панели держателей для плат, вырезанных из оргстекла, я использовал эластичный клей Titeseal — держит намертво.
В качестве ИК приёмника я применил готовую платку от неисправного мультимедийного проектора, но можно использовать и другую выносную конструкцию крепления ИК приёмника:
Для тактовых кнопок я использовал серебристые колпачки, но можно обойтись и без них. Для регулировки тактовых кнопок по высоте их можно запаять со смещением относительно поверхности платы. Вид на монтаж без передней панели:
На задней панели предусмотрена установка двух пар входных и выходных гнёзд:
Можно оперативно перестыковать кабели с выходных разъёмов на входные, а также дополнительно подключить, например, индикатор пикового уровня. Сетевой выключатель сзади позволяет полностью обесточить устройство. Для нанесения белых надписей на переднюю и заднюю панель использовались наклейки для ногтей в виде латинских букв высотой примерно 3,5 мм.
Усилители на микросхемах
Данный регулятор является результатом удачного дополнения известного устройства высококачественным линейным предварительным усилителем, что позволило поднять низкую перегрузочную способность устройства до 15. .20 дБ и лучше согласовать источники сигналов (магнитофон, плейер, проигрыватели грампластинок и компакт-дисков) с различными усилителями низкой частоты.
Глубина регулировки тембра с использованием данного регулятора не менее + 20 дБ. Это позволяем слушателю устанавливать приятную именно для него окраску тембра и получать более полное удовольствие от прослушивания музыки. Подбором номинала конденсатора С5 можно скомпенсировать ослабление низких частот как в усилитель мощности звуковой частоты, так и в акустических системах (АС).
Разумеется, что для различных типов усилителей звука и акустических систем оптимальная емкость конденсатора С5 различная и ее нужно подбирать экспериментально (можно на слух). В любом случае желателен некоторый избыток усиления на НЧ, который легко уменьшить регулировкой тембра. Но зато избыток усиления на низких частотах при малой громкости звучания позволяет достигать тонкомпенсации.
Для подъема усиления низких частот емкость конденсатора С5 следует уменьшать. Максимальное усиление низких частот и высоких частот достигается в крайних левых (по схеме), положениях резисторов R12 и R14. Если в крайних левых положениях этих резисторов возникает самовозбуждение – следует увеличить сопротивление резистора R10 или R11 (вплоть до срыва самовозбуждения).
Громкость звучания регулируют переменным резистором R9. Все переменные резисторы с функциональной характеристикой типа А (линейной). Линейный усилитель выполнен на ОУ DA1 и транзисторах VT1…VT4. Он включен по схеме повторителя сигнала с усилением, большим единицы.
В данном случае коэффициент усиления: К=(R3/R2)+1=6
Это позволяет развивать номинальную выходную мощность УМЗЧ (с чувствительностью 250 мВ) при амплитуде входного сигнала 50 мВ. Максимальный входной сигнал, который не вызовет перегрузки регулятора громкости и тембра и УМЗЧ, может иметь амплитуду более 2В. В этом случае избыточное значение сигнала убирается регулятором громкости R9.
Если по каким-либо соображениям коэффициент усиления линейного усилителя требуется уменьшить это можно сделать, уменьшив номинал резистора R3. Искажения сигнала (и так небольшие) при этом становятся еще меньше. Наиболее верное и чистое звучание достигается именно в верхнем (по схеме) положении регулятора громкости R9.
Поэтому R3, от которого зависит максимальное усиление, тоже желательно подобрать для достижения оптимальной громкости и чистоты звучания. Возможно и оперативное изменение значения R3 любым из доступных способов. Полоса рабочих частот регулятора громкости и тембра не уже 30 Гц…20 кГц.
Эти качественные характеристики не измерялись, но, по субъективным оценкам слушателей, они весьма высоки, что определяется высоким качеством использования линейного усилителя и регулятора тембра. Важно отметить высокую помехоустойчивость данного регулятора.
Необходимости в экранировании регулятора и проводов, идущих к нему, нет. Питание на регулятор громкости и тембра подается с двупопярного питания + 12 … 15 В с током нагрузки не менее 100 мА и пульсациями не более нескольких милливольт. Если регулятор использовать совместно с УМЗЧ, имеющим двупопярное питание, то рационально применять простейшие понижающие стабилизаторы не транзисторах.
Если напряжение питания УМЗЧ не превышает + 15 В, то регулятор громкости и тембра можно питать от того же источника, что и УМЗЧ. Налаживания правильно собранный из исправных комплектующих регулятор не требуется, кроме описанного выше подбора номинала R10 или R11. Что, однако, требуется довольно редко.
[info]Мощные и производительные мотопомпы от французского производителя компании SDMO сочетают повышенную надежность и экономичность работы. Покупателям предлагаются многочисленные модели бензиновых и дизельных мотопомп, которые различаются производительностью и своим предназначением.[/info]
Низкочастотная акустическая система обычно громоздка и дорога, а принимая во внимание то, что слух человека не может распознать стерео на низких частотах, понятно что и нет никакого смысла в двух низкочастотных АС - по одной для каждого стереоканала. Особенно если помещение где будет работать стереосистема не очень большого размера.
В таком случае, нужно просуммировать сигналы стереоканалов, а потом из полученного сигнала выделить низкочастотный. На рисунке 1 показана схема активного фильтра, выполненного на двух операционных усилителях микросхемы TL062.
Сигналы стереоканалов поступают на разъем Х1. Резисторы R1 и R2 совместно с инверсным входом ОУ А1.1 создают микшер, формирующий из стереосигнала общий моносигнал, ОУ А1.1 обеспечивает необходимое усиление (или ослабление) входного сигнала. Уровень сигнала регулируется переменным резистором R3, входящим в состав цепи ООС А1.1. С выхода А1.1 сигнал поступает на ФНЧ на А1.2. Частоту можно регулировать сдвоенным переменным резистором, состоящим из R7 и R8.
Сигнал НЧ на низкочастотный УНЧ или активную низкочастотную АС поступает через разъем Х2.
Питание - двуполярное, поступает через разъем Х3, возможно от ±5V до ±15V, Схему можно собрать на любых двух операционных усилителях общего назначения.
Микшер для работы с тремя микрофонами.
Если нужно сигналы от трех отдельных источников, например, от микрофонов подать на один вход записывающего или воспроизводящего аудиоустройства, нужен микшер, с помощью которого можно объединить аудиосигналы от трех источников в один, и отрегулировать их соотношение по уровням так, как это требуется.
На рисунке 2 показан микшер, сделанный на микросхеме типа LM348, в которой есть четыре операционных усилителя.
Сигналы от микрофонов подаются, соответственно, на разъемы Х1, Х2 и Х3. Далее, на микрофонные предварительные усилители на операционных усилителях А1.1, А 1.2 и А1.3. Коэффициент усиления каждого ОУ зависит от параметров его цепи ООС. Это позволяет в широких пределах регулировать коэффициент усиления изменением сопротивлений резисторов R4, R10 и R17, соответственно. Поэтому, если в качестве одного или нескольких из источников сигнала будет использоваться не микрофон, а устройство с более высоким уровнем выходного напряжения ЗЧ, можно будет коэффициент усиления соответствующего ОУ установить подбором сопротивления соответствующего резистора. Причем, диапазон установки коэффициента усиления очень большой, - от сотен и тысяч до единицы.
Усиленные сигналы от трех источников поступают на переменные резисторы R5, R11, R19, с помощью которых можно оперативно регулировать соотношение сигналов в общем сигнале, вплоть до полного подавления сигнала от одного или нескольких источников.
Собственно микшер выполнен на ОУ А1.4. Сигналы на его инверсный вход поступают от переменных резисторов через резисторы R6, R12, R19.
Сигнал НЧ на внешнее записывающее или усилительное устройство поступает через разъем Х5.
Питание - двуполярное, поступает через разъем Х4, возможно от +5V до +15V.
Схему можно собрать на любых четырех операционных усилителях общего назначения.
Предварительный усилитель с темброблоком.
Многие радиолюбители сроят УМЗЧ на основе микросхем-интегральных УМЗЧ, обычно предназначенных для автомобильной аудиотехники. Главное достоинство их в том, что вполне качественный УМЗЧ получается в кратчайший срок и с минимальными трудовыми затратами. Недостаток только в том, что УНЧ получается не полный, без предусилителя с регулировками громкости и тембра.
На рисунке 3 приведена схема простого предусилителя с регулятором громкости и тембра, построенного на самой распространенной элементной базе - транзисторах типа КТ3102Е, У усилителя достаточно большое входное сопротивление, чтобы он мог работать практически с любым источником сигнала, от звуковой карты ПК и цифрового плеера, до архаичного проигрывателя виниловых дисков с пьезоэлектрической головкой звукоснимателя.
Каскад на транзисторе VT1 построен по схеме эмиттерного повторителя и служит, в основном, для повышения входного сопротивления, и снижения влияния параметров выхода источника сигнала на регулировку тембра.
Регулятор громкости - переменный резистор R3, одновременно является и нагрузкой эмиттерного повторителя на транзисторе VT1.
Далее - пассивный мостовой регулятор тембра по низким и высоким частотам, выполненный на переменных резисторах
R6 (низкие частоты) и R10 (высокие частоты). Диапазон регулировки 12dB.
Каскад на транзисторе VT2 служит для компенсации потерь уровня сигнала в пассивном регуляторе тембра. Коэффициент усиления каскада на VT2 во многом зависит от величины ООС, конкретно сопротивления резистора R13 (чем меньше, тем больше коэффициент усиления). Режим по постоянному току выставляется резистором R11 для каскада на VT2 и R1 для каскада на VT1.
Стереофонический вариант должен состоять из двух таких усилителей. Резисторы R6 и R10 должны быть сдвоенными, что бы регулировать тембр одновременно в обоих каналах. Регуляторы громкости можно сделать раздельными для каждого канала.
Напряжение питания 12V, однополярное, соответствует номинальному напряжению питания большинства микросхем -интегральным УМЗЧ, рассчитанных на работу в автомобильной технике.
Для качественной передачи стереосигнала можно использовать покупной FM-модулятор, предназначенной для беспроводного подключения к автомагнитоле внешнего источника аудиосигнала. В нем есть стереомодулятор, хороший передатчик с синтезатором частоты и, часто, встроенный МП-3 плеер с внешней флешкой или картой памяти. Ну а в простейшем случае можно сделать примитивный однотранзисторный маломощный передатчик, сигнал которого приемник сможет принять при близком к его антенне расположении передатчика.
Схема адаптера показана на рисунке 4.
Схема представляет собой каскад генератора ВЧ на транзисторе VT1, работающего по ВЧ по схеме с общей базой, в базовую цепь которого подается модулирующий НЧ-сигнал.
Сигнал звуковой частоты от внешнего источника поступает на базу VT1 через конденсатор С4 и два резистора R1 и R2, служащими микшером стереоканалов. Так как схема очень простая и в ней нет никаких узлов, формирующих комплексный стереосигнал, на вход приемника поступит сигнал в монофоническом виде.
НЧ напряжение, поступая на базу транзистора VT1, изменяет не только его рабочую точку, но и емкость перехода. В результате получается смешанная амплитудно-частотная модуляция. Амплитудная модуляция эффективно подавляется в приемном тракте радиоприемника, а частотная детектируется его частотным детектором.
Частота ВЧ, на которой происходит трансляция, устанавливается контуром L1-C2. Фактически, антенны нет, - адаптер располагается в непосредственной близости от антенны приемника, и сигнал на неё поступает непосредственно с контурной катушки.
Контурная катушка L1 - бескаркасная, её внутренний диаметр 10-12 мм, намотана проводом ПЭВ 1,06, всего 10 витков. Настраивать контур можно как подстроечным конденсатором, так и сжатием -растягиванием витков катушки.
Питание - два элемента по 1.5V (3V).
Индикатор уровня.
Для правильного установления стереобаланса и недопущения перегрузки УНЧ и акустических систем желательно чтобы в составе УНЧ был индикатор уровня сигнала, поступающего на вход УНЧ.
С практической точки зрения, для самостоятельного изготовления, лучше всего индикатор на основе светодиодной шкалы, он и механически значительно прочнее стрелочного и проще и дешевле шкального мнемометрического.
На рисунке 5 показана схема индикатора на оба стереоканала. Он выполнен на основе микросхемы ТА7666Р.
Внутри ИМС ТА7666Р два усилителя с детекторами на выходах и по две линейки компараторов, по пять компараторов для каждого канала.
На основе этой микросхемы можно сделать своеобразное свето-динамическое устройство, например, составленное из концентрических кругов ламп накаливания или светодиодных лам, например применяемых в автомобильной оптике. В этом случае потребуется дополнительные мощные выходные каскады.
На рисунке 6 показана схема выходного каскада для работы на автомобильные светодиодные лампы. Используется оптопара с фототранзистором U1, её светодиод подключается вместо индикаторного светодиода.
HF1 - это автомобильная светодиодная лампа. Она мощная и для её коммутации используется мощный ключевой полевой транзистор VT1.
Читайте также: