Stereofoniczny cyfrowy przedwzmacniacz Hi-Fi.pdf

Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi

P R O J E K T Y

Stereofoniczny

przedwzmacniacz HiFi,

część 1

kit AVT−477

Jeøeli masz dosyÊ

trzeszcz¹cych potencjometrÛw

i†lubisz krystalicznie czysty

sygna³ swojego odtwarzacza

CD - mamy dla Ciebie

interesuj¹c¹ propozycjÍ:

cyfrowo sterowany

przedwzmacniacz audio.

DziÍki zastosowaniu

nowoczesnego procesora audio,

sterowanego doskona³ym

mikrokontrolerem

jednouk³adowym, parametry

akustyczne i†uøytkowe

przedwzmacniacza s¹

naprawdÍ doskona³e.

Wiele artyku³Ûw publikowa-

nych w†EP zaczyna siÍ s³owami

ìRozwÛj techniki cyfrowej umoø-

liwi³....î. Ten artyku³ powinien

w†zasadzie rozpocz¹Ê siÍ w†taki

sam sposÛb, poniewaø ìsercemî

urz¹dzenia jest cyfrowo sterowany

scalony przedwzmacniacz stereo-

foniczny.

koúci. Jedn¹ z†najpowaøniejszych

trudnoúci podczas wykonywania

przedwzmacniacza zintegrowane-

go z†regulatorami g³oúnoúci, ba-

lansu i†barwy düwiÍku jest zdo-

bycie trwa³ych potencjometrÛw.

Tanie elementy doúÊ szybko siÍ

zuøywaj¹, powoduj¹c w†konsek-

wencji trudnoúci w†ustaleniu po-

ø¹danych przez uøytkownika na-

staw i†przykre trzaski podczas

regulacji. Zastosowanie potencjo-

metrÛw renomowanych firm (np.

Alps) wi¹øe siÍ zazwyczaj z†nie-

bagatelnymi kosztami.

Rozwi¹zaniem alternatywnym

w†stosunku do potencjometrÛw

mechanicznych okaza³y siÍ ich

odpowiedniki elektroniczne. Do

perfekcji w†produkcji rÛønorod-

nych potencjometrÛw elektronicz-

nych dosz³a firma Xicor. Dobre

rozwi¹zania oferuj¹ rÛwnieø Dal-

las i†Analog Devices. Z†kolei Na-

tional Semicondutor uruchomi³

produkcjÍ prostych regulatorÛw

potencjometrycznych przeznaczo-

nych specjalnie do zastosowaÒ

audio - stanowi¹ one rozszerzenie

rodziny uk³adÛw Overture .

Naturaln¹ konsekwencj¹ udos-

konalania parametrÛw i†rozszerza-

nia siÍ aplikacji potencjometrÛw

elektronicznych, by³o ich zinteg-

Tajemnica sukcesu

Wykonanie przedwzmacniacza

o†naprawdÍ dobrych parametrach

nie jest zadaniem ³atwym zw³asz-

cza, jeøeli zaleøy nam na stabil-

nych parametrach i†wysokiej ja-

Rys. 1. Schemat blokowy układu LMC1992.

Elektronika Praktyczna 10/98

Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi

Rys. 2. Schemat elektryczny układu

korekcji barwy tonu.

rowanie w†strukturach bardziej

z³oøonych uk³adÛw scalonych,

przede wszystkim przedwzmac-

niaczy audio. Przyk³adem takiej,

niemal skoÒczonej, doskona³oúci -

o†parametrach zadowalaj¹cych na-

wet najbardziej ortodoksyjnych au-

diofili - jest uk³ad LMC1992 op-

racowany przez National Semi-

conductor. Schemat blokowy tego

uk³adu przedstawiono na rys. 1 .

Jak moøna zauwaøyÊ uk³ad

LMC1992 zawiera w†sobie wszys-

tkie podstawowe bloki funkcjonal-

ne przedwzmacniacza, tzn:

- multiplekser (prze³¹cznik) syg-

na³Ûw wejúciowych, dziÍki ktÛ-

remu moøna wybraÊ ürÛd³o od-

twarzanego sygna³u;

- wtÛrniki napiÍciowe zapewnia-

j¹ce wzajemne dopasowanie

wszystkich stopni uk³adu;

- wzmacniacze operacyjne, ktÛre

wykorzystano jako aktywne ele-

menty regulatorÛw barwy düwiÍ-

ku;

- elektroniczne potencjometry

umoøliwiaj¹ce ustalenie barwy

düwiÍku (dwa pasma), balansu

i†g³oúnoúci;

- modu³ polaryzacji, ktÛry zapew-

nia optymalne warunki pracy

wszystkich stopni przedwzmac-

niacza;

- interfejs szeregowy, poprzez ktÛ-

ry moøna ustaliÊ po³oøenie wir-

tualnych suwakÛw potencjomet-

rÛw elektronicznych oraz prze-

³¹cznika wejúÊ.

Konstruktorzy uk³adu zastoso-

wali aktywny regulator barwy

düwiÍku, poniewaø jego konstruk-

cja jest bardzo prosta, a†ca³kowity

zakres regulacji bardzo duøy

(24dB). Na rys. 2 w†uproszczeniu

przedstawiono strukturÍ regulato-

ra.

Rys. 3. Schemat elektryczny płytki sterownika.

Elektronika Praktyczna 10/98

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

Rys. 4. Sposób kodowania kierunku

obrotów w nastawniku BCW.

Regulacja tonów niskich

001

XXDDDD

XX0000=−12dB

(Bass)

XX1100+12dB

Regulacja tonów wysokich

010

XXDDDD

XX0000=−12dB

(Treble)

XX1100+12dB

Opis uk³adu

Opracowany przez przed-

wzmacniacz sk³ada siÍ z†trzech

modu³Ûw funkcjonalnych:

- sterownika (schemat elektryczny

na rys. 3 );

- modu³u audio (schemat elekt-

ryczny na rys. 5 );

- zasilacza zintegrowanego z†elekt-

ronicznym w³¹cznikiem zasilania

(schemat elektryczny na rys. 6 ).

W†sterowniku przedwzmacnia-

cza zastosowano dwa nietypowe

elementy - mikrokontroler

ST62T60 (produkowany przez

SGS-Thomson) oraz impulsator fir-

my Bourns, ktÛry spe³nia rolÍ

nastawnika analogowego.

Mikrokontroler US1 spe³nia ro-

lÍ centrum sterowania przed-

wzmacniacza, tzn. obs³uguje wy-

úwietlanie komunikatÛw na wy-

úwietlaczu alfanumerycznym W1,

analizuje stan stykÛw impulsatora

Głośność

011

DDDDDD

000000=−80dB

(Volume)

10100X=0dB

Głośność prawego−przedniego kanału 100

XDDDDD

X00000=−40dB

(Ballance R)

X1010X=0dB

Głośność lewego−przedniego kanału 101

XDDDDD

X00000=−40dB

(Ballance L)

X1010X=0dB

IMP1, wykrywa fakt wciúniÍcia

przycisku Wl1 zmieniaj¹cego tryb

pracy W1 i†wysy³a adekwatne do

sytuacji polecenia do uk³adu

LMC1992. Kontrola stanu Wl1 od-

bywa siÍ 40 razy na sekundÍ i†jest

wywo³ywana przez wewnÍtrzne

przerwanie od timera. Procedury

opÛüniaj¹ce pozwalaj¹ zlikwido-

waÊ wp³yw drgaÒ stykÛw prze-

³¹cznika na dzia³anie programu.

Zastosowany w†sterowniku

mikrokontroler jest wyposaøony

w†pamiÍÊ nieulotn¹ EEPROM

o†pojemnoúci 128B, ktÛrej nie-

wielk¹ czÍúÊ wykorzystano do

zapamiÍtywania ostatnio ustalo-

nych nastaw, ktÛre opisuj¹ zadan¹

przez uøytkownika barwÍ düwiÍ-

ku, po³oøenie úrodka balansu, ak-

tywne wejúcie oraz g³oúnoúÊ. za-

stosowana w†procesorze pamiÍÊ

EEPROM ma duø¹ øywotnoúÊ -

producent gwarantuje minimalnie

aø 300000 poprawnych operacji

kasowanie/zapis. Jak ³atwo poli-

Rys. 5. Schemat elektryczny płytki przedwzmacniacza.

Elektronika Praktyczna 10/98

Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi

Rys. 6. Schemat elektryczny włącznika i zasilacza.

lana od stopnia wejúciowego.

DziÍki temu nie s¹ zaburzane

sta³opr¹dowe warunki pracy

przedwzmacniacza.

Uk³ad US5 zapewnia stabiliza-

cjÍ napiÍcia zasilaj¹cego procesor

audio US4. Sygna³y interfejsu sze-

regowego oraz napiÍcie zasilaj¹ce

podawane jest z†p³ytki sterownika

na z³¹cze Zl3.

Ostatnim fragmentem urz¹dze-

nia jest zasilacz zintegrowany

z†elektronicznym w³¹cznikiem za-

silania. Jego schemat elektryczny

przedstawiono na rys. 6.

Jest to doúÊ nietypowy zasi-

lacz, poniewaø praktycznie ca³y

czas znajduje siÍ on pod napiÍ-

ciem podawanym z†transformatora

sieciowego. Uk³ad US6 spe³nia

rolÍ dwustabilnego przerzutnika,

ktÛry jest sterowany przyciskiem

Wl2, znajduj¹cym siÍ na p³ytce

sterownika. Kaødorazowe wciúniÍ-

cie tego przycisku powoduje zmia-

nÍ stanu wyjúcia US6A na prze-

ciwny, co w†konsekwencji powo-

duje zwieranie i†rozwieranie sty-

kÛw miniaturowego przekaünika

Prz1. Prze³¹czane s¹ jednoczeúnie

dwie pary stykÛw - jedna z†nich

odpowiada za przekazanie napiÍ-

cia zasilaj¹cego do p³ytek sterow-

nika i†audio, druga para steruje

napiÍciem zasilaj¹cym podúwiet-

lacz wyúwietlacza W1. NapiÍcie

podawane jest na podúwietlacz

z†katody diody D1, ktÛra jest

w³¹czona szeregowo z†wyjúciem

stabilizatora US7. DziÍki temu

napiÍcie podawane na diody LED

podúwietlacza jest nieco mniejsze

niø nominalne, co powoduje mi-

nimalne zmniejszenie jasnoúci

podúwietlenia. Stabilizator US7

musi byÊ wyposaøony w†skutecz-

ny radiator, poniewaø tracona jest

w†nim duøa moc (ok. 3W).

na wejúciu zasilacza zastosowa-

no mostek prostowniczy Graetza,

dziÍki czemu przedwzmacniacz

moøna zasilaÊ wprost z†wtÛrnego

uzwojenia transformatora sieciowe-

go (zaciski ARK) lub zasilacza

sieciowego (gniazdo Gn6).

czyÊ moøna dokonywaÊ do niej 50

wpisÛw dziennie przez prawie 17

lat!

Poniewaø obudowa ST62T60

ma zaledwie 20 wyprowadzeÒ

konieczne okaza³o siÍ sterowanie

wyúwietlacza W1 przez interfejs

4-bitowy. To w³aúnie z†tego po-

wodu linie wejúciowe D0..3 wy-

úwietlacza nie s¹ pod³¹czone.

Za³oøeniem przyjÍtym przez

autora podczas projektowania

przedwzmacniacza by³o maksy-

malne uproszczenie jego obs³ugi

i†zbliøenie sposobu regulacji do

rozwi¹zaÒ tradycyjnych. Z†tego

w³aúnie powodu rolÍ elementu

ustalaj¹cego wartoúÊ nastawy spe³-

nia impulsator firmy Bourns, zna-

ny juø Czytelnikom z†zasilacza

AVT-366. Element ten z†zewn¹trz

przypomina standardowy poten-

cjometr, ale w†jego wnÍtrzu kryj¹

siÍ dwa prze³¹czniki chwilowe,

generuj¹ce przesuniÍte w†fazie im-

pulsy prostok¹tne. W†zaleønoúci

od ich wzajemnej fazy ( rys. 4 )

procesor okreúla kierunek obraca-

nia siÍ impulsatora, dziÍki czemu

moøliwe jest zwiÍkszanie lub

zmniejszanie wartoúci nastaw.

Uk³ad US2 (w modelu zasto-

sowano DS1813) jest scalonym

generatorem sygna³u zeruj¹cego

mikrokontroler US1. Zastosowanie

tego uk³adu by³o konieczne, aby

zabezpieczyÊ zawartoúÊ pamiÍci

nieulotnej EEPROM US1. Zastoso-

wanie standardowego uk³adu ze-

ruj¹cego z†kondensatorem elektro-

litycznym powodowa³o, øe czasa-

mi zawartoúÊ pamiÍci by³a mody-

fikowana w†sposÛb niekontrolo-

wany.

Szeregowa transmisja danych

z†procesora do uk³adu LMC1992

odbywa siÍ poprzez kabel do³¹-

czony do z³¹cza Zl2. Trzy piny

I/O procesora US1 (PC2..4) s¹

programowo skonfigurowane do

emulacji z³¹cza szeregowego. Ta-

kie rozwi¹zanie okaza³o siÍ ³at-

wiejsze do wykonania, niø mody-

fikowanie do wymagaÒ LMC1992

obs³ugi portu SPI, ktÛry stanowi

standardowe wyposaøenie proce-

sora ST62T60.

Poprawne napiÍcie zasilania

dla procesora i†modu³u wyúwiet-

lacza W1 zapewnia stabilizator

US3. Jeøeli w†urz¹dzeniu zostanie

zastosowany wyúwietlacz z†pod-

úwietlaniem LED, nie wolno jest

zasilaÊ go z†wyjúcia tego stabili-

zatora - do tego celu przewidzia-

no osobny stabilizator. Potencjo-

metr P1 umoøliwia regulacjÍ kon-

trastu wyúwietlanych znakÛw.

Schemat elektryczny czÍúci au-

dio przedstawiono na rys. 5. Jest

to minimalnie zmodyfikowana

standardowa aplikacja uk³adu

LMC1992. Zastosowano typowe

elementy zewnÍtrzne oraz uk³ady

standardowe uk³ady polaryzuj¹ce

wejúcia sygna³u audio.

Wszystkie wejúcia s¹ separowa-

ne przy pomocy kondensatorÛw

unipolarnych o†duøej pojemnoúci

(2,2

Rys. 7. Kształt ramki adresowej i danych układu LMC1992.

Elektronika Praktyczna 10/98

F). DziÍki temu dolna czÍs-

totliwoúÊ graniczna jest doúÊ ma³a

(35Hz), a†mog¹ca potencjalnie wy-

st¹piÊ sk³adowa sta³a, jest oddzie-

Stereofoniczny przedwzmacniacz HiFi

WYKAZ ELEMENTÓW

Płytka sterowania

Rezystory

R1: 4,7k

C20, C21, C30, C31: 2,2

unipolarne

C22, C23, C24, C25, C26, C27,

C28, C29, C32, C39, C43, C44,

C45: 10

Ω

R2, R3: 3,3k

F/25V

C33, C34: 10nF

C35, C36, C40, C41, C42, C47,

C48: 100nF

C37, C38: 8,2nF

C46: 22

miniaturowy potencjo−

metr leżący

Kondensatory

C1, C2: 27pF

C3, C4, C5: 10

F/16V

C6, C7, C8, C9: 100nF

C10: 100

F/25V

C49: 1000

F/25V

Półprzewodniki

US4: LMC1992

US5: 78L12

Różne

GN1, GN2, GN3, GN4, GN5:

podwójne gniazda Cinch

Zl3: ZWS10

C12, C13: 2,2nF

Półprzewodniki

US1: ST62T60B − zaprogramowany

US2: DS1813 lub podobny

(obudowa TO−92)

US3: 78L05

Różne

W1: moduł alfanumeryczny LCD

1x16 z podświetleniem lub bez

(opcje). W modelu zastosowano

wyświetlacz WM−C1601M

z podświetlaniem 1YLYc

Wl1, Wl2: przełączniki

X1: 8MHz

Zl1, Zl2: ZWLB−10 (szpilki zacskane

na kablu, lutowane w płytkę) +

dwa 15 cm odcinki kabla 10−

żyłowego, zakończone wtykami

ZFC−10

Płytka zasilacza

Rezystory

R28, R29, R31: 4,7k

Ω

Kondensatory

C50: 1000

F/25V

C51, C52: 100nF

C53: 100

F/25V

C54: 47

F/25V

Rys. 8. Algorytm obrazujący sposób

transferu danych do układu

LMC1992.

F/16V

Półprzewodniki

T1: BC547 lub podobny

US6: 74HCT74 lub podobny

US7: 7805

D1: 1N54001 lub podobna

M1: mostek prostowniczy 1,5A/50V

Różne

GN6: gniazdo zasilające z bolcem

GN6': ARK2

Prz1: TQ2−5V − NAIS−Matsushita

Zl4: ZWS−10

Płytka audio

audio, poniewaø nie s¹ one wy-

korzystywane w†przedwzmacnia-

czu.

Piotr Zbysiński, AVT

Ω

R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18,

R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25,

R26, R27: 10k

SzczegÛ³owe informacje o†pro-

cesorach ST62T60B oraz narzÍ-

dzia do nich dostÍpne s¹ na

p³ycie CD-EP4.

Kondensatory

C14, C15, C16, C17, C18, C19,

Programowanie procesora

audio

Uk³ad LMC1992 programowany

jest poprzez trÛjprzewodowy, jed-

nokierunkowy interfejs szeregowy.

Kaøda ramka danych wysy³anych

do uk³adu sk³ada siÍ z†9†bitÛw

( rys. 7 ), spoúrÛd ktÛrych trzy

najstarsze bity adresuj¹ funkcjÍ,

a†szeúÊ kolejnych s¹ dan¹, ktÛra

okreúla wartoúÊ nastawy. Dodatko-

wo wysy³ane s¹ dwa bity (najstar-

sze), ktÛre okreúlaj¹, øe informacja

jest kierowana do LMC1992. S¹

to tzw. bity adresowe. Ich zasto-

sowanie pozwala do³¹czaÊ do tej

samej szyny danych inne uk³ady

programowane poprzez interfejs

szeregowy. Na rys. 8 przedstawio-

no algorytm opisuj¹cy sposÛb wy-

s³ania danej do LMC1992. Mak-

symalna, dopuszczalna przez pro-

ducenta, szybkoúÊ taktowania we-

júcia zegarowego CLK uk³adu

LMC1992 wynosi 1MHz.

Wszystkie nastawy dotycz¹ce

parametrÛw toru audio (z wyj¹t-

kiem numeru aktywnego wejúcia)

maj¹ krok 2dB. Wynika tego, øe

nie zawsze ca³e 6-bitowe s³owo

danych jest wykorzystywane do

przekazania informacji do uk³adu.

W† tab. 1 zawarto opisy nastaw

wraz z†ich adresami.

Uwaga! W†tab. 1†pominiÍto

funkcje balansu tylnych kana³Ûw

Skrócona charakterystyka

przedwzmacniacza.

ilość stereofonicznych wejść audio: 4;

zakres regulacji poziomu wyjściowego

(głośności): −80dB..0dB (krok 2dB);

zakres regulacji balansu kanałów:

−40dB..0dB (krok 2dB);

zakres regulacji barwy dźwięku:

±12dB (krok 2dB);

wszelkie nastawy są zapamiętywane

w nieulotnej pamięci EEPROM

mikrokontrolera sterującego;

pasmo przenoszenia: 35Hz..100kHz;

całkowite zniekształcenia nieliniowe:

0,15%;

odstęp sygnału od szumu: 81dB;

zasilanie: 15V/50mA (350mA

z podświetlanym wyświetlaczem LCD);

elektroniczny włącznik zasilania;

cyfrowe sterowanie wszystkich funkcji

z prezentacją nastaw na wyświetlaczu

alfanumerycznym LCD.

Elektronika Praktyczna 10/98

P1: 10k

C11: 47

R30: 2,2k

C55: 2,2

Rezystory

R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11:

47k

zalecane napięcie wejściowe: do 1V RMS ;

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: