Stereofoniczny przedwzmacniaczTHiFi
P R O J E K Y
Stereofoniczny
przedwzmacniacz HiFi,
część 1
kit AVT-477
Jełeli masz dosyĘ
trzeszczÄ…cych potencjometrÛw
i lubisz krystalicznie czysty
sygnał swojego odtwarzacza
CD - mamy dla Ciebie
interesujÄ…cÄ… propozycjÍ:
cyfrowo sterowany
przedwzmacniacz audio.
DziÍki zastosowaniu
nowoczesnego procesora audio,
sterowanego doskonałym
Wiele artykuÅ‚Ûw publikowa- koÅ›ci. JednÄ… z najpowaÅ‚niejszych
mikrokontrolerem
nych w EP zaczyna siÍ sÅ‚owami trudnoÅ›ci podczas wykonywania
jednoukładowym, parametry
ìRozwÛj techniki cyfrowej umoÅ‚- przedwzmacniacza zintegrowane-
akustyczne i ułytkowe
liwiÅ‚....î. Ten artykuÅ‚ powinien go z regulatorami gÅ‚oÅ›noÅ›ci, ba-
przedwzmacniacza sÄ…
w zasadzie rozpocząĘ siÍ w taki lansu i barwy düwiÍku jest zdo-
naprawdÍ doskonaÅ‚e. sam sposÛb, poniewaÅ‚ ìsercemî bycie trwaÅ‚ych potencjometrÛw.
urzÄ…dzenia jest cyfrowo sterowany Tanie elementy dośĘ szybko siÍ
scalony przedwzmacniacz stereo- zuływają, powodując w konsek-
foniczny. wencji trudności w ustaleniu po-
łądanych przez ułytkownika na-
Tajemnica sukcesu staw i przykre trzaski podczas
Wykonanie przedwzmacniacza regulacji. Zastosowanie potencjo-
o naprawdÍ dobrych parametrach metrÛw renomowanych firm (np.
nie jest zadaniem Å‚atwym zwÅ‚asz- Alps) wiÄ…Å‚e siÍ zazwyczaj z nie-
cza, jełeli zaleły nam na stabil- bagatelnymi kosztami.
nych parametrach i wysokiej ja- RozwiÄ…zaniem alternatywnym
w stosunku do potencjometrÛw
mechanicznych okazaÅ‚y siÍ ich
odpowiedniki elektroniczne. Do
perfekcji w produkcji rÛÅ‚norod-
nych potencjometrÛw elektronicz-
nych doszła firma Xicor. Dobre
rozwiÄ…zania oferujÄ… rÛwnieÅ‚ Dal-
las i Analog Devices. Z kolei Na-
tional Semicondutor uruchomił
produkcjÍ prostych regulatorÛw
potencjometrycznych przeznaczo-
nych specjalnie do zastosowaÒ
audio - stanowiÄ… one rozszerzenie
rodziny ukÅ‚adÛw Overture.
NaturalnÄ… konsekwencjÄ… udos-
konalania parametrÛw i rozszerza-
nia siÍ aplikacji potencjometrÛw
elektronicznych, było ich zinteg-
Rys. 1. Schemat blokowy układu LMC1992.
Elektronika Praktyczna 10/98
43
Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi
Rys. 2. Schemat elektryczny układu
korekcji barwy tonu.
rowanie w strukturach bardziej
zÅ‚oÅ‚onych ukÅ‚adÛw scalonych,
przede wszystkim przedwzmac-
niaczy audio. Przykładem takiej,
niemal skoÒczonej, doskonaÅ‚oÅ›ci -
o parametrach zadowalajÄ…cych na-
wet najbardziej ortodoksyjnych au-
diofili - jest układ LMC1992 op-
racowany przez National Semi-
conductor. Schemat blokowy tego
układu przedstawiono na rys. 1.
Jak mołna zauwałyĘ układ
LMC1992 zawiera w sobie wszys-
tkie podstawowe bloki funkcjonal-
ne przedwzmacniacza, tzn:
- multiplekser (przełącznik) syg-
naÅ‚Ûw wejÅ›ciowych, dziÍki ktÛ-
remu moÅ‚na wybraĘ ürÛdÅ‚o od-
twarzanego sygnału;
- wtÛrniki napiÍciowe zapewnia-
jÄ…ce wzajemne dopasowanie
wszystkich stopni układu;
- wzmacniacze operacyjne, ktÛre
wykorzystano jako aktywne ele-
menty regulatorÛw barwy düwiÍ-
ku;
- elektroniczne potencjometry
umołliwiające ustalenie barwy
düwiÍku (dwa pasma), balansu
i głośności;
- moduÅ‚ polaryzacji, ktÛry zapew-
nia optymalne warunki pracy
wszystkich stopni przedwzmac-
niacza;
- interfejs szeregowy, poprzez ktÛ-
ry mołna ustaliĘ połołenie wir-
tualnych suwakÛw potencjomet-
rÛw elektronicznych oraz prze-
łącznika wejśĘ.
Konstruktorzy układu zastoso-
wali aktywny regulator barwy
düwiÍku, poniewaÅ‚ jego konstruk-
cja jest bardzo prosta, a całkowity
zakres regulacji bardzo duły
(24dB). Na rys. 2 w uproszczeniu
przedstawiono strukturÍ regulato-
ra.
Rys. 3. Schemat elektryczny płytki sterownika.
Elektronika Praktyczna 10/98
44
Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi
Tabela 1.
Funkcja Adres Słowo danych Przykłady
[A2, A1, A0] [D5..D0]
Numer wejścia 000 XDDDDD XX0000=Odłączone
(Input) XX0001=CH1
XX0010=CH2
XX0011=CH3
XX0100=CH4
Regulacja tonów niskich 001 XXDDDD XX0000=-12dB
Rys. 4. Sposób kodowania kierunku
(Bass) XX1100+12dB
obrotów w nastawniku BCW.
Regulacja tonów wysokich 010 XXDDDD XX0000=-12dB
(Treble) XX1100+12dB
Opis układu
Głośność 011 DDDDDD 000000=-80dB
Opracowany przez przed-
(Volume) 10100X=0dB
wzmacniacz skÅ‚ada siÍ z trzech
Głośność prawego-przedniego kanału 100 XDDDDD X00000=-40dB
moduÅ‚Ûw funkcjonalnych:
(Ballance R) X1010X=0dB
- sterownika (schemat elektryczny
Głośność lewego-przedniego kanału 101 XDDDDD X00000=-40dB
na rys. 3);
(Ballance L) X1010X=0dB
- modułu audio (schemat elekt-
ryczny na rys. 5);
- zasilacza zintegrowanego z elekt- IMP1, wykrywa fakt wciÅ›niÍcia w pamiÍĘ nieulotnÄ… EEPROM
ronicznym wÅ‚Ä…cznikiem zasilania przycisku Wl1 zmieniajÄ…cego tryb o pojemnoÅ›ci 128B, ktÛrej nie-
(schemat elektryczny na rys. 6). pracy W1 i wysyÅ‚a adekwatne do wielkÄ… czÍśĘ wykorzystano do
W sterowniku przedwzmacnia- sytuacji polecenia do ukÅ‚adu zapamiÍtywania ostatnio ustalo-
cza zastosowano dwa nietypowe LMC1992. Kontrola stanu Wl1 od- nych nastaw, ktÛre opisujÄ… zadanÄ…
elementy - mikrokontroler bywa siÍ 40 razy na sekundÍ i jest przez uÅ‚ytkownika barwÍ düwiÍ-
ST62T60 (produkowany przez wywoÅ‚ywana przez wewnÍtrzne ku, poÅ‚oÅ‚enie Å›rodka balansu, ak-
SGS-Thomson) oraz impulsator fir- przerwanie od timera. Procedury tywne wejście oraz głośnośĘ. za-
my Bourns, ktÛry speÅ‚nia rolÍ opÛüniajÄ…ce pozwalajÄ… zlikwido- stosowana w procesorze pamiÍĘ
nastawnika analogowego. waĘ wpÅ‚yw drgaÒ stykÛw prze- EEPROM ma duÅ‚Ä… Å‚ywotnośĘ -
Mikrokontroler US1 spełnia ro- łącznika na działanie programu. producent gwarantuje minimalnie
lÍ centrum sterowania przed- Zastosowany w sterowniku aÅ‚ 300000 poprawnych operacji
wzmacniacza, tzn. obsługuje wy- mikrokontroler jest wyposałony kasowanie/zapis. Jak łatwo poli-
Å›wietlanie komunikatÛw na wy-
świetlaczu alfanumerycznym W1,
analizuje stan stykÛw impulsatora
Rys. 5. Schemat elektryczny płytki przedwzmacniacza.
Elektronika Praktyczna 10/98
45
Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi
lana od stopnia wejściowego.
DziÍki temu nie sÄ… zaburzane
stałoprądowe warunki pracy
przedwzmacniacza.
Układ US5 zapewnia stabiliza-
cjÍ napiÍcia zasilajÄ…cego procesor
audio US4. Sygnały interfejsu sze-
regowego oraz napiÍcie zasilajÄ…ce
podawane jest z płytki sterownika
na złącze Zl3.
Ostatnim fragmentem urzÄ…dze-
nia jest zasilacz zintegrowany
z elektronicznym włącznikiem za-
silania. Jego schemat elektryczny
przedstawiono na rys. 6.
Jest to dośĘ nietypowy zasi-
lacz, poniewał praktycznie cały
Rys. 6. Schemat elektryczny włącznika i zasilacza.
czas znajduje siÍ on pod napiÍ-
czyĘ moÅ‚na dokonywaĘ do niej 50 odbywa siÍ poprzez kabel doÅ‚Ä…- ciem podawanym z transformatora
wpisÛw dziennie przez prawie 17 czony do zÅ‚Ä…cza Zl2. Trzy piny sieciowego. UkÅ‚ad US6 speÅ‚nia
lat! I/O procesora US1 (PC2..4) sÄ… rolÍ dwustabilnego przerzutnika,
PoniewaÅ‚ obudowa ST62T60 programowo skonfigurowane do ktÛry jest sterowany przyciskiem
ma zaledwie 20 wyprowadzeÒ emulacji zÅ‚Ä…cza szeregowego. Ta- Wl2, znajdujÄ…cym siÍ na pÅ‚ytce
konieczne okazaÅ‚o siÍ sterowanie kie rozwiÄ…zanie okazaÅ‚o siÍ Å‚at- sterownika. KaÅ‚dorazowe wciÅ›niÍ-
wyświetlacza W1 przez interfejs wiejsze do wykonania, nił mody- cie tego przycisku powoduje zmia-
4-bitowy. To wÅ‚aÅ›nie z tego po- fikowanie do wymagaÒ LMC1992 nÍ stanu wyjÅ›cia US6A na prze-
wodu linie wejÅ›ciowe D0..3 wy- obsÅ‚ugi portu SPI, ktÛry stanowi ciwny, co w konsekwencji powo-
świetlacza nie są podłączone. standardowe wyposałenie proce- duje zwieranie i rozwieranie sty-
ZaÅ‚oÅ‚eniem przyjÍtym przez sora ST62T60. kÛw miniaturowego przekaünika
autora podczas projektowania Poprawne napiÍcie zasilania Prz1. PrzeÅ‚Ä…czane sÄ… jednoczeÅ›nie
przedwzmacniacza byÅ‚o maksy- dla procesora i moduÅ‚u wyÅ›wiet- dwie pary stykÛw - jedna z nich
malne uproszczenie jego obsÅ‚ugi lacza W1 zapewnia stabilizator odpowiada za przekazanie napiÍ-
i zbliłenie sposobu regulacji do US3. Jełeli w urządzeniu zostanie cia zasilającego do płytek sterow-
rozwiÄ…zaÒ tradycyjnych. Z tego zastosowany wyÅ›wietlacz z pod- nika i audio, druga para steruje
wÅ‚aÅ›nie powodu rolÍ elementu Å›wietlaniem LED, nie wolno jest napiÍciem zasilajÄ…cym podÅ›wiet-
ustalajÄ…cego wartośĘ nastawy speÅ‚- zasilaĘ go z wyjÅ›cia tego stabili- lacz wyÅ›wietlacza W1. NapiÍcie
nia impulsator firmy Bourns, zna- zatora - do tego celu przewidzia- podawane jest na podświetlacz
ny juÅ‚ Czytelnikom z zasilacza no osobny stabilizator. Potencjo- z katody diody D1, ktÛra jest
AVT-366. Element ten z zewnÄ…trz metr P1 umoÅ‚liwia regulacjÍ kon- wÅ‚Ä…czona szeregowo z wyjÅ›ciem
przypomina standardowy poten- trastu wyÅ›wietlanych znakÛw. stabilizatora US7. DziÍki temu
cjometr, ale w jego wnÍtrzu kryjÄ… Schemat elektryczny czÍÅ›ci au- napiÍcie podawane na diody LED
siÍ dwa przeÅ‚Ä…czniki chwilowe, dio przedstawiono na rys. 5. Jest podÅ›wietlacza jest nieco mniejsze
generujÄ…ce przesuniÍte w fazie im- to minimalnie zmodyfikowana niÅ‚ nominalne, co powoduje mi-
pulsy prostokątne. W zalełności standardowa aplikacja układu nimalne zmniejszenie jasności
od ich wzajemnej fazy (rys. 4) LMC1992. Zastosowano typowe podświetlenia. Stabilizator US7
procesor okreÅ›la kierunek obraca- elementy zewnÍtrzne oraz ukÅ‚ady musi byĘ wyposaÅ‚ony w skutecz-
nia siÍ impulsatora, dziÍki czemu standardowe ukÅ‚ady polaryzujÄ…ce ny radiator, poniewaÅ‚ tracona jest
moÅ‚liwe jest zwiÍkszanie lub wejÅ›cia sygnaÅ‚u audio. w nim duÅ‚a moc (ok. 3W).
zmniejszanie wartości nastaw. Wszystkie wejścia są separowa- na wejściu zasilacza zastosowa-
UkÅ‚ad US2 (w modelu zasto- ne przy pomocy kondensatorÛw no mostek prostowniczy Graetza,
sowano DS1813) jest scalonym unipolarnych o duÅ‚ej pojemnoÅ›ci dziÍki czemu przedwzmacniacz
generatorem sygnaÅ‚u zerujÄ…cego (2,2µF). DziÍki temu dolna czÍs- moÅ‚na zasilaĘ wprost z wtÛrnego
mikrokontroler US1. Zastosowanie totliwośĘ graniczna jest dośĘ mała uzwojenia transformatora sieciowe-
tego układu było konieczne, aby (35Hz), a mogąca potencjalnie wy- go (zaciski ARK) lub zasilacza
zabezpieczyĘ zawartośĘ pamiÍci stÄ…piĘ skÅ‚adowa staÅ‚a, jest oddzie- sieciowego (gniazdo Gn6).
nieulotnej EEPROM US1. Zastoso-
wanie standardowego układu ze-
rujÄ…cego z kondensatorem elektro-
litycznym powodowało, łe czasa-
mi zawartośĘ pamiÍci byÅ‚a mody-
fikowana w sposÛb niekontrolo-
wany.
Szeregowa transmisja danych
z procesora do układu LMC1992
Rys. 7. Kształt ramki adresowej i danych układu LMC1992.
Elektronika Praktyczna 10/98
46
Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi
WYKAZ ELEMENTÓW
PÅ‚ytka sterowania C20, C21, C30, C31: 2,2µF
unipolarne
Rezystory
C22, C23, C24, C25, C26, C27,
R1: 4,7k&!
C28, C29, C32, C39, C43, C44,
R2, R3: 3,3k&!
C45: 10µF/25V
P1: 10k&! miniaturowy potencjo-
C33, C34: 10nF
metr leżący
C35, C36, C40, C41, C42, C47,
Kondensatory
C48: 100nF
C1, C2: 27pF
C37, C38: 8,2nF
C3, C4, C5: 10µF/16V
C46: 22µF/25V
C6, C7, C8, C9: 100nF
C49: 1000µF/25V
C10: 100µF
Półprzewodniki
C11: 47µF
US4: LMC1992
C12, C13: 2,2nF
US5: 78L12
Półprzewodniki
Różne
US1: ST62T60B - zaprogramowany
GN1, GN2, GN3, GN4, GN5:
US2: DS1813 lub podobny
podwójne gniazda Cinch
(obudowa TO-92)
Zl3: ZWS10
US3: 78L05
Różne
PÅ‚ytka zasilacza
W1: moduł alfanumeryczny LCD
Rezystory
1x16 z podświetleniem lub bez
R28, R29, R31: 4,7k&!
(opcje). W modelu zastosowano
wyświetlacz WM-C1601M R30: 2,2k&!
z podświetlaniem 1YLYc
Kondensatory
Wl1, Wl2: przełączniki
C50: 1000µF/25V
X1: 8MHz
C51, C52: 100nF
Zl1, Zl2: ZWLB-10 (szpilki zacskane
C53: 100µF/25V
na kablu, lutowane w płytkę) +
Rys. 8. Algorytm obrazujący sposób
C54: 47µF/25V
dwa 15 cm odcinki kabla 10-
transferu danych do układu
C55: 2,2µF/16V
żyłowego, zakończone wtykami
LMC1992.
Półprzewodniki
ZFC-10
T1: BC547 lub podobny
US6: 74HCT74 lub podobny
audio, poniewał nie są one wy-
PÅ‚ytka audio
US7: 7805
korzystywane w przedwzmacnia-
Rezystory
D1: 1N54001 lub podobna
czu.
R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11:
M1: mostek prostowniczy 1,5A/50V Piotr Zbysiński, AVT
47k&!
Różne
R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18,
SzczegÛÅ‚owe informacje o pro-
GN6: gniazdo zasilajÄ…ce z bolcem
R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25,
cesorach ST62T60B oraz narzÍ-
R26, R27: 10k&! GN6': ARK2
dzia do nich dostÍpne sÄ… na
Kondensatory Prz1: TQ2-5V - NAIS-Matsushita
płycie CD-EP4.
C14, C15, C16, C17, C18, C19, Zl4: ZWS-10
Skrócona charakterystyka
przedwzmacniacza.
Programowanie procesora szeregowy. Na rys. 8 przedstawio-
ilość stereofonicznych wejść audio: 4;
audio no algorytm opisujÄ…cy sposÛb wy-
zakres regulacji poziomu wyjściowego
Układ LMC1992 programowany słania danej do LMC1992. Mak-
(głośności): -80dB..0dB (krok 2dB);
jest poprzez trÛjprzewodowy, jed- symalna, dopuszczalna przez pro- zakres regulacji balansu kanałów:
-40dB..0dB (krok 2dB);
nokierunkowy interfejs szeregowy. ducenta, szybkośĘ taktowania we-
zakres regulacji barwy dz
więku:
Kałda ramka danych wysyłanych jścia zegarowego CLK układu
Ä…12dB (krok 2dB);
do ukÅ‚adu skÅ‚ada siÍ z 9 bitÛw LMC1992 wynosi 1MHz.
zalecane napięcie wejściowe: do 1VRMS;
(rys. 7), spoÅ›rÛd ktÛrych trzy Wszystkie nastawy dotyczÄ…ce
wszelkie nastawy są zapamiętywane
najstarsze bity adresujÄ… funkcjÍ, parametrÛw toru audio (z wyjÄ…t- w nieulotnej pamiÄ™ci EEPROM
mikrokontrolera sterujÄ…cego;
a sześĘ kolejnych sÄ… danÄ…, ktÛra kiem numeru aktywnego wejÅ›cia)
pasmo przenoszenia: 35Hz..100kHz;
określa wartośĘ nastawy. Dodatko- mają krok 2dB. Wynika tego, łe
całkowite zniekształcenia nieliniowe:
wo wysyłane są dwa bity (najstar- nie zawsze całe 6-bitowe słowo
0,15%;
sze), ktÛre okreÅ›lajÄ…, Å‚e informacja danych jest wykorzystywane do
odstęp sygnału od szumu: 81dB;
zasilanie: 15V/50mA (350mA
jest kierowana do LMC1992. Są przekazania informacji do układu.
z podświetlanym wyświetlaczem LCD);
to tzw. bity adresowe. Ich zasto- W tab. 1 zawarto opisy nastaw
elektroniczny włącznik zasilania;
sowanie pozwala dołączaĘ do tej wraz z ich adresami.
cyfrowe sterowanie wszystkich funkcji
samej szyny danych inne ukÅ‚ady Uwaga! W tab. 1 pominiÍto
z prezentacją nastaw na wyświetlaczu
programowane poprzez interfejs funkcje balansu tylnych kanaÅ‚Ûw alfanumerycznym LCD.
Elektronika Praktyczna 10/98
47