Для чего нужен электронный регулятор громкости. Регулятор громкости с электронным управлением. Как устроен тонкомпенсированный регулятор

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.

Ниже приведены принципиальные схемы и статьи по тематике "регулятор громкости" на сайте по радиоэлектронике и радиохобби сайт .

Что такое "регулятор громкости" и где это применяется, принципиальные схемы самодельных устройств которые касаются термина "регулятор громкости".

Каждый из каналов устройства состоит из эмиттерного повторителя (VT1, VT2), аттенюатора (R5, R6), активного полосового фильтра (VT3, VT4) и аналогового суммирующего усилителя (VT5, VT6). Эмиттерные повторители согласуют выходное сопротивление предшествующего воспроизводящего... Существует множество всевозможных регуляторов, от простого переменного резистора до современного цифрового регулятора. Каждому из них присущи как определенные достоинства, так и недостатки. Достоинство простого резистора в том, что он не вносит искажений, а недостаток... Двухканальная схема регулировки громкости, тембра, баланса пред назначена для применения в переносной и стационарной звуковое производящей аппаратуре среднего и высокого классов. Назначение выводов микросхемы КА2107... Применяется в автомобильной, переносной и стационарной звуковоспроизводящей радио и телеаппаратуре среднего и высокого класса. Дополнительный управляющий вход обеспечивает простое управление компенсацией громкости. Четыре контрольных входа... Микросхема LM1040 применяется в автомобильной, переносной и стационарной звуковоспроизводящей радио- и телеаппаратуре среднего и высокого класса. Дополнительный управляющий вход обеспечивает простое управление компенсацией громкости. Четыре контрольных... Изображение печатной платы приведено на рис. 3.1. Один из вариантов внешнего электронного регулятора громкости представлен на рис. 3.2. Расположение элементов представлено на рис. 3.3. Рис. 3.1. Изображение печатной платы... Применяется в переносной и стационарной бытовой аппаратуре среднего и высокого класса. Микросхема представляет собой двухканальный цифровой регулятор громкости с кнопочным управлением. Типовая схема включения... Поскольку регулятор громкости КА2250 (ТС9153) содержит два стереорегулятора с различным шагом регулировки (2 дБ и 10 дБ), то можно попытаться использовать ее в четырехканальном включении. Дополнив стандартную схему простым генератором... Особенности: высокая стабильность работы благодаря встроенному стабилитрону; низкий уровень рассеивания; компактный SIP9 корпус. В данном усилителе предусмотрена защита выходного... Двухканальный мостовой усилитель мощности низкой частоты с электронным регулятором громкости. В усилителе предусмотрена защита выходного каскада от короткого замыкания, а также защита от бросков напряжения и статических электрических разрядов. Данный усилитель можно применять как... Описанный в публикациях УМЗЧ высокой верности разрабатывался для субъективной экспертизы звучания цифровых лазерных проигрывателей компакт-дисков (ПКД). При проведении экспертизы к выходу УМЗЧ подключались мощные высококачественные акустические системы (АС), а его вход соединялся С выходом ПКД с целью обеспечения минимальных фазовых и нелинейных... Тонкомпенсированный регулятор громкости на переменном резисторе группы В без отводов можно выполнить по схеме ниже. Необходимый при уменьшении громкости подъем АЧХ на низших и высших частотах создается последовательными колебательными контурами L1C1 и L2C2, настроенными соответственно на... Схема самодельного регулятора громкости с сенсорным управлением, рассчитан на работу с усилителем мощности., имеющим входное сопротивление не менее 10 кОм и номинальное входное напряжение в пределах 0,1-0,7 В. Устройство собрано на основе пятиканального интегрального коммутатора К190КТ1. Два из входящих в... Принципиальная схема регулятора глубины стереоэффекта на микросхеме операционном усилителе К140УД1Б. В небольшой комнате не всегда удается разместить громкоговорители на требуемом (2...3 м) расстоянии друг от друга, поэтому стереофонический эффект проявляется слабо. Описываемое устройство позволяет электрическим путем увеличить ширину стереобазы вдвое и тем улучшить звучание... В электронных музыкальных инструментах, .где в процессе игры приходится непрерывно изменять громкость звучания, нельзя применять обычные регуляторы на переменных резисторах, так как они создают значительные помехи, ухудшающие качество звучания. Бесконтактный регулятор громкости свободен... Микросхема SSM2160, SSM2160P, SSM2160S, SSM2161, SSM2161P, SSM2161S представляет собою четырех/шестиканальный регулятор громкости и баланса с цифровым управлением. Напряжение питание = +10...+20 (+5...±10) В; SSM2161 = четыре канала; SSM2160 = шесть каналов; 7-рвзрядная... Микросхема TC9210P, TC9211P представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания: при однополярном питании (Vgnd = 0 В) Vсс = 6...17В, при двухполярном питании (Vgnd = 0 В) Vcc = ±6...±17 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,005%; Диапазон... Микросхема TC9235P, TC9235F представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания = 4,5...12В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,01 %; Диапазон регулировки коэффициента передачи = 100 дБ; Встроенный ЦАП для управления индикатором уровня; ... Микросхема TC9260P, TC9260F представляет собою двухканальный аттенюатор с цифровым управлением. Напряжение питания = 4,5...12 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,01%; Диапазон регулировки коэффициента передачи = 100 дБ; 40 ступеней громкости; Коэффициент взаимного влияния каналов... Микросхема TC9421F представляет собою двухканальный регулятор громкости, баланса и тембра с управлением по трехпроводной шине. Напряжение питания = 6...12 В; Коэффициент нелинейных искажений = 0,005%; Диапазон регулировки коэффициента передачи. .0...-78дБ; Шаг регулировки в диапазоне...

Раньше использовались, да и сейчас во многой аппаратуре используются обычные аналоговые механические регуляторы громкости, представляющие собой переменные резисторы, включенные потенциометрами, и регулирующие уровень сигнала, проходящего от источника сигнала на вход УНЧ. Относительно простым путем, мало вторгаясь в схему УНЧ, можно ввести в нем электронную регулировку громкости используя микросхему типа DS1868 .

Данная микросхема выпускается фирмой Dallas-semiconductor и представляет собой аналог двух переменных резисторов, управляемых программно при помощи внешнего микроконтроллера. Регулировка возможна 256-ю ступенями изменения сопротивления (вернее, положение « ползунка » переменного резистора). Один вывод переменного резистор -НО или Н1, второй, который желательно (но не обязательно) соединять с общим минусом питания - L0 или L1. Вывод « ползунка » - W0 или W1, соответственно.

Микросхемы выпускаются в трех исполнениях по сопротивлению переменных резисторов, - DS1868-10, - 2x10 кОм, DS1868-50, - 2x50 кОм, DS1868-100, -2x100 кОм, в трех видах корпусов : 20-выводном TSSOP, 16-выводном SOIC и 14-выводном DIP (рис.1).

Структурная схема микросхемы показана на рисунке 2. Потенциометры одной микросхемы могут быть использованы как раздельно, например, для регулировки громкости в разных каналах УНЧ, так и могут быть и включены последовательно для повышения общего сопротивления (рис.З). В этом случае общим выводом, то есть, « ползунком » такого переменного резистора становится выход Sout. В этом случае число ступеней регулировки программным способом может быть увеличено вдвое (до 512). Этот вариант может быть полезным для построения схемы электронной настройки, например, УКВ-ЧМ приемника с системой АПЧ на ИМС типа К174ХА34. Микросхема DS1868 совместно с внешним микроконтроллером и ЖК-дисплеем будет выполнять функции шкалы и верньерного устройства.

Микросхемы можно каскадировать до любого количества чтобы посредством одной и той же цифровой шины управлять несколькими регуляторами. В этом случае выводы CLK соединяются вместе, выводы RST так же соединяются вместе, а вот порт контроллера, который должен быть DQ подключается только к первому каскаду. Далее, для переноса используется вывод Cout (рис.4).

Например, если в УНЧ используется электронная регулировка, в которой переменными резисторами регулируется управляющее напряжение на соответствующих входах микросхемы-предусилителя, то один из « переменных резисторов » микросхемы DS1868 можно будет использовать, например, для регулировки громкости, а второй для стереобаланса. Программное обеспечение, используемое в данной конструкции допускает раздельную регулировку для каждого « переменного резистора » микросхемы. Органом управления является микроконтроллер D2, а так же три кнопки S2-S4 и жидкокристаллический дисплей.

Кнопка S4 (Up) служит для увеличения параметра, кнопка S3 (Down) - для уменьшения параметра. Кнопкой S2 (Select) можно выбрать режим работы, регулировка левого, правого или обоих каналов одновременно. На дисплее две строки прямоугольников по длине которых можно понять положение регулятора. Кнопка S1 (Reset) - для сброса, её можно на переднюю панель не выводить (сделать дырочку чтобы тыкать ей спичкой при необходимости).

На рисунке 5 показана схема с микросхемой DS1868 в 14-выводном DIP-корпусе. Так же можно использовать микросхему и в другом корпусе, согласно рисунку 1. Схема регулировки коэффициента усиления ОУ (рис.6.1 - переменным резистором, рис.6.2 - микросхемой DS1868). Исходный код программы на языке программирования СИ и прошивка микроконтроллера PIC18F2550 доступны по ссылке ниже.

На микросхеме TDA1552 для управления звуком? Обычный сдвоенный резистор. А если у нас квадровключение на 4 канала? Кто-то подсказывает - счетверённый регулятор:) А если мы собрали домашний кинотеатр на 6 каналов? Тут уже в бой вступают сложные и дорогостоящие электронные регуляторы громкости на специализированных микросхемах. И такой узел по сложности и цене может превосходить сам усилитель. Тем не менее есть простой выход, как реализовать функцию управления громкостью всего на одном транзисторе. Предлагаемая ниже схема из журнала радиолюбитель, позволяет одним переменным резистором управлять громкостью сразу нескольких каналов.

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 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.

Когда встает вопрос что поставить на вход УНЧ для управления звуком? Решений много можно установить сдвоенный резистор или счетверённый регулятор, а если звуковых каналов намного больше можно применить электронные регуляторы громкости на специализированных микросхемах, но это будет достаточно дорого. Но существуют и простые способы решения этой проблемы.

Принцип работы обоих схем заключается в том, что как только на базу транзистора поступает положительный потенциал через резистор, транзистор открывается и шунтирует вход УНЧ - громкость на его выходе снижается.

Главная особенность схемы - регулятор громкости запоминает уровень последней даже после выключения питания.

Маленькая полезная схема, позволяющая настраивать громкость крутилкой. Вставляется в USB порт, подходит для операционных систем Windows и Андройд. Для андройда есть один недостаток - не работает кнопка MUTING. Драйвера ставить не нужно.

Основа схемы USB экнкодера микроконтроллера ATtiny85 прошивка к нему и печатная плата лежит по ссылке выше. Печатная плата достаточно миниатюрная, чуть больше площади корпуса энкодера.

Прошивки в архиве две, одна под схему выше, другая немного подпилена для увеличение громкости в левую сторону (в случае если энкодер расположить с противоположной стороны печатной платы). Фьюзы также в архиве, читаем в статье.

Микросборка позволяет регулировать громкость цифровым методом. Настройка уровня осуществляется не переменным резистором как в выше рассмотренных схемах, а при помощи специализированной микросхемы. Конструкция состоит из одной микросборки DS1669 и двух кнопок. Первая увеличивает громкость (S1), а другая снижает (S2).

Микросборка представляет собой типовой двухканальный цифровой регулятор громкости с кнопочным управлением. Увеличение уровня громкости осуществляется нажатием на кнопку SB1, а снижение - SB2. Нажатие на SB3 отменяет действия кнопок SB 1 и SB2 и переводит работу LC7530 в режим ожидания с минимальным током потребления.

Первая рассмотренная схема регулятора тембра построена на основе микросборки К140УД1А и используется преимущественно в роли качественных усилителей низкой частоты. Данная конструкция позволяет производит настройку уровня входного сигнала для различных частотных составляющих. Вторая выполнена на микросхеме TDA1524A

Электронная регулировка в данной схеме осуществляется с помощью двух кнопок SB1 громче и SB2 тише.

Многие радиолюбители использующие эту микросборку ругаются на посторонний фон, но как только я заменил неэкранированный провод, на экранированный гул пропал. Единственный минус, который я заметил, при выключении и повторном включении громкость сбрасывается и приходится заново её настраивать. А в целом нормальная схема.