Samochodowy wzmacniacz mocy 4×70 W = 280 W
Transkrypt
Samochodowy wzmacniacz mocy 4×70 W = 280 W
4 4/99 Samochodowy wzmacniacz mocy 4×70 W = 280 W Przedstawiamy pierwsz¹ czêœæ samochodowego wzmacniacza du¿ej mocy. Ca³y cykl obejmuje trzy czêœci: wzmacniacz mocy, sterowany mikroprocesorowo przedwzmacniacz i sterowany elektronicznie korektor graficzny z pamiêci¹ charakterystyk. Wzmacniacz mocy mo¿e pracowaæ autonomicznie, tzn. wykorzystuj¹c sygna³ pochodz¹cy z radioodbiornika lub odtwarzacza kompaktowego. Podobnie przedwzmacniacz z korektorem mo¿na wykorzystaæ do innego zestawu muzycznego. Szczegó³owe dane dotycz¹ce przedwzmacniacza zamieœcimy w drugiej czêœci artyku³u, a poni¿ej opiszemy wzmacniacz mocy. Moc wzmacniaczy stosowanych w samochodach ograniczona jest niskim napiêciem zasilania. D¹¿¹c do uzyskania jak najwy¿szej mocy wyjœciowej stosuje siê wzmacniacze w uk³adzie mostkowym, jednoczeœnie zmniejszaj¹c impedancjê zestawów g³oœnikowych. Wszystkie te zabiegi pozwalaj¹ jednak na osi¹gniêcie mocy rzêdu 20 W. Dalsze zwiêkszanie mocy wymaga zastosowania przetwornicy podwy¿szaj¹cej napiêcie zasilania. Wad¹ przetwornic jest koniecznoœæ stosowania transformatorów i zwi¹zane z tym k³opoty. Jednak¿e najnowsze uk³ady scalone wzmacniaczy mocy po³¹czy³y w jednej obudowie przetwornicê i wzmacniacz. Jeszcze wiêksz¹ zalet¹ tych uk³adów jest brak transformatora. Po prostu zastosowano przetwornice kondensatorow¹. Przyk³adem takiego wzmacniacza jest uk³ad TDA 1562Q firmy Philips, który zastosowano w prezentowanym wzmacniaczu mocy. jest w stanie dostarczyæ 70 W mocy na obci¹¿enie 4 W. W czasie normalnej pracy, gdy uk³ad jest sterowany sygna³em muzycznym zapotrzebowanie na wysok¹ moc wyjœciow¹ wystêpuje tylko w bardzo niewielkim procencie czasu. Z uwagi na to, ¿e sygna³ muzyczny posiada rozk³ad normalny (Gaussowski) amplitudy, uzyskuje siê znaczne zmniejszenie mocy traconej w uk³adzie, w porównaniu do klasycznego wzmacniacza pracuj¹cego w klasie AB. Wielk¹ zalet¹ TDA 1562Q jest niewielka liczba elementów zewnêtrznych, a ciekawostk¹ fakt, ¿e nie ma wœród nich ¿adnego rezystora. Ponadto uk³ad posiada wiele ró¿nych zabezpieczeñ i funkcji. Z zabezpieczeñ nale¿y wymieniæ odpornoœæ uk³adu na zwarcia wyjœæ do masy, napiêcia zasilania, oraz zwarcia w obci¹¿eniu. Oczywiœcie C1– C1+ 3 stan wy tryb pracy 16 Klasa A Klasa B Szybkie wyciszanie Czujnik temperatury Standby Wyciszanie W³¹czanie 4 5 V P2 9 10 Zabezpieczenie przed brakiem zniekszta³ceñ wy³¹czanie Zabezpieczenie pr¹dowe Pompa Vp * WE+ 1 Przedwz. 7 Stopieñ mocy 75k Sprzê¿enie zwrotne Detektor Obci¹¿enia 75k WE– Przedwz. 2 11 * Zabezpieczenie temperaturowe wy³¹czanie 14 8 Dynamiczny detektor zniekszta³ceñ Stopieñ mocy Vp Vref Pompa 15k masa 17 WY+ Interfejs diagnostyczny Opis uk³adu TDA 1562Q Uk³ad TDA 1562Q zawiera w swojej obudowie monofoniczny wzmacniacz mocy pracuj¹cy w uk³adzie mostkowym. Charakteryzuje siê bardzo du¿¹ moc¹ wyjœciow¹ przy niskim, pojedynczym napiêciu zasilania. Przy ma³ych poziomach mocy, do 18 W uk³ad pracuje jak zwyk³y wzmacniacz. W sytuacji gdy wymagana jest wiêksza moc wyjœciowa uruchamiana zostaje wewnêtrzna kondensatorowa przetwornica podwy¿szaj¹ca napiêcie zasilaj¹ce stopieñ koñcowy. Dziêki temu uk³ad V P1 Masa stopni mocy Vref Masa sygna³owa 15 13 C2– C2+ 6 12 masa stopni mocy Rys. 1 Schemat blokowy uk³adu wzmacniacza mocy TDA 1562Q WY– 5 4/99 Niski – Czuwanie (standby); uk³ad jest ca³kowicie wy³¹czony, pr¹d pobierany z zasilacza jest bardzo niski. Œredni – Wyciszenie (mute); uk³ad jest w³¹czony, lecz sygna³ akustyczny pozostaje st³umiony. Wysoki – W³¹czony (on); normalna praca, sygna³ doprowadzony do wejœcia jest wzmacniany o 26 dB. W czasie gdy uk³ad jest prze³¹czany z czuwania na pracê, lub odwrotnie moment prze³¹czania uk³adu realizowany jest w chwili gdy sygna³ wejœciowy przechodzi przez zero. Dziêki temu uk³ad jest zabezpieczony przed przekroczeniem maksymalnej temperatury. Wydaje siê wiêc prawie niezniszczalny. Jak przysta³o na uk³ad wyprodukowany w czasach królowania mikroprocesorów TDA 1562Q wyposa¿ony jest w trzy wejœcia/wyjœcia diagnostyczno-programuj¹ce, których funkcje opisano poni¿ej. Wejœcie trybu pracy MODE (nó¿ka 4) Na wejœcie to mo¿na podaæ trzy ró¿ne poziomy napiêcia: 2 1 wentylator G1 100n C1 1 2 14 C2 100n 17 C9 10mF STATUS IN+ US1 IN– VREF SGND C13 4700mF 10 Vcc2 16 4 MODE C25* 100n 9 PGND2 4 3 DIAG Vcc1 8 2 PGND1 1 +12V C21 2200mF G3 3 5 C2+ 7 OUT+ OUT– 11 C2+ C2– 13 15 C1– 12 6 1 2 G2 Vcc1 C23 2200mF T 7 8 PP 8 4 C5 100n 16 1 2 14 C6 100n 17 C11 10mF DIAG MODE STATUS IN+ SGND C27* 100n C17 4700mF 10 US3 IN– VREF 3 5 C2+ 7 OUT+ OUT– 11 C2+ C2– 13 15 C1– 4 C7 100n 16 1 2 14 C8 100n 17 C12 10mF DIAG MODE 12 6 SGND 6 3 C28* 100n C1– C2+ 7 OUT+ OUT– 11 C2+ C2– 13 15 12 5 C20 4700mF Rys. 2 Schemat ideowy wzmacniacza mocy Wejœcie/wyjœcie statusu STAT (nó¿ka 16) Wejœcie Tak¿e na to wejœcie mo¿na podaæ trzy ró¿ne poziomy napiêcia: Niski – Szybkie wyciszenie (fast mute); uk³ad pozostaje w³¹czony, lecz sygna³ akustyczny jest st³umiony. Œredni – Klasa B (class B); uk³ad pracuje jak zwyk³y wzmacniacz w klasie B oddaj¹c na obci¹¿enie tylko moc do ok. 18 W, przetwornica podwy¿szaj¹ca napiêcie jest wy³¹czona, stan ten jest utrzymywany bez wzglêdu na temperaturê uk³adu. Wysoki – Klasa H (class H); uk³ad pracuje w klasie H dostarczaj¹c w razie potrzeby pe³n¹ moc wyjœciow¹, przetwornica jest w³¹czona, stan ten jest utrzymywany bez wzglêdu na temperaturê uk³adu. Szybkie wyciszanie nastêpuje natychmiast po doprowadzeniu do wejœcia odpowiedniego sygna³u. W odró¿nieniu od zwyk³ego wyciszania które odbywa siê w chwili przejœcia sygna³u przez zero. Natomiast przejœcia z pracy w klasie B do pracy w klasie H i odwrotnie odbywaj¹ siê w zerze sygna³u wejœciowego. 2 C19 4700mF 10 US4 IN– VREF WY3 9 STATUS IN+ 1 C18 4700mF C24 2200mF 8 2 9 Vcc2 6 1 WY2 C16 4700mF 12 6 PGND2 T 5 LP C2+ 7 OUT+ OUT– 11 C2+ C2– 13 15 5 Vcc2 T 4 3 C1– PGND2 3 SGND Vcc1 PT 17 C10 10mF IN– VREF C15 4700mF 10 US2 PGND1 T 2 14 C4 100n IN+ Vcc1 1 STATUS PGND1 LT MODE 9 Vcc2 16 C26* 100n PGND2 C3 100n DIAG PGND1 4 2 C14 4700mF C22 2200mF 8 1 WY1 GND w g³oœniku nie s³ychaæ stuków zwi¹zanych ze stanami nieustalonymi. Samo w³¹czanie odbywa siê bardzo szybko i uk³ad rozpoczyna pracê ju¿ w 50 ms od chwili w³¹czenia. Jest to wa¿ne w niektórych zastosowaniach jak np. telefoni, lub nawigacji samochodowej. 1 WY4 2 Wyjœcie Wyjœcie mo¿e przyjmowaæ trzy poziomy napiêcia: Niski – Wyciszenie (mute); potwierdzenie, ¿e uk³ad jest w stanie wyciszenia, sygna³ ten odpowiada rzeczywistemu stanowi na wyjœciu uk³adu. Œredni – Klasa B (class B); uk³ad pracuje w klasie B, co jest spowodowane temperatur¹ obudowy wy¿sz¹ ni¿ 120°C. Wysoki – Klasa H (class H); uk³ad pracuje w klasie H, temperatura obudowy jest ni¿sza ni¿ 120°C. 6 4/99 niskim przez 20 ms, a na czas sprawdzania pojawia siê na nim stan wysoki na czas 50 ms. Moc tracona w uk³adzie podczas wyst¹pienia dowolnego zwarcia jest bardzo ma³a. W trybie wyciszania, gdy do wyjœcia wzmacniacza nie ma do³¹czonego obci¹¿enia wyjœcie diagnostyczne przyjmuje stan niski. Wyjœcie diagnostyczne zmienia swój stan na niski tak¿e w przypadku przekroczenia maksymalnej temperatury z³¹cza. Zmiana stanu nastêpuje nieco wczeœniej ni¿ automatyczne wy³¹czenie stopnia mocy przy nadmiernym wzroœcie temperatury. Zatem mo¿na powiedzieæ, ¿e uk³ad TDA 1562Q sam w sobie jest ma³ym komputerkiem, z dobudowanym wzmac- nasyceniu wyjœcie zmienia stan na niski (wewnêtrzny tranzystor zostaje nasycony). Informacja ta jest przeznaczona dla uk³adu mikroprocesora w przedwzmacniaczu, który w takiej sytuacji zmniejsza wysterowanie wzmacniacza mocy. Drug¹ funkcj¹ realizowan¹ przez to wyjœcie jest informowanie o zwarciach na wyjœciu. W przypadku zwarcia jednego, lub obu wyjœæ do masy albo do zasilania stopieñ mocy jest wy³¹czany, a wyjœcie DIAG przechodzi w stan niski. Po ust¹pieniu zwarcia uk³ad powraca do normalnej pracy po ok. 20 ms. Gdy zwarcie wystêpuje na obci¹¿eniu uk³ad wy³¹cza stopieñ mocy na ok. 20 ms, po czym testuje wyjœcie przez ok. 50 ms, sprawdzaj¹c czy zwarcie nadal wystêpuje. Wyjœcie DIAG jest wtedy w stanie Prze³¹czenia trybu pracy, spowodowane wzrostem temperatury, z klasy B do H i odwrotnie odbywaj¹ siê w zerze sygna³u akustycznego. Wejœcie/wyjœcie statusu STAT kilku uk³adów (max. 8) mo¿e byæ ³¹czone równolegle. Wyjœcie diagnostyczne DIAG (nó¿ka 8) Wyjœcie to ma za zadanie dostarczanie informacji na temat stanu stopnia mocy, jest ono typu otwarty kolektor. Pierwsz¹ funkcj¹ jest detekcja nasycania siê stopnia mocy, które prowadzi do powstawania zniekszta³ceñ. Nasycanie jest wykrywane przez dynamiczny detektor zniekszta³ceñ (DDD). W chwilach kiedy stopieñ mocy ulega 1 1 13mm ARTKELE 465 C4 ELEKTRA 564 C8 G3 G1 2 1 WY1 + + 2 1 WY2 + C11 US3 2 + C17 C12 US4 1 WY3 C16 + 1 C7 C6 C5 C10 US2 2 WY4 + C9 US1 + + C3 C1 C2 G2 + Z* 1 T C22 LT PT T T C15 LP T C21 C14 PP T C13 C18 C23 Rys. 3 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów C19 C24 C20 7 4/99 Tabela 1 – Parametry charakterystyczne uk³adu TDA 1562Q dla: VCC=14,4 V, RL=4 W, f=1 kHz, Tamb=25°C Monta¿ wzmacniacza nale¿y przeprowadziæ dok³adnie wed³ug podanej poni¿ej kolejnoœci. Czytelnicy którzy nie pos³uchaj¹ tych rad mog¹ siê „zapêdziæ w kozi róg” kiedy to trzeba bêdzie wymontowaæ niektóre elementy, aby móc zamontowaæ pozosta³e. Konstrukcja ca³ego wzmacniacza tworzy zwarty blok. Radiator przykrêcony jest do p³ytki drukowanej czterema blachowkrêtami, natomiast uk³ady scalone wzmacniaczy mocy przykrêcone s¹ do radiatora i wlutowane w p³ytkê drukowan¹ (patrz zdjêcie na ok³adce i rys. 4). Przed rozpoczêciem monta¿u nale¿y powiêkszyæ wiert³em o œrednicy f3,2 mm cztery naro¿ne otwory w p³ytce drukowanej. Wiert³em o tej samej œrednicy powiêksza siê cztery otwory przeznaczone do przykrêcenia radiatora. Otwory te znajduj¹ siê pod radiatorem (patrz rysunek 3 i 4). Na rysunku 3 zaznaczono je kolorem czarnym w odró¿nieniu od pozosta³ych, które s¹ w kolorze niebieskim. W drugiej fazie nale¿y wywierciæ w podstawie radiatora (od spodu) cztery otwory o œrednicy f2,5 mm przeznaczone do przykrêcenia radiatora do p³ytki drukowanej. Aby zachowaæ wy- RADIATOR Jedn. V mA mA V A A °C W W W W kHz % % % dB kW posmarowaæ past¹ silikonow¹ podk³adka podk³adka wkrêt nakrêtka podk³adka izolacyjna p³ytka nó¿ki lutowaæ po przykrêceniu do radiatora 13÷15 mm Max. 18 50 150 – 10 8 150 60 – – – – – – – 27 – blachowkrêt Rys. 4 Sposób monta¿u uk³adów scalonych magan¹ dok³adnoœæ najproœciej jest przy³o¿yæ p³ytkê drukowan¹ stron¹ elementów do radiatora i wtedy napunktowaæ miejsca po³o¿enia otworów. Œrednica otworów powinna byæ nieco mniejsza od œrednicy zewnêtrznej gwintu blachowkrêtów. Podana tu wielkoœæ 2,5 mm odpowiada blachowkrêtom o œrednicy zewnêtrznej 2,8 mm. D³ugoœæ blachowkrêtów powinna wynosiæ ok. 10÷12 mm. Nastêpnie w radiatorze wierci siê osiem otworów o œrednicy f3,2 mm przeznaczonych do przykrêcenia uk³adów scalonych wzmacniaczy mocy. Otwory te powinny byæ umieszczone w jednej linii na wysokoœci 13÷15 mm nad doln¹ krawêdzi¹ radiatora. Do na- punktowania otworów mo¿na pos³u¿yæ siê rysunkiem monta¿owym (rys. 3 dolna czêœæ). Na rysunku tym nad ¿ebrami radiatora umieszczono osiem czarnych pól lutowniczych po³o¿onych 13 mm nad krawêdzi¹ p³ytki drukowanej. Ten fragment rysunku mo¿na przy³o¿yæ do radiatora i napunktowaæ po³o¿enie otworów. Po wywierceniu wszystkich otworów w radiatorze mo¿na sprawdziæ „na sucho” czy wszystko pasuje do siebie. Pozwoli to zaoszczêdziæ sobie k³opotów przy dalszym monta¿u. Kiedy wszystko pasuje do siebie mo¿na rozpocz¹æ monta¿ wzmacniacza. W pierwszej kolejnoœci montuje siê wszystkie zworki znajduj¹ce siê na p³ytce drukowanej. Nastêpnie wlutowuje siê kondensatory C4 i C8, oraz gniazda (piny) G1 i G3. Na tym monta¿ elementów elektronicznych nale¿y przerwaæ. Nadszed³ czas na przykrêcenie radiatora do p³yt- stosowaæ mo¿liwie krótkie i grube przewody (min 4 mm2) 2,5A – + AKUMULATOR + M wentylator 1 2 1 2 3 4 3×10k +12V G3 T Monta¿ i uruchomienie Typ. 14,4 1 110 6,5 – – – – 20 70 55 – 0,03 0,06 10 26 150 T niaczem mocy. W tabeli 1 zamieszczono podstawowe dane uk³adu. Min. 8 – – – – – – – 16 60 45 20 – – – 25 90 T Parametr Napiêcie zasilania Pobór pr¹du w stanie wy³¹czenia Pr¹d spoczynkowy Sta³e napiêcie na wyjœciu Niepowtarzalny pr¹d wyjœciowy Powtarzalny pr¹d wyjœciowy Maksymalna temperatura z³¹cza Ca³kowita moc strat Moc wyjœciowa klasa B; THD=10% Moc wyjœciowa klasa H; THD=10% Moc wyjœciowa klasa H; THD=0,5% Górna czêstotliwoœæ graniczna; –1dB Zniekszta³cenia; Po =1 W Zniekszta³cenia; Po =20 W Zniekszta³cenia; zadzia³anie DDD Wzmocnienie napiêciowe Impedancja wejœciowa P£YTKA NR 465 G2 G1 WY2 WY4 WY3 WY1 LT (LR) LP (LF) PP (RF) PT (RR) 8 7 6 5 4 3 2 1 PP LP do odbiornika radiowego lub wzmacniacza PT LT W£ W£=12V – W£ W£=0V – WY£ Rys. 5 Schemat pod³¹czenia wzmacniacza mocy w uk³adzie autonomicznym 8 ki drukowanej. Pod blachowkrêty mocuj¹ce radiator koniecznie nale¿y w³o¿yæ podk³adki izoluj¹ce, aby ³by blachowkrêtów nie pozwiera³y œcie¿ek. Podk³adki mo¿na kupiæ, lub wykonaæ z kawa³ka sztywnej folii plastikowej, lub bardzo cienkiej gumy. Gdy radiator jest ju¿ przykrêcony mo¿na zacz¹æ monta¿ uk³adów scalonych. W pierwszej kolejnoœci trzeba sprawdziæ, czy cztery zwory znajduj¹ce siê pomiêdzy uk³adami scalonymi a radiatorem, u³o¿one równolegle do niego nie zwieraj¹ siê ani do radiatora, ani do nó¿ek uk³adu scalonego. Teraz smaruje siê smarem silikonowym uk³ad scalony i wk³ada go w otwory w p³ytce drukowanej. Mo¿e to sprawiæ pewn¹ trudnoœæ, gdy¿ uk³ad posiada a¿ siedemnaœcie nó¿ek. Po w³o¿eniu uk³adu nale¿y sprawdziæ czy wszystkie nó¿ki tkwi¹ w otworach i czy ¿adna nie zgiê³a siê. Nastêpnie uk³ad scalony przykrêca siê do radiatora dwoma wkrêtami M3. Otwory w radiatorze maj¹ nieco wiêkszy rozstaw ni¿ otwory w uk³adzie scalonym. Podyktowane to zosta³o odleg³oœci¹ pomiêdzy ¿ebrami radiatora. Dlatego te¿ pod wkrêty nale¿y za³o¿yæ sztywne podk³adki metalowe. Dopiero przykrêcony uk³ad mo¿na przylutowaæ do p³ytki drukowanej, uwa¿aj¹c, aby nie zrobiæ zwarcia. Tak samo postêpuje siê z pozosta³ymi uk³adami. Wyjœcia g³oœnikowe WY1÷Wy4 najwygodniej wyprowadziæ jest przewodami zakoñczonymi standardow¹ wtyczk¹ stosowan¹ do pod³¹czania g³oœników w samochodzie. Przewody mo¿na wlutowaæ w otwory, lub przylutowaæ do pól lutowniczych po stronie druku. Nale¿y zwróciæ szczególn¹ uwagê, aby nie zrobiæ najmniejszego nawet zwarcia. Po wykonaniu powy¿szych czynnoœci mo¿na zamontowaæ pozosta³e elementy, przy czym kondensatory elektrolityczne montuje siê na samym koñcu. Pozosta³a jeszcze do zamontowania zworka Z*. Umieszczono j¹ po stronie druku. Dla bezpieczeñstwa wskazane jest przed przylutowaniem na³o¿yæ na ni¹ koszulkê izolacyjn¹. Kondensatory C25÷C28 montowane s¹ po stronie druku bezpoœrednio do nó¿ek 10, 12 uk³adów scalonych US1÷US4. Jak ju¿ wczeœniej wspomniano wzmacniacz przystosowany jest do pracy autonomicznej i do wspó³pracy z przedwzmacniaczem. W tym artykule 4/99 opisano pod³¹czenie wzmacniacza w uk³adzie autonomicznym. Schemat blokowy pod³¹czenia wzmacniacza zamieszczono na rysunku 5. Przewody zasilania ³¹cz¹ce wzmacniacz z akumulatorem powinny byæ mo¿liwie krótkie i o odpowiednio du¿ym przekroju (min. 4 mm2), wszak uk³ad przy pe³nej mocy pobiera prawie 20 A pr¹du. Oczywiœcie zasilanie powinno posiadaæ bezpiecznik 25 A. Ze wzglêdu na bardzo du¿y pobór pr¹du i zwi¹zane z nim nieuniknione spadki napiêcia wskazane jest aby zasilanie radioodbiornika, lub innego wspó³pracuj¹cego sprzêtu by³o poprowadzone od wzmacniacza mocy, tak jak pokazano to na rysunku 5. Je¿eli wzmacniacz bêdzie pracowa³ w ciê¿kich warunkach, czyli przez d³ugi czas z pe³n¹ moc¹ wyjœciow¹ i w wysokiej temperaturze otoczenia niezbêdne jest zastosowanie dodatkowych wentylatorów ch³odz¹cych radiator. Mo¿na tu wykorzystaæ wentylatory stosowane w zasilaczach komputerowych. Natomiast gdy pe³na moc bêdzie wykorzystywana krótko, a wzmacniacz umieszczony jest w miejscu „przewiewnym”, wentylatory s¹ zbêdne. Wzmacniacz posiada rozdzielone masy stopni mocy i sygna³ow¹. Taka konfiguracja uk³adu mas pozwala na zminimalizowanie zak³óceñ mog¹cych nak³adaæ siê na sygna³. Z tego te¿ wzglêdu masy sygna³owe ³¹czy siê z mas¹ uk³adu dopiero przy Ÿródle sygna³u, który powinien byæ doprowadzany do wzmacniacza przewodami ekranowanymi. W przypadku stosowania krótkich po³¹czeñ, nie przekraczaj¹cych 20 cm dopuszczalne jest prowadzenie sygna³u tasiemk¹, pod warunkiem, ¿e masa sygna³owa ³¹czy siê z mas¹ uk³adu przy Ÿródle sygna³u. Niewykorzystywane w tej konfiguracji wzmacniacza wejœcia steruj¹ce ³¹czy siê przez rezystory 10 kW z plusem zasilania. W takim uk³adzie wzmacniacz wymaga stosowania w³¹cznika zasilania co jest doœæ k³opotliwe zwa¿ywszy na du¿y pobór pr¹du. Wiêkszoœæ samochodowych odbiorników radiowych wyposa¿ona jest w wyjœcie steruj¹ce na którym pojawia siê napiêcie +12 V po w³¹czeniu zasilania. W takim przypadku wystarczy wykonaæ pod³¹czenie zaznaczone na rysunku 5 lini¹ przerywan¹ aby uzyskaæ zdalne w³¹czanie wzmac- niacza. Pobór pr¹du przez wy³¹czony wzmacniacz jest wtedy bardzo ma³y. Stosuj¹c zdalne wy³¹czanie wzmacniacza nale¿y sprawdziæ, czy wyjœcie steruj¹ce radioodbiornika zwierane jest z mas¹. Je¿eli po wy³¹czeniu radioodbiornika „wisi” ono w powietrzu nale¿y rezystor 10 kW pod³¹czony do nó¿ki nr 3 gniazda G1 po³¹czyæ z mas¹, a nie z plusem zasilania. Poprawnie zmontowany, bez ¿adnych zwaræ i „zimnych” lutów wzmacniacz dzia³a od razu bez ¿adnego uruchamiania. Pr¹d spoczynkowy wzmacniacza w³¹czonego wynosi ok. 500 mA, natomiast wzmacniacz wy³¹czony pobiera mniej ni¿ 1 mA. Pragnê przypomnieæ, ¿e uk³ad powiêkszania napiêcia zasilaj¹cego wzmacniacz zosta³ zaprojektowany pod k¹tem sygna³ów muzycznych. Dlatego te¿ przy napiêciu nominalnym 14,3 V, dla obci¹¿enia 4 W nie uda siê uzyskaæ mocy wyjœciowej 70 W steruj¹c wzmacniacz sygna³em sinusoidalnym. Dla mocy powy¿ej ok. 30÷40 W uk³ad zacznie „d³awiæ” siê, czyli wycinaæ fragmenty sinusoidy. Przypominam, ¿e podczas postoju samochodu nie nale¿y zbyt d³ugo graæ na „ca³y regulator”, gdy¿ póŸniej mo¿na mieæ k³opoty z „odpaleniem” auta. Przeciêtny akumulator samochodowy wytrzyma ok. 1 godziny grania; nowy i w pe³ni na³adowany wiêcej a stary i czêœciowo roz³adowany du¿o mniej. Wykaz elementów Pó³przewodniki US1÷US4 – TDA 1562Q Kondensatory C1÷C8 – 100 nF/50 V MKSE-20 C25÷C28 – 100 nF/50 V MKSE-20, patrz opis w tekœcie – 10 mF/25 V – 2200 mF/16 V C9÷C12 C21÷C24 C13÷C20 – 4700 mF/35 V Inne radiator jednostronnie ¿ebrowany wysokoœæ ok. 8 cm p³ytka drukowana numer 465 P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zaliczeniem pocztowym. P³ytki mo¿na zamawiaæ w redakcji PE. Cena: p³ytka numer 465 - 8,25 z³ + koszty wysy³ki. à mgr in¿. Dariusz Cichoñski 4 5/99 Przedwzmacniacz samochodowy Przysz³a kolej na nastêpny element naszego samochodowego zestawu czyli przedwzmacniacz. W tej czêœci cyklu prezentujemy sterowany cyfrowo przedwzmacniacz przeznaczony do wspó³pracy z opisywanym w poprzednim numerze PE wzmacniaczem mocy oraz siedmiopunktowym korektorem graficznym którego opis zamieœcimy za miesi¹c. W przedwzmacniaczu wykorzystane zosta³y cyfrowe potencjometry firmy National Semiconductor co w zdecydowany sposób wp³ynê³o na jakoœæ toru audio. Mikrokontroler umieszczony na p³ytce przedwzmacniacza jest odpowiedzialny za cyfrow¹ regulacjê wzmocnienia, diagnostykê oraz sterowanie wzmacniaczem mocy, sterowanie korektorem graficznym, pamiêtanie charakterystyk, obs³ugê i wyœwietlanie nastaw itp. Przedwzmacniacz zosta³ wyposa¿ony w unikaln¹ funkcjê zabezpieczenia przed kradzie¿¹ – ka¿dy mikrokontroler posiada swój w³asny, nie daj¹cy siê odczyta, czterocyfrowy kod zabezpieczaj¹cy. Poni¿ej podajemy parametry elektryczne przedwzmacniacza: Regulacja wzmocn. – 0÷–78 dB Przód, Ty³ Regulacja balansu – +20÷–20 dB Przód-Ty³ Regulacja balansu – +20÷–20 dB Lewo-Prawo Pasmo przenoszenia – 20÷20000 Hz THD <0,005% Stosunek sygna³-szum – min. 100 dB Amplituda sygna³u – 0,775 V wejœciowego Impedancja wejœcia – ³20 kW Pobór pr¹du (wraz z korektorem): – maks. 70 mA (czuwanie) – maks. 160 mA (praca) Szczegó³owe dane dotycz¹ce korektora opublikujemy w nastêpnym numerze PE. Schemat blokowy kompletnego samochodowego zestawu elektroakustycznego uwidoczniono na rysunku 1. Ca³y zestaw zosta³ zaprojektowano w taki sposób, ¿eby u¿ytkownik mia³ do wyboru dwie konfiguracje poszczególnych czêœci sk³adowych: – wzmacniacz mocy + przedwzmacniacz ze sterowaniem (p³ytki 465 i 466) – wzmacniacz mocy + przedwzmacniacz ze sterowaniem + korektor graficzny (p³ytki 465, 466 i 467) US1÷US10 WE L KOREKTOR GRAFICZNY WE P Budowa i dzia³anie Schemat ideowy przedwzmacniacza przedstawiono na rysunku 2. W konstrukcji przedwzmacniacza mo¿na zasadniczo wyró¿niæ dwie czêœci: blok potencjometrów cyfrowych (US12÷US15) oraz czêœæ steruj¹c¹ (US16, US17). W bloku potencjometrów cyfrowych zastosowano dwa uk³ady LM 1972 pe³ni¹ce funkcjê t³umików o cyfrowo programowanym wspó³czynniku t³umienia. Ka¿dy z uk³adów posiada dwa niezale¿ne kana³y charakteryzuj¹ce siê bardzo dobrymi parametrami elektrycznymi. Do regulacji t³umienia wykorzystana zosta³a sieæ rezystywna z prze³¹czanymi odczepami (rys. 3). Podzia³ rezystancji zosta³ tak dobrany, ¿e zapewnia logarytmicz¹ regulacjê t³umienia w zakresie 0÷78 dB ze skokiem 1 dB (w przedziale 0÷48 dB nawet co 0,5 dB). Schemat blokowy uk³adu LM 1972 przedstawiono na rysunku 4. Programowanie t³umików odbywa siê szeregowo za poœrednictwem trzech wyprowadzeñ CLK, LD/SH oraz DI. Przesy³ane szeregowo dane s¹ zapisywane w wewnêtrznym zatrzasku, który steruje prze³¹cznikami odczepów sieci rezystywnej. Warto zwróciæ uwagê na fakt, ¿e w czêœci sygna³owej brak jakichkolwiek elementów aktywnych – wyjaœnia to bardzo dobre parametry uk³adu. Aby mo¿liwa by³a regulacja ka¿dego z czterech kana³ów wzmacniacza, wykorzystano dwa uk³ady LM 1972 (US12 i US13). Za sterowanie potencjometrami elektronicznymi US12 US12÷US15 PRZEDWZMACNIACZ WZMACNIACZ MOCY US17 US16 UK£AD STERUJ¥CY PAMIÊÆ KONFIGURACJI WYŒWIETLACZ KLAWIATURA ALFANUMERYCZNY Rys. 1 Schemat blokowy samochodowego zestawu elektroakustycznego 9 10 11 12 9 10 11 Rys. 2 Schemat ideowy przedwzmacniacza 1 3 15 13 +9V 15 13 +9V 18 16 14 6 C44 47mF +9V 18 16 14 6 LM 7809 IN1 1 OUT2 IN2 GND1 OUT1 5 5 1 AGND GND2 US13 LM1972 US11 OUT2 IN2 GND1 OUT1 IN1 P4 47k P3 47k AGND GND2 US12 LM1972 C43 220mF Vin 7 8 CLK LD/SH DI DO 7 8 CLK LD/SH DI DO V SS2 V SS2 12 V DD1 V DD1 DGND DGND V DD2 V DD2 V SS1 V SS1 G5 2 C45 47n 19 17 20 3 2 4 19 17 20 3 2 4 1mF C67 1mF C68 C46 47n C47 100n C54 100n R59 100k R58 100k C53 100n C52 100n R57 100k R56 100k C51 100n R54 4,7k R53 4,7k +9V 2 3 5 6 2 3 5 6 8 4 8 4 1 +9V US15 LM833 7 1 +9V US14 LM833 R55 3,3k T1 BC548B B A B A 7 C48 10mF 3 2 1 G9 8 7 6 5 4 3 2 1 W2 C50 47n 4 3 2 1 T3 R66 10k 2 1 G4 A0 C61 220mF Vin R70 6,8k R69 82k C58 33p SDA SCL 5 6 7 8 LM 7805 C55 10n +5V 8 7 6 5 4 3 2 1 9 + TXD RXD X1 X2 EA/VP T1 T0 INT1 INT0 P17 P16 P15 P14 P13 P12 P11 P10 R60 6,8k C62 47mF 11 10 19 18 31 15 14 13 12 R67 10k US18 T4 C59 33p +5V Q1 12MHz 4 3 2 1 Vcc 24C02 MODE/WC G7 GND A2 A1 R74 43W 2×BC548B R68 100k R65 W1 10k +5V 4 3 2 1 US16 20 RD WR P27 P26 P25 P24 P23 P22 P21 P20 P07 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00 C63 47n R71 10k C60 10mF 40 +5V R61 6,8k +5V C64 47n 17 16 28 27 26 25 24 23 22 21 32 33 34 35 36 37 38 39 R63 680W R62 1k G6 6 5 4 3 2 1 10mF C56 D1 D2 6 5 4 3 2 1 W6 R73 10k +5V K L A W I A T U R A 2 x BAT17 R72 470W +5V US17 AT89C51 „WZM” R64 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 * G8 W£7 W£4 W£1 W£8 W£5 W£2 W£9 W£6 W£3 Wyœwietlacz LCD T5 BC337-16 D7 D6 D5 D4 #E R/#W R/#S C57 10mF VLCD +5V 30W/0,25W T2 BC337-16 +5V 5/99 5 6 5/99 Vout Prze³¹cznik odczepów Prze³¹cznik odczepów Prze³¹cznik odczepów Vin R1 R1 R2 R1 R2 R2 Rys. 3 Zasada regulacji t³umienia w uk³adzie LM 1972 i US13 odpowiedzialny jest mikrokontroler US17. Szeregowe po³¹czenie wyjœcia danych pierwszego uk³adu z wejœciem danych uk³adu drugiego pozwoli³o zredukowaæ liczbê wymaganych linii steruj¹cych. Drugim z wyró¿nionych bloków jest czêœæ steruj¹ca, której trzonem jest mikrokontroler AT89C51 (US17). W 4 kB pamiêci FLASH bêd¹cej czêœci¹ sk³adow¹ architektury mikrokontrolera zapisano program obs³ugi przedwzmacniacza, korektora oraz wzmacniacza mocy. Pamiêæ EEPROM 24C02 (US16) s³u¿y do przechowywania ustawieñ konfiguracyjnych oraz programowanych przez u¿ytkownika charakterystyk korektora. Do wyœwietlania komunikatów wykorzystany zosta³ modu³ alfanumerycznego wyœwietlacza LCD 2×16 znaków. Z mikrokontrolerem komunikuje siê on w trybie 4 bitowym, dziêki czemu zajmuje tylko 7 linii portu. Niektóre typy wyœwietlaczy LCD wymagaj¹ ujemnego napiêcia polaryzuj¹cego. Do wytworzenia tego napiêcia tak¿e wykorzystano mikrokontroler pe³ni¹cy funkcjê generatora oraz uk³ad odwracaj¹cy polaryzacjê na elementach D1, D2, C56, C57 i R72. Mikrokontroler poprzez zmianê wspó³czynnika wype³nienia generowanego na liniach P04÷P06 przebiegu ma wp³yw na wartoœæ ujemnego napiêcia VLCD. Wartoœæ tego napiêcia wp³ywa na kontrast wyœwietlanych na wyœwietlaczu znaków. Mo¿liwoœæ regulacji kontrastu zosta³a uwzglêdniona w oprogramowaniu przedwzmacniacza. W warunkach samochodowych konieczne jest zastosowanie wyœwietlacza LCD z podœwietlaniem. Wyœwietlacze z pow³ok¹ refleksyjn¹ w tym zastosowaniu nie sprawdz¹ siê ze wzglêdu na zerow¹ widocznoœæ w ciemnoœci. Producenci modu³ów LCD stosuj¹ przeró¿ne techniki podœwietlania pola odczy- towego. W ma³ych wyœwietlaczach (a do takich zalicza siê nasz modu³ LCD) z regu³y stosowane jest rozwi¹zanie z diodami LED. Diody LED s¹ rozmieszczane na krawêdziach, pod polem odczytowym i poprzez element rozpraszaj¹cy œwiat³o rozœwietlaj¹ ca³e t³o. Do sterowania podœwietlaniem LED wykorzystano tranzystor T2 sterowany z jednej linii portu mikrokontrolera. Zmiana jasnoœci œwiecenia t³a jest równie¿ regulowana wspó³czynnikiem wype³nienia sygna³u steruj¹cego tranzystorem T2. Podobnie jak w przypadku kontrastu, jasnoœæ podœwietlania mo¿e byæ regulowana w programie obs³ugi. Na p³ytce przedwzmacniacza umieszczony zosta³ tranzystor T5 odpowiedzialny za w³¹czanie wentylatora w chwili gdy wzmacniacz mocy przechodzi do pracy w klasie H (przy wiêkszych mocach). Nie jest to rozwi¹zanie optymalne jednak w naszym przypadku w pe³ni akceptowalne. Do sterowania wzmacniaczem mocy s³u¿y 5 linii mikrokontrolera – dwie wraz z tranzystorami T3 i T4 (pe³ni¹cymi funkcjê prostych komparatorów napiêcia) s³u¿¹ do odczytywania trybu pracy koñcówki mocy, jedna s³u¿y do testowania linii diagnostycznej a dwie ostatnie do sterowania trybem pracy wzmacniacza mocy. Do odczytu 9 klawiszy przewidziano 6 linii mikrokontrolera: 3 wyjœciowe steruj¹ce wyborem kolumn oraz 3 wejœciowe odczytuj¹ce stan wierszy. Na p³ytce przedwzmacniacza umieszczone zosta³y stabilizatory dostarczaj¹ce napiêcia +5 V do czêœci cyfrowej oraz +9 V do czêœci analogowej. Rezystor R74 ma za zadanie zredukowaæ iloœæ ciep³a wydzielanego w stabilizatorze US18. Monta¿ i uruchomienie Poniewa¿ wszystkie p³ytki ca³ego zestawu ³¹cz¹ siê miêdzy sob¹ wieloma przewodami, szczególny nacisk nale¿y po³o¿yæ na starannoœæ monta¿u. Do po³¹czeñ miêdzy p³ytkami najlepiej wykorzystaæ tasiemki przewodów z jednej strony wlutowane w p³ytkê a z drugiej zakoñczone wtykiem. Przewody sygna³owe musz¹ byæ poprowadzone przewodem w ekranie (gniazdo G5 i wtyk W2). Przy monta¿u pamiêtaæ nale¿y o tym aby z sygna³u masy nie tworzyæ zamkniêtych pêtli tzn. sygna³ masy dla wszystkich p³ytek powinien ³¹czyæ siê przy zasilaniu, a masa we LOAD/SHIFT Szyna wewnetrzna CLOCK Rejestr przesuwny Zatrask DATA–IN WE1 Dekoder Dekoder Sterowanie prze³¹cznikami Sterowanie prze³¹cznikami Sieæ rezystywna GND1 Prze³¹czniki odczepów WY1 WE2 Sieæ rezystywna GND2 Rys. 4 Schemat blokowy uk³adu LM 1972 Prze³¹czniki odczepów WY2 7 5/99 wtyku W2 powinna s³u¿yæ tylko do ekranowania przewodów sygna³owych. Zdecydowanie najlepsze parametry szumowe mo¿na osi¹gn¹æ po zastosowaniu niskoszumnych wzmacniaczy operacyjnych LM 833, które zosta³y specjalnie zaprojektowane do zastosowañ audio. Wariant ekonomiczny przewiduje zastosowanie w ich miejsce popularnych operacyjek LM 358. Po ich zastosowaniu nale¿y siê liczyæ z pogorszeniem parametrów przedwzmacniacza. Ze wzglêdu na mniejszy spadek napiêcia w kierunku przewodzenia diody D1 i D2 powinny byæ typu Schottky’ego. Dopuszczalne jest zastosowanie w ich miejsce diod germanowych lub zwyk³ych diod prze³¹czaj¹cych typu 1N4148. Przed gniazdem G4 mo¿na umieœciæ prosty filtr przeciwzak³óceniowy, co zmniejszy wp³yw zak³óceñ z instalacji elektrycznej samochodu na pracê przedwzmacniacza. Na rysunku monta¿owym (rys. 5) przedstawiono sposób po³¹czenia przedwzmacniacza z p³ytk¹ wzmacniacza mocy (nr 465) oraz wyœwietlaczem LCD i p³ytk¹ klawiszy. W przypadku G4 W1 1 2 3 4 W2 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 T PRZEDWZMACNIACZ P£YTKA NR 466 Wejœcie L P G5 1 2 3 T G6 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 * Podœwietlanie +12V Wyœwietlacz LCD Zasilanie 2 x 16 znaków DO WZMACNIACZA MOCY P£YTKA NR 465 1 2 3 4 5 6 G8 WYC. + W£/WY£ TRYB – WYJ. WPR. Rys. 5 Schemat po³¹czenia przedwzmacniacza ze wzmacniaczem mocy RESET WprowadŸ KOD Korektor zainstalowany MENU G£ÓWNE G£OŒNOŒÆ BALANS LEWO–PRAWO BALANS PRZÓD–TY£ KOREKTOR GRAFICZNY KONFIGURACJA KONFIGURACJA JASNOŒÆ TRYB WYŒWIETLANIA KONTRAST WYBÓR CHARAKTERYSTYKI CHARAKTERYSTYKI ZDEFINIOWANE P³aska POP ROCK Samochód CHARAKTERYSTYKI U¯YTKOWNIKA MOWA JAZZ KLASYKA Indywidualne 1 Indywidualne 2 Indywidualne 3 PROGRAMOWANIE CHARAKTERYSTYKI 63 Hz 160 Hz 400 Hz 1 kHz Rys. 6 Struktura menu programu obs³ugi przedwzmacniacza 2,5 kHz 6,3 kHz 16 kHz 8 5/99 W£1 W£2 W£4 W£5 ON/OFF (W£/WY£) W£6 – MODE (TRYB) W£7 W£3 + MUTE (WYCISZ.) W£8 ESCAPE (WYJŒCIE) W£9 ENTER (WPROWADZENIE) Rys. 7 Opis funkcji spe³nianych przez poszczególne klawisze pod³¹czenia korektora schemat monta¿owy bêdzie nieco inny. Rodzaj u¿ytych klawiszy jest zale¿ny od przewidywanego sposobu wykonania przedniej œcianki obudowy. W razie potrzeby klawisze mo¿na zamontowaæ na panelu ³¹cz¹c bezpoœrednio z p³ytk¹ przedwzmacniacza tasiemk¹ 6 przewodów. P³ytk¹ przedwzmacniacza mo¿na umieœciæ pionowo i skrêciæ za poœrednictwem dwóch k¹towników z p³ytk¹ wzmacniacza mocy. Po przeprowadzeniu wszystkich czynnoœci monta¿owych mo¿na przyst¹piæ do uruchomienia urz¹dzenia. Po w³¹czeniu zasilania na wyœwietlaczu powinien pojawiæ siê komunikat: Podaj kod: 0000 Oznacza to poprawn¹ pracê mikrokontrolera. Teraz w sposób opisany poni¿ej wprowadzamy kod, który zosta³ naklejony na mikrokontroler. Naklejkê z kodem nale¿y odkleiæ i zachowaæ przed dostêpem niepowo³anych osób. Po wprowadzeniu poprawnego kodu urz¹dzenie bêdzie gotowe do pracy. Potencjometry P3 i P4 s³u¿¹ do ewentualnego st³umienia amplitudy sygna³u wejœciowego. Przypominam, ¿e znamionowa wartoœæ amplitudy sygna³u wejœciowego wynosi 0,775 V. Regulacjê potencjometrami P3 i P4 nale¿y przeprowadziæ przy pomocy generatora sygna³owego oraz woltomierza (przy wzmocnieniu ustawionym na maksimum) jeszcze przed pod³¹czeniem wzmacniacza mocy. Program Program zosta³ wyposa¿ony w proste menu, dziêki któremu dostêp do poszczególnych funkcji programu sta³ siê prostszy i szybszy. Na rysunku 6 przedstawiona zosta³a uproszczona struktura menu. Szarym kolorem zosta³o zaznaczone pole [Korektor graficzny] gdy¿ mo¿e byæ ono niedostêpne wówczas gdy do przedwzmacniacza nie zosta³a do³¹czona p³ytka korektora. Znaczenia poszczególnych pó³ wyjaœnia ich nazwa. Komentarza mo¿e wymagaæ jedynie pole o nazwie „Tryb wyœwietlania”, które s³u¿y do zdefiniowania sposobu wyœwietlania charakterystyki korektora w trybie Status. Do wyboru u¿ytkownik ma dwa warianty: „S³upek” (charakterystyka przedstawiona w postaci s³upków o ró¿nej wysokoœci) i „Linia” (charakterystyka przedstawiona w postaci kresek na ró¿nej wysokoœci). Do obs³ugi zestawu przewidziano 9 klawiszy (rys. 7): [WYCISZANIE], [+], [–], [W£./WY£.], [TRYB], [WYJŒCIE], [¬], [®] oraz [WPROWADZANIE]. Ich funkcje s¹ nastêpuj¹ce: [WYCISZANIE] – jednokrotne wciœniêcie tego klawisza spowoduje wprowadzenie trybu wyciszania (mute) tzn. sygna³ akustyczny zostanie st³umiony. Ponowne wciœniêcie klawisza spowoduje wy³¹czenie wyciszania. Na wyœwietlaczu pojawia siê stosowny komunikat informuj¹cy o w³¹czeniu wyciszania. [W£./WY£.] – klawisz s³u¿¹cy do prze³¹czania wzmacniacza w stan czuwania. W stanie tym pobór pr¹du ograniczany jest do minimum – koñcówki mocy s¹ wy³¹czane (standby), podœwietlanie wyœwietlacza LCD tak¿e, a mikrokontroler przechodzi do stanu ograniczonego poboru mocy (idle). [+], [–] – za poœrednictwem tych klawiszy mo¿na zmieniaæ poszczególne, aktualnie wybrane nastawy (tryb Menu). Klawisz [+] powoduje zwiêkszenie nastawy, a klawisz [–] jej zmniejszenie. Dotyczy to regulacji g³oœnoœci, balansu przód-ty³, balansu lewo-prawo, programowania charakterystyk korektora graficznego oraz ustawieñ konfiguracyjnych. W najwy¿szym poziomie menu (w trybie Status) klawisze [+] i [–] powoduj¹ zwiêkszanie i zmniejszanie g³oœnoœci. [¬], [®] – klawisze s³u¿¹ do wybierania kolejnych pól menu (tryb Menu). W najwy¿szym poziomie menu (w trybie Status) klawisze [¬], [®] s³u¿¹ do regulacji balansu lewo-prawo. Tabela1 – Opis funkcji realizowanych przez poszczególne klawisze Klawisz Tryb Menu [WYCISZANIE] [W£./WY£.] [+] Status W³aczenie/wy³aczenie wyciszania W³aczenie/wy³aczenie wyciszniacza W³¹czenie/wy³¹czenie wzmacniacza W³¹czenie/wy³¹czenie wzmacniacza Zwiêkszanie nastawy Regulacja g³oœnoœci – zwiêkszanie [–] Zmniejszanie nastawy Regulacja g³oœnoœci – zmniejsz [¬] Przejœcie na pole z lewej na tym samym poziomie menu Regulacja balansu lewo-prawo – zwiêkszanie g³oœnoœci z lewej [®] Przejœcie na pole z prawej na tym samym poziomie menu Regulacja balansu lewo-prawo – zwiêkszanie g³oœnoœci z prawej Prze³¹czenie na tryb Status Prze³¹czenie na tryb Menu [WYJŒCIE] [TRYB] Przejœcie o jeden poziom wy¿ej w hierarchii menu menu / anulowanie nastawy Regulacja balansu przód-ty³ – zwiêkszanie g³oœnoœci z przodu [WPROWADZANIE] Przejœcie o jeden poziom ni¿ej w hierarchii menu / zaakcept owanie nastawy Regulacja balansu przód-ty³ – zwiêkszanie g³oœnoœci z ty³u 9 5/99 C43 G4 C45 C47 T R74 C44 R53 R54 +12V T1 US11 C48 R55 1W LM1972 LM1972 24C02 C68 C67 C53 C52 C51 R60 R61 R62 P4 R63 T2 R56 1 LT T C63 US16 C55 P3 US13 US12 LM 358 R57 G5 C50 US14 PT T T US18 C61 G9 C62 1 T5 PP R58 T LP R64 C54 US15 W2 LM 358 R73 R59 R70 R66 R65 1 1 R68 R71 1 C58 C59 T4 T3 R69 W1 AT89C51 „WZM” C56 C57 1 WYŒWIETLACZ LCD A-664 ELEKTRA ARTKELE 466-A W£2 W£3 W£4 W£5 W£6 W£7 W£8 W£9 W£1 W6 Rys. 8 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów D1 D2 C60 G8 * US17 G7 R67 G6 Q1 C64 R72 10 5/99 [TRYB] – powoduje prze³¹czanie pomiêdzy trybem Status a Menu [WYJŒCIE] – klawisz s³u¿¹cy do anulowania bie¿¹cej operacji lub do przejœcia o jeden poziom wy¿ej w hierarchii menu (tryb Menu). [WPROWADZANIE] – klawisz s³u¿¹cy do zaakceptowania bie¿¹cej operacji lub przejœcia o jeden poziom ni¿ej w hierarchii menu (tryb Menu) W najwy¿szym poziomie menu (w trybie Status) klawisze [WYJŒCIE], [WPROWADZANIE] s³u¿¹ do regulacji balansu przód-ty³. Dla u³atwienia funkcje realizowane przez poszczególne klawisze zosta³y zebrane w Tabeli 1. Jak mo¿na by³o wczeœniej zauwa¿yæ, program mo¿e znajdowaæ siê w dwóch trybach wyœwietlania: Menu i Status. W pierwszym trybie (Menu) na górnym wierszu wyœwietlacza pojawia siê wybrane pole menu. Do przechodzenia miêdzy poszczególnymi polami menu na tym samym poziomie s³u¿¹ klawisze [¬], [®]. Wyboru pola dokonuje siê klawiszem [WPROWADZANIE], po wciœniêciu którego na wyœwietlaczu pojawi siê pierwsze pole ni¿szego poziomu menu. Przyk³adowo po wybraniu pola „Konfiguracja” i wciœniêciu klawisza [WPROWADZANIE] na wyœwietlaczu pojawi siê pole „Jasnoœæ”. Ponowne wciœniêcie klawisza [WPROWADZANIE] spowoduje przejœcie do funkcji ustawiania jasnoœci podœwietlania za poœrednictwem klawiszy [+], [–]. W drugim trybie na wyœwietlaczu pojawia siê informacja (w postaci skrótowej) o aktualnych ustawieniach wzmacniacza. Tzn. je¿eli korektor zosta³ zainstalowany, to po prawej stronie pola odczytowego w dolnym wierszu wyœwietlana jest w postaci graficznej charakterystyka przenoszenia korektora. W górnym nazwa aktualnie wybranej charakterystyki przenoszenia. Po lewej stronie informacje dotycz¹ce wzmocnienia ka¿dego z kana³ów wzmacniacza oraz stanu wzmacniacza mocy (diagnozowanie). Przyk³adowy wygl¹d pola odczytowego przedstawiono poni¿ej: O 12-14 B 34-36 P£ASKA ------- Litera „O” w lewym górnym rogu pola odczytowego oznacza, ¿e wzmac- niacz mocy pracuje poprawnie. W tym miejscu mo¿e pojawiæ siê jeszcze komunikat „!” gdy koñcówka mocy bêdzie przeci¹¿ona lub jedno z wyjœæ zwarte. Litera „B” w lewym dolnym rogu pola odczytowego oznacza, ¿e wzmacniacz pracuje w klasie B oddaj¹c do obci¹¿enia maksymalnie 18 W mocy. Litera „H” w tym miejscu oznacza pracê przetwornicy kondensatorowej – wzmacniacz jest gotowy sterowaæ obci¹¿enie pe³n¹ moc¹. Litera „M” oznacza wprowadzenie wzmacniacza mocy w tryb wyciszania (mute). Cztery liczby wyœwietlana po lewej stronie pola odczytowego informuj¹ o poziomie g³oœnoœci w ka¿dym z kana³ów. Liczbie 0 odpowiada minimalna g³oœnoœæ, liczbie 78 g³oœnoœæ maksymalna. W³¹czenie wyciszania spowoduje miganie wszystkich 4 liczb z czêstotliwoœci¹ 2 Hz oraz wyœwietlanie w lewym dolnym rogu litery „M”. Dzia³anie zabezpieczenia Zabezpieczenie daje o sobie znaæ tylko w momencie w³¹czenia zasilania. Na wyœwietlaczu pojawia siê komunikat: Podaj kod: 0000 U¿ytkownik musi wówczas przy pomocy klawiszy [+], [–], [¬], [®] wprowadziæ poprawny kod, który zatwierdza klawiszem [WPROWADX]. Poprawny kod znajduje siê na naklejce mikrokontrolera. Trzykrotne wprowadzenie b³êdnego kodu spowoduje zablokowanie uk³adu na czas oko³o 1 godziny. Po wpisaniu poprawnego kodu, mikrokontroler pyta o to, czy p³ytka korektora graficznego zosta³a zainstalowana w urz¹dzeniu. Je¿eli tak, to w menu g³ównym pojawia siê dodatkowe pole: [Korektor graficzny] pozwalaj¹ce na obs³ugê korektora. Szczegó³owy opis funkcji oraz charakterystyk korektora opiszemy w przysz³ym miesi¹cu. P³ytki drukowane wysy³ane s¹ za zaliczeniem pocztowym. P³ytki i zaprogramowane mikrokontrolery AT89C51 z dopiskiem WZM mo¿na zamawiaæ w redakcji PE. Wykaz elementów Pó³przewodniki US11 – LM 7809 US12, US13 – LM 1972 US14, US15 – LM 833 (LM 358) US16 – 24C02 US17 – AT89C51 z programem US18 T1, T3, T4 „WZM” – LM 7805 – BC 548B T2, T5 D1, D2 – BC 337-16 – BAT 17 (1N4148) Rezystory R64 R74 R72 R63 R62 R55 R53, R54 R60, R61, R70 R65÷R67, R71, R73 R69 R56÷R59, R68 P3, P4 – 30 W/0,25 W – 43 W/1 W, patrz opis w tekœcie – 470 W/0,125 W – 680 W/0,125 W – 1 kW/0,125 W – 3,3 kW/0,125 W – 4,7 kW/0,125 W – 6,8 kW/0,125 W – 10 kW/0,125 W – 82 kW/0,125 W – 100 kW/0,125 W – 47 kW TVP 1232 Kondensatory C58, C59 – 33 pF/50 V ceramiczny C55 – 10 nF/50 V ceramiczny C45, C46, C50, C63, C64 – 47 nF/50 V ceramiczny C51÷C54 – 100 nF/63 V MKSE-20 C47 C67, C68 C56, C57, – 100 nF/50 V ceramiczny – 1 mF/25 V C60 C44, C62 C43, C61 – 10 mF/16 V – 47 mF/16 V – 220 mF/25 V Inne Q1 W£1÷W£9 – rezonator kwarcowy 12 MHz – mikro³¹czniki wyœwietlacz alfanumeryczny LCD 2×16 znaków z podœwietlaniem LED p³ytka drukowana numer 466 P³ytka drukowana korektora o numerze 467 i wykaz elementów do zostan¹ opublikowana w nastêpnym numerze PE. Cena: p³ytka numer 466 - 10,70 z³ p³ytka numer 467 - 8,50 z³ AT89C51 WZM - 40,00 z³ + koszty wysy³ki. à mgr in¿. Tomasz Kwiatkowski 10 6/99 Przedwzmacniacz samochodowy – korektor graficzny Pasmo przenoszenia Ca³kowite zniekszta³cenia nieliniowe Tym artyku³em koñczymy cykl poœwiêcony samochodowemu zestawowi elektroakustycznemu. W ostatniej czêœci opisujemy siedmiopunktowy korektor graficzny sterowany cyfrowo. Do jego sterowania wykorzystywany jest przedwzmacniacz opisywany w PE 5/99. W korektorze zastosowano uk³ad LMC 835 firmy National Semiconductor. Jest to sterowany cyfrowo uk³ad stereofonicznego, siedmiopunktowego korektora graficznego o bardzo dobrych parametrach elektrycznych kwalifikuj¹cych go do grona urz¹dzeñ Hi-Fi. Stosunek sygna³-szum Amplituda sygna³u wejœciowego Impedancja wejœcia Uk³ad LMC 835 sk³ada siê miêdzyinnymi z czternastu rezystorów o cyfrowo regulowanej rezystancji, które zastêpuj¹ potencjometry u¿ywane w konwencjonalnych korektorach. Zakres regulacji pozwala na uzyskanie logarytmicznej charakterystyki regulacji w zakresie ±12 dB przy kroku 1 dB. Pozosta³e czêœci sk³adowe uk³adu LMC 835 u³atwiaj¹ wykonanie dwukana³owego korektora, dziêki czemu jego konstrukcja jest wyj¹tkowo prosta. Za sterowanie korektorem graficznym, pamiêtanie i programowanie cha- rakterystyk oraz obs³ugê i wyœwietlanie nastaw odpowiedzialny jest mikrokontroler umieszczony na p³ytce przedwzmacniacza (patrz PE 5/99). Poni¿ej podajemy podstawowe parametry elektryczne korektora: Czêstotliwoœci 63 Hz, 160 Hz, œrodkowe pasm 400 Hz, 1 kHz, 2,5 kHz, 6,3 Hz, 16 kHz Zakres regulacji wzmocnienia w ka¿dym paœmie –12÷+12 dB Iloœæ stopni regulacji 25 (co 1 dB) Co Ro Ro 0,775 V ³47 kW Budowa i dzia³anie Na pocz¹tek kilka s³ów tytu³em wprowadzenia. Korektory graficzne s¹ wykorzystywane do regulacji charakterystyki czêstotliwoœciowej toru audio tzn. Ÿród³a dŸwiêku, wzmacniacza i zestawów g³oœnikowych. Zawieraj¹ pewn¹ liczbê (im wiêcej tym wiêksza dok³adnoœæ regulacji) ustawionych na sta³¹ czêstotliwoœæ filtrów pasmowo- przepustowych/zaporowych. Czêstotliwoœci œrodkowe pasm s¹ tak dobrane, by równomiernie rozk³ada³y siê na logarytmicznej skali czêstotliwoœci. Ka¿de z pasm posiada niezale¿n¹ regulacjê wzmocnienia b¹dŸ t³umienia. Analizuj¹c zagadnienie od strony teoretycznej, w konstrukcji korektora naj³atwiej wykorzystaæ obwody rezonansowe LC. WE WY Rc Rb Rv1 Rv1' Co1 Ro1 Lo1 Rv7 Co 20÷20000 Hz typ. 0,0015% maks. 0,1% dla f=20 kHz, Au=+12 dB, lub Au=–12 dB min. 100 dB Rv7 ' Co7 Ro7 Cl Rl Rys. 1 Symulowana indukcyjnoœæ Lo=jwRlRoCl Lo7 Rys. 2 Uproszczony schemat korektora 11 Jednak¿e cewki indukcyjne s¹ czêsto k³opotliwe w wykonaniu i wra¿liwe na pola magnetyczne. Dlatego w korektorach graficznych, w obwodach filtrów wykorzystuje siê symulatory indukcyjnoœci. W³aœciwoœci cewki indukcyjnej mog¹ byæ zasymulowane przez prosty uk³ad ze wzmacniaczem operacyjnym. Schemat takiego uk³adu przedstawiono na rysunku 1. Elementy Ro, CI i RI wraz ze wzmacniaczem operacyjnym spe³niaj¹ funkcjê ¿yratora, czyli symulowanej indukcyjnoœci. Uk³ad przedstawiony na rysunku 1 po do³¹czeniu kondensatora Co spe³nia funkcjê szeregowego obwodu rezonansowego. Czêstotliwoœæ rezonansowa oraz dobroæ obwodu jest dobierana w zale¿noœci od liczby filtrów przypadaj¹cej na ka¿dy kana³. Podstawowy schemat korektora zosta³ pokazany na rysunku 2. W ka¿dej œcie¿ce sygna³owej znajduj¹ siê dwa wzmacniacze operacyjne. Pierwszy z nich s³u¿y do wzmacniania sygna³u w paœmie, natomiast drugi do jego t³umienia. Wzmocnienie pierwszego pasma jest okreœlone zale¿noœci¹: Au = RV1 + RO + RS RV1 + RO Przy wzmocnieniu wiêkszym od zera obwód odpowiedzialny za t³umienie sygna³u w paœmie jest zbêdny – rezystancja RV1’ jest równa ¥. T³umienie w pierwszym paœmie okreœla zale¿noœæ: Au = RV1'+RO RV1'+RO + RC Przy t³umieniu wiêkszym od zera obwód odpowiedzialny za wzmacnianie sygna³u w paœmie jest zbêdny – rezystancja RV1’ jest równa ¥. Czêstotliwoœæ œrodkow¹ pasma okreœla wzór: F1 = 1 2P L1C1 Na rysunku 3 przedstawiono schemat ideowy korektora. Obydwa kana³y s¹ symetryczne, dlatego omówiony zostanie tylko jeden z nich. Obwód wejœciowy pierwszego kana³u stanowi wzmacniacz operacyjny US1. Zgodnie z rysunkiem 2 wzmacniacz US1A jest odpowiedzialny za funkcjê wzmacniania Wzmocnienie 6/99 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –10 –11 –12 1 2 4 6 5 3 1 – Pop 2 – Rock 3 – Samochód 4 – Mowa 5 – Jazz 6 – Klasyka 63Hz 160Hz 400Hz 1kHz 2,5kHz 6,3kHz 16kHz Czêstotliwoœæ Rys. 4 Predefiniowane charakterystyki czêstotliwoœciowe korektora w ka¿dym z pasm. Wzmacniacz US1B pracuj¹cy w uk³adzie wtórnika napiêciowego pozwala realizowaæ funkcjê t³umienia w ka¿dym paœmie. W ka¿dym kanale umieszczono siedem obwodów rezonansowych z ¿yratorami na wzmacniaczach operacyjnych. Uk³ad po³¹czeñ odpowiada rysunkowi 2. Wszystkie wzmacniacze operacyjne wymagaj¹ napiêcia polaryzuj¹cego równego po³owie napiêcia zasilania – jest ono doprowadzane z p³ytki przedwzmacniacza. Wewn¹trz uk³adu US3 znajduj¹ siê potencjometry cyfrowe oraz uk³ad steruj¹cy. Dziêki zastosowaniu szeregowego formatu s³owa steruj¹cego do programowania korektora wymagane s¹ tylko 3 sygna³y cyfrowe, które doprowadzane s¹ do mikrokontrolera za poœrednictwem z³¹cza W7. W pamiêci mikrokontrolera zapisano siedem charakterystyk czêstotliwoœciowych odpowiadaj¹cych ró¿nym rodzajom muzyki lub warunkom ods³uchowym. U¿ytkownik do dyspozycji ma nastêpuj¹ce charakterystyki: P³aska – wszystkie czêstotliwoœci s¹ przenoszone jednakowo. Pop – charakterystyka ta silnie podbija tony niskie i w nieco mniejszym stopniu tony wysokie co daje odpowiednie wra¿enie ods³uchowe szczególnie przy mniejszym natê¿eniu dŸwiêku. Rock – charakterystyka ta jest podobna do poprzedniej z t¹ ró¿nic¹, ¿e podbicie niskich tonów jest nieco mniejsze a czêstotliwoœci œrednie bardziej st³umione. Samochód – w samochodzie panuj¹ bardzo niekorzystne warunki ods³uchowe. Ma³a objêtoœæ oraz niewielka liczba elementów poch³aniaj¹cych dŸwiêk powoduje uwydatnienie czêstotliwoœci wy¿szych i powstawanie nieprzyjemnych dla ucha fal stoj¹cych. Stopniowane t³umienie czêstotliwoœci wy¿szych poprawia warunki ods³uchowe w samochodzie. Mowa – przy odtwarzaniu audycji s³ownych przy p³askiej charakterystyce przenoszenia toru audio nastêpuje pogorszenie zrozumia³oœci mowy na skutek zbyt silnego uwydatnienia czêstotliwoœci z krañców pasma w stosunku do czêstotliwoœci œrednich. Pojawiaj¹ siê wówczas nienaturalne szelesty i dudnienia. W celu poprawy zrozumia³oœci mowy stosuje siê filtr prezencyjny podbijaj¹cy o kilka dB czêstotliwoœci œrednie. Jazz – niepowtarzalny klimat tej muzyki, mo¿na odczuæ chyba tylko na koncertach. Aby nieco zbli¿yæ siê do warunków koncertowych, doœwiadczalnie dobrano najkorzystniejsz¹ charakterystykê kieruj¹c siê wy³¹cznie subiektywnymi odczuciami. Klasyka – przy ods³uchu muzyki powa¿nej dla poprawienia charakterystyki przenoszenia ca³ego zestawu tzn. Ÿród³a dŸwiêku, wzmacniacza i zestawów g³oœnikowych, wprowadzono delikatne uwydatnienie czêstotliwoœci z krañców pasma. Oprócz zapisanych na sta³e charakterystyk istnieje mo¿liwoœæ zdefiniowania Rys. 3 Schemat ideowy korektora 3 WE 2 AUDIO 1 W10 4 3 2 L P T 1 P2 47k P1 47k AIN7 AIN6 AIN5 AIN4 AIN3 AIN2 AIN1 1mF C2 1mF C1 17 V DD US3 LMC835 DGND CLK STROBE DATA R1 100k 25 26 27 4 3 2 1 13 14 15 16 7 3 2 A B 8 6 5 R4 100k 1 R3 100k R12 100k 5 6 7 8 9 10 11 24 23 22 21 20 19 18 C16 100n C18 1mF LC1 LC2 LC3 LC4 LC5 LC6 LC7 LC8 LC9 LC10 LC11 LC12 LC13 28 4 C17 1mF C15 100n LC14 US1 +9V 12 V SS W7 +5V AGND R11 100k 680W R13 4A 7 680W 470W R7 1mF C10 C4 100p C9 C3 100p C8 C7 2 10B 3 R14 R16 100k 1 R15 100k 5 6 W5X 680W R19 5A 9B 680W R2 100k 2 3 R20 R22 100k R21 100k 5 6 7 3 2 A 4 B 8 6 5 R6 100k 1 R5 100k R24 100k C24 15n C26 150n C25 150n C23 15n R23 100k US2 +9V 1 7 5 6 680W R25 6A 1 7 R8 1mF C14 C6 100p C13 C5 100p C12 C11 8B 680W 470W 2 3 R26 R28 100k R27 100k DO PRZEDWZMACNIACZA C7÷C9 – 47mF R9 10k R18 100k C20 33n C22 470n C21 470n C19 33n R17 100k 680W R31 7A 2 3 7B 680W R32 R34 100k R33 100k 5 6 W5Y C11÷C13 – 47mF R10 10k R30 82k C28 6,8n C30 68n C29 68n C27 6,8n R29 82k 1 7 R36 82k C32 3,3n C34 22n C33 22n C31 3,3n R35 82k 680W R37 8A 1 7 R42 62k C36 1,5n C38 10n C37 10n C35 1,5n R41 62k 680W R43 9A 2 3 5B 680W R44 R46 100k R45 100k 5 6 C66 22mF 3 2 1 W9 US1, US2, US4÷US10 – LM833 6B 680W +9V 2 3 R38 R40 100k R39 100k 5 6 1 7 R48 47k C40 680p C42 4,7n C41 4,7n C39 680p R47 47k 4 4B C65 22mF 2 680W R50 1 C49 47n US4÷US10 8 R52 100k 3 7 +9V R51 100k 680W R49 5 10A 6 12 6/99 13 6/99 sygna³owego najlepiej wykorzystaæ przewód ekranowany. Ekran nale¿y po³¹czyæ z mas¹ tylko po stronie przedwzmacniacza – nale¿y pamiêtaæ o tym aby z sygna³u masy nie tworzyæ zamkniêtych pêtli. W przypadku ³¹czenia korektora wraz z przedwzmacniaczem i wzmacniaczem mocy – sygna³ audio nale¿y doprowadziæ na wejœcie korektora graficznego (p³ytka 467). Wyjœcie korektora (punkty W5X i W5Y) ³¹czymy z wejœciem przedwzmacniacza (p³ytka 466 gniazdo G5) z pominiêciem potencjometrów P3, P4 i kondensatorów C67 i C68. Potencjometry P1 i P2 s³u¿¹ do regulacji amplitudy sygna³u wejœciowego. Ustawiamy je w takiej pozycji, aby przy p³askiej charakterystyce przenoszenia, na wyjœciu korektora uzyskaæ znamionow¹ amplitudê sygna³u równ¹ 0,775 V. story stosowane w filtrach mog¹ byæ z piêcioprocentowego szeregu E24. Zdecydowanie najlepsze parametry szumowe mo¿na osi¹gn¹æ stosuj¹c niskoszumne wzmacniacze operacyjne LM 833, specjalnie zaprojektowane do zastosowañ audio. W przypadku trudnoœci z ich zdobyciem mo¿na tak¿e zastosowaæ popularne wzmacniacze operacyjne LM 358, nale¿y siê wówczas liczyæ z pogorszeniem parametrów korektora. Przed przyst¹pieniem do monta¿u elementów pamiêtajmy o wlutowaniu zworek (czêœæ z nich znajduje siê pod uk³adem US3). Sprawdzenie korektora jest mo¿liwe dopiero po po³¹czeniu go z przedwzmacniaczem. P³ytka korektora ³¹czy siê z p³ytk¹ przedwzmacniacza trzema taœmami przewodów – zasilaj¹cym, sygna³owym i steruj¹cym. Do po³¹czenia trzech indywidualnych ustawieñ. Ustawienia te bêd¹ pamiêtane nawet po wy³¹czeniu zasilania gdy¿ s¹ przechowywane w nieulotnej pamiêci EEPROM. Na rysunku 4 przedstawiono wszystkie predefiniowane charakterystyki korektora Monta¿ i uruchomienie Wszystkie kondensatory zastosowane w torze akustycznym powinny byæ dobrej jakoœci. Ich tolerancja nie powinna byæ gorsza ni¿ ±5%. Wskazane jest wyselekcjonowanie par kondensatorów o zbli¿onych pojemnoœciach, tak aby charakterystyki regulacji w obydwu kana³ach by³y zbli¿one. Ze wzglêdu na ograniczon¹ iloœæ miejsca w obrêbie ¿yratorów nale¿y stosowaæ kondensatory o jak najmniejszych gabarytach. Rezy- R51 R R43 R26 R20 R14 C4 764 ELEKTRA C9 Rys. 5 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów C18 C49 R12 R16 C22 R18 R22 C26 R24 R28 R30 C30 R36 R34 R42 C34 R48 R40 W7 C38 1 C1 C10 W5X W9 LM 833 C16 R32 LM 833 C C20 R38 LM 833 C24 LM 833 C28 R44 R46 LM 833 R9 C8 R50 LM 833 C32 US3 R52 P1 R4 R3 R7 C7 C40 C13 LM 833 C36 LM 833 LMC835 C42 W5Y C65 R49 1 R37 C39 R31 C35 R25 C31 R19 C66 W10 C3 C41 R45 R41 C37 R39 R35 C33 R33 C29 R27 R21 C25 R29 C27 R13 C23 C19 C14 C15 R6 LM 833 R2 R23 C11 C12 R10 R1 R17 R8 R11 C21 C6 C2 P2 R15 R5 C17 ARTKELE 467 C5