Предлагаемый вниманию читателей регулятор громкости построен на базе аналогичного устройства, описанного Н.Прокопенко в статье “Электронный регулятор громкости с распределенной частотной коррекцией” (“Радио”, 1990, № 2, с. 69-71). Новый регулятор имеет ряд преимуществ перед своим прототипом. Так, в нем отсутствуют требующие программирования микросхемы, что существенно упростило его изготовление и настройку. Далее, в регуляторе применены коммутаторы К591КНЗ с относительно высоким напряжением питания (±15 В), что позволило снизить вносимые им нелинейные искажения. Громкость регулируется здесь синхронно в обоих каналах, функцию балансировки каналов по громкости выполняет частотно-независимый регулятор стереобаланса. Отказ от примененной Н. Прокопенко раздельной регулировки громкости продиктован тем, что при наличии разбаланса каналов в исходной фонограмме такая регулировка неизбежно приводит к различию в уровне тонкомпенсации каналов. К тому же для реализации синхронной регулировки требуется меньшее число микросхем.
Описанное ниже устройство имеет упрощенный регулятор максимальной громкости, обеспечивающий два фиксированных значения коэффициента усиления, что позволяет ему работать в усилительных трактах с сопротивлением акустических систем 4и8 Ом. И наконец, в нем имеется возможность начальной установки желаемого уровня громкости при включении питания, а также принудительной установки нулевого уровня громкости. Относительную сложность регулятора окупают его весьма высокие характеристики.
Принципиальная схема цифрового регулятора громкости (РГ) приведена на рис. 1. На нем показан только правый канал узла аналоговой коммутации, регулятора максимальной громкости (РМГ) и регулятора стереобаланса (РБ). Левый канал этих устройств идентичен правому.
Число дискретных ступеней регулирования громкости ... 31
Шаг дискретизации, дБ ............................... 2
Уровень тонкомпенсации, дБ, в положении минимальной
громкости (ступень 01) на частотах. кГц:
0,02 ............................................ 45
0,063 ........................................... 33
1 ............................................... 0
10 .............................................. 19
20 .............................................. 32
Глубина регулирования стереобаланса, дБ ............. 24
Коэффициент передачи на частоте 1 кГц при установке
регулятора громкости в положение максимальной
громкости (ступень 31), а регулятора максимальной
громкости в положение 4 (8) Ом .................... 2,1 (3,1)
Максимальная амплитуда входного напряжения, В ....... 1
Отношение сигнал/взвешенный шум, дБ, не хуже ........ 86
Ток, мА, не более, потребляемый от источника питания
напряжением, В:
+5 .............................................. 500
±15 ............................................. 2x10
Работает регулятор следующим образом. При нажатии на кнопку SB1 увеличения (или на кнопку SB2 уменьшения) громкости на элемент DD2.1 поступает низкий уровень напряжения с инверсного выхода RS-триггера DD1.1 (DD1.2), выполняющего функцию подавления дребезга контактов. В результате на выходе элемента DD2.1 появляется высокий уровень напряжения, разрешающий работу генератора тактовых импульсов на логическом элементе DD3.1 и одновибраторах на DD4.1 и DD4.2. Одновременно с прямого выхода RS-триггера DD1.1 (DD1.2) на вход элемента DD2.2 (DD2.3) поступает высокий уровень напряжения, разрешающий прохождение сигнала с генератора тактовых импульсов на суммирующий счетный вход +1 (или вычитающий вход -1) реверсивного счетчика DD5. Старший разряд счетчика построен на D-триггере DD6 и элементе DD3.2, на вход которого подаются сигналы прямого и обратного переноса счетчика DD5 (выводы 12 и 13 К555ИЕ7 соответственно). Сигнал прямого переноса появляется только в процессе прямого счета (нажата кнопка SB1) при переполнении счетчика DD5 (на выходе число 15) и наличии на входе +1 логического нуля (начало 16-го импульса). Предполагается, что счетчик DD5 и триггер DD6 первоначально были установлены в нулевое состояние. По положительному фронту 16-го импульса (конец импульса) происходит обнуление счетчика DD5 и с некоторой задержкой (десятки наносекунд) переключение триггера DD6 из нулевого в единичное состояние. Состояние выхода обратного переноса остается при этом неизменным: на нем присутствует логическая единица. Таким образом происходит переход в счете от числа 15 к числу 16. При этом на выходе элемента DD7 будет сохраняться высокий уровень напряжения, разрешающий прохождение импульсов с тактового генератора через элемент DD2.2 на суммирующий вход счетчика DD5. Теперь счетчик DD5 может сосчитать еще 15 импульсов, и при повторном его заполнении на всех входах элемента DD7 появятся высокие уровни напряжения, а на его выходе — низкий. Поступая на вход элемента DD2.2, этот низкий уровень напряжения запрещает прохождение тактовых импульсов на суммирующий вход счетчика DD5, при этом РГ будет находиться в положении максимальной громкости (ступень 31). Если теперь нажать на кнопку SB2 уменьшения громкости, то счетчик DD5 начнет работать в режиме вычитания, так как со стороны элемента DD9 пока еще нет запрета на прохождение тактовых импульсов на вычитающий вход счетчика. При поступлении положительного фронта 15-го импульса на вычитающий вход счетчик DD5 обнулится, сигнал же на выходе обратного переноса появится позже — с приходом 16-го импульса, точнее его отрицательного фронта. По положительному фронту 16-го импульса счетчик переполнится, а несколько позднее с задержкой в десятки наносекунд переключится триггер DD6 из единичного в нулевое состояние. Состояние выхода прямого переноса при этом не меняется: на нем присутствует логическая единица. Таким образом происходит обратный переход в счете от числа 16 к числу 15. Если продолжать уменьшать громкость, то при следующем приходе счетчика в нулевое состояние на входах инверторов DD8.1 — DD8.5 появятся низкие уровни напряжения, а на их выходах — высокие. В результате на выходе элемента DD9 возникнет низкий уровень напряжения, который поступит на вход элемента DD2.3 и запретит прохождение тактовых импульсов на вычитающий вход счетчика DD5. В этом случае РГ окажется в положении нулевой громкости (ступень 00).
С выхода счетчика пятиразрядный двоичный код поступает на управляющие входы аналоговых коммутаторов DA1 и DА2, открывая их элементы и задавая таким образом ослабление входного сигнала и требуемую при этом амплитудно-частотную характеристику РГ. Одновременно сигналы со счетчика поступают на преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный (DD10) и далее на дешифраторы DD11 и DD12, управляющие двухразрядным десятичным табло на семисегментных индикаторах HG1 и HG2. Уровень громкости высвечивается на табло в условных единицах — от 00 до 31, показывающих номер ступени, на которую установлен РГ. Число ступеней дискретизации -— 31 — выбрано как компромиссное, позволившее уменьшить величину шага дискретизации до 2 дБ без заметного усложнения схемы регулятора.
Начальное значение громкости при включении питания может быть выбрано пятью микропереключателями SA1—SA5, устанавливающими счетчик в нужное положение. Кнопка SB3 позволяет быстро переключить РГ в положение нулевой громкости. Цепь задержки R10C1VD3 служит для начальной установки счетчика DD5 и D-триггера DD6. Конденсаторы С2, СЗ, С7-С10 защищают РГ от помех. Цепи тонкомпенсации практически такие же, как в регуляторе Н.Прокопенко (увеличены только емкости конденсаторов ВЧ коррекции С13—С18, с 470 пФ до 1000 пФ).
На ОУ DA3.1 собран регулятор максимальной громкости (РМГ). Его усиление установлено на слух по оптимальной передаче НЧ и ВЧ составляющих при совместной работе с УМЗЧ, описанным в [1 ], нагруженном на акустические системы 25АС-033 с номинальным электрическим сопротивлением 4 Ома. Для восьмиомных АС того же класса усиление должно быть увеличено примерно в \'2 раз. При использовании других УМЗЧ и АС требуемое усиление РМГ следует определить исходя из их конкретных характеристик.
На ОУ DA3,2 собран регулятор стереобаланса. Поскольку переменный резистор R74 включен в цепь ООС ОУ4 он должен быть группы А. При этом зависимость коэффициента передачи КРБ от положения движка переменного резистора (а) получается достаточно линейной (рис. 2). Средний вывод в переменном резисторе позволяет уменьшать громкость в одном из каналов при сохранении ее неизменной в другом и избежать таким образом перегрузки последнего при балансировке каналов.
На рис. 3 штриховыми линиями показано семейство АЧХ РГ и сплошными — кривые равной громкости [2]. Здесь уровень минимальной громкости РГ принят равным 40 фон, что по данным [2] соответствует пианиссимо оркестра. Из рисунка видно, что АЧХ РГ близки к кривым равной громкости.
На рис. 4 приведены зависимости коэффициента гармоник (Кг) (на частоте 20 кГц при амплитуде входного сигнала 1 В) от показаний табло РГ (N) при установке переключателя SA6.1 в положения “4 Ом” и “8 Ом”.
В РГ использованы постоянные резисторы МЛТ, переменные, СПЗ-23, конденсаторы КМ-5, К10-17, К50-16, К53-21, кнопки МП1-1, микропереключатели ПД2-9. Для цепей тонкомпенсации рекомендуется использовать резисторы с допустимым отклонением от номинала не более ±5 % и конденсаторы — не более ±20 %. Вместо микросхем серии 555 можно использовать микросхемы серии 155, но при этом возрастет ток, потребляемый от источника питания напряжением +5 В.
Налаживание РГ сводится к проверке работы всех его узлов и подбору резисторов R70 и R71 в зависимости от используемых УМЗЧ и АС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хныков А. УМЗЧ с системой защиты. —
Радио, 1993, № 5, с. 13-15.
2. Сапожков М. А. Электроакустика. — М.: Связь, 1978.
Радио №3, 1995 г.
