Предварительный усилитель с микроконтроллерной системой управления

(Продолжение, начало в №1/2000)

Внимание: редакция приносит свои извинения за допущенный при публикации первой части ряд ошибок:

на схеме блока предусилителей (рис.5) цепочка R25C13 (R39C22) должна подключаться не к нижнему, а к верхнему выводу резистора R22 (R36);
на схеме буферного усилителя (рис.7) присутствуют лишние соединения на верхних выводах элементов R38, R40, C9, C10, нижнем выводе C24 и правой стрелке указателя 1250mV; корректное соединение достаточно очевидно.

Рассмотрим теперь более подробно принципиальную схему усилителя.

Со входных разъёмов сигнал поступает на подстроечные резисторы нормировки уровня R1-R8 (рис.4). С движков резисторов нормированный сигнал поступает на релейный коммутатор. Коммутатор выполнен таким образом, чтобы входное сопротивление не зависело от того, используется ли данный конкретный вход для прослушивания, для записи, или для того и другого одновременно. Это необходимо, чтобы уровень сигнала на выходе подстроечных резисторов оставался постоянным. Для обеспечения постоянства входного сопротивления использованы реле с переключающими контактами. Если вход не подключен к буферному усилителю, то через нормально замкнутые контакты реле подключается резистор, который имитирует входное сопротивление усилителя. Всего имеется 32 таких резистора (R9-R40).

С выхода коммутатора сигналы для прослушивания и для записи поступают на совершенно идентичные буферные усилители (рис.5), построенные на ОУ DA6 (запись) и DA7 (прослушивание). ОУ включены по схеме неинвертирующих усилителей. Делители обратной связи задают коэффициент усиления +10 dB. В делителях применены прецизионные резисторы, что обеспечивает идентичные коэффициенты усиления в стереоканалах. С выхода буферного усилителя записи сигнал поступает на коммутатор мониторных выходов, который выполнен на реле K17, K18 (рис. 4). Этот коммутатор позволяет индивидуально включать или выключать мониторные выходы, что необходимо для предотвращения попытки записи с деки на саму себя (это может привести к самовозбуждению системы).

PA- 8000 имеет два входа со встроенными предусилителями. Это микрофонный вход (Mic) и вход магнитного звукоснимателя (Phono). Микрофонный предусилитель имеет чувствительность 1 мВ и линейную АЧХ. Построен он на ОУ DA1, DA2 и малошумящих транзисторах VT1, VT2 (рис.5). Предусилитель магнитного звукоснимателя имеет чувствительность 5 мВ и стандартную АЧХ RIAA. Он построен на ОУ DA3, DA4 и малошумящих транзисторах VT3, VT4. Элементы R25R28R29C13C14 (R39R42R43C22C23) участвуют в формировании АЧХ, поэтому желательно, чтобы они имели отклонение от номинала не более 1% для резисторов и не более 5% для конденсаторов. На выходе предусилителя-корректора включен активный ФВЧ Баттерворта второго порядка, который реализован на ОУ DA5. Этот ФВЧ предназначен для подавления рокота и инфранизкочастотных составляющих, которые могут возникать при проигрывании коробленых грампластинок.

Конструктивно подстроечные резисторы нормировки уровней, реле коммутации, буферные каскады и предусилители размещены в отдельном экранированном блоке – селекторе входов. В этом блоке находятся три платы. На одной из них собраны предусилители Mic и Phono, буферные усилители для прослушивания и записи. На другой плате установлены реле. Третья плата – коммутационная, на ней установлены входные и выходные разъемы. На задней панели селектора входов установлены входные разъемы, внутри, на уголке, установлены подстроечные резисторы. В качестве входного разъема для микрофона применен разъем 1/4 inch с выключателем, который замыкает вход предусилителя на землю, когда штекер не вставлен. Это сделано с целью уменьшения уровня шумов на выходе предусилителя, когда он не используется. Назначение внешних разъемов селектора входов следующее (рис. 4): Mon1 и Mon2 – выходы на мониторные гнезда; SOut – выход селектора входов; SPow – питание ±15V; MonR – управление реле мониторных выходов; RecR – управление реле селектора входов Record; LisR – управление реле селектора входов Listen.

С выхода селектора входов SOut сигнал поступает на плату буферного усилителя (рис.7), на разъём BIn.

Далее сигнал через разъём TIn поступает на вход регулятора тембров. С выхода регулятора тембров сигнал поступает на разъём TOut. Для отключения (обхода, Bypass) регулятора тембров использовано реле K5. Реле позволяет подключить к регуляторам громкости и стереобаланса или непосредственно сигнал с разъёма BIn, или сигнал, прошедший регуляторы тембра с разъёма TOut. Одновременно через разъём SOut сигнал подаётся на спектроанализатор. Таким образом, при включенных регуляторах тембра их положение влияет на показания спектроанализатора. Спектроанализатор можно подключить и до регулятора тембров, для этого на плате буферного усилителя предусмотрен специальный разъем, помеченный как Not Used. Известно, что шумы, создаваемые переменными резисторами при регулировке, значительно растут, если в цепи движка протекает постоянный ток. Для предотвращения попадания постоянной составляющей на регулятор громкости включены разделительные конденсаторы C19-C22. Для предотвращения щелчков при включении/выключении регулятора тембров, конденсаторы поддерживаются заряженными до напряжения смещения усилителей. Это обеспечивается резисторами R37-R40. Перед регуляторами громкости и стереобаланса включен коммутатор стереорежимов, который выполнен на реле K2-K4. Через разъем VCIn сигнал поступает на регулятор стереобаланса, который выполнен на одиночном переменном резисторе R44 (группа А). Пределы регулировки стереобаланса задаются резисторами R43R45. В данном усилители эти пределы выбраны небольшими, так как высококачественные источники сигнала обычно имеют очень хороший стереобаланс. В качестве регулятора громкости применен блок резисторов R46R47 (группа В) с электроприводом. С выхода регулятора громкости сигнал через разъем VCOut поступает на вход буферного усилителя. Буферный усилитель выполнен на ОУ U3. Коэффициент усиления +8dB задан делителем обратной связи R26R27 (R31R32). В делителе использованы прецизионные резисторы. С выхода ОУ сигнал через разделительный конденсатор C15 (C18) и ограничительные резисторы поступает на разъем BOUT, а далее – на выходные разъемы усилителя, расположенные на задней стенке корпуса.

В выходной цепи включено реле режима "Mute" K1, которое через нормально замкнутые контакты закорачивает выход буферного усилителя на землю, пока обмотка не запитана. Такая реализация режима Mute обеспечивает наименьшие щелчки при включении и выключении питания. Выходной ток ОУ ограничивается резисторами R29 (R34). Резисторы R48 (R49) ограничивают ток в ситуации, когда на выход усилителя случайно подано какое-то напряжение. Нужно отметить, что из-за ограничительных резисторов выходное сопротивление усилителя довольно велико. Поэтому если предполагается работать на емкостную нагрузку (например, длинный межблочный кабель), то номиналы этих резисторов необходимо уменьшить.

Сигнал с выхода ОУ U3 поступает также на вход телефонного усилителя. Телефонный усилитель представляет собой ОУ U1 (U2), умощненный комплементарным эмиттерным повторителем VT1VT2 (VT3VT4). Коэффициент усиления задан делителем R2R3 (R14R15) и равен +15dB. Ток покоя эмиттерного повторителя задан цепочкой R5R6VD1VD2 (R17R18VD3VD4) и равен 10mA. Выходной ток ограничен резистором R12 (R24).

Плата буферного усилителя установлена возле передней панели, прямо в нее впаян разъем стереотелефонов. Назначение внешних разъемов платы следующее (рис.7): BIn – вход буферного усилителя; BCnt – управление реле; SOut – выход на спектроанализатор; VCOut – выход регулятора громкости; BOut – выход буферного усилителя на выходные гнезда; TOut – выход регулятора тембра; TIn – вход регулятора тембра; VCIn – вход регулятора громкости; BPow – питание ±15V.

Регулятор тембров собран на ОУ DA1 (рис.6). Схема его заимствована из [2], однако с некоторыми изменениями. В оригинальной схеме регулятор тембра НЧ был связан по постоянному току с входами ОУ. При регулировке изменялось сопротивление между входами ОУ и землёй и, как следствие, изменялось напряжение смещения на выходе ОУ. Это вызывало инфранизкочастотные всплески на выходе усилителя во время регулировки тембра НЧ. Для предотвращения этого эффекта в схему введены разделительные конденсаторы C3C4 (C11C12).

Потенциал на входах ОУ по постоянному току зафиксирован с помощью резисторов R3R4 (R15R16). Для того чтобы устранить постоянную составляющую тока через регулятор тембра НЧ, вызванную напряжением смещения ОУ, введён ещё один разделительный конденсатор C2 (C10). Технические характеристики регулятора тембров, а также рекомендации по изменению пределов регулировки приведены в [2]. На рисунке 9 показана АЧХ регулятора тембров, измеренная при крайних положениях регуляторов.

Конструктивно регулятор тембров выполнен на отдельной печатной плате, которая установлена возле передней панели. На плате с помощью уголка закреплены переменные резисторы. Назначение внешних разъемов платы следующее: TOut – выход регулятора тембра; TIn – вход регулятора тембра; TPow – питание ±15V.

Как уже отмечалось, сигнал с выхода регулятора тембров поступает на спектроанализатор. Аналоговая часть спектроанализатора содержит буферный усилитель на ОУ DA1 (рис. 10) и набор из семи полосовых активных фильтров. Полосовые фильтры имеют центральные частоты 17000Hz, 7000Hz, 3000Hz, 1000Hz, 375Hz, 150Hz и 60Hz. Для того, чтобы исключить "провалы" на индицируемом спектре, АЧХ фильтров сделаны сильно перекрывающимися. Измеренные АЧХ фильтров показаны на рис. 11. Выходые сигналы полосовых фильтров подвергаются двухполупериодному выпрямлению и сглаживанию, затем через аналоговый коммутатор поступают на вход АЦП. Вместе с детекторами, полосовые фильтры выполнены на микросхемах типа К157ДА1. После сглаживания выпрямленное напряжение поступает на вход аналогового коммутатора U1. Коммутатор позволяет по очереди подключать сигнал каждого фильтра на вход АЦП.

Конструктивно блок фильтров спектроанализатора выполнен на отдельной плате, которая расположена под платой основной части процессора. Назначение внешних разъемов платы следующее: SOUT – сюда поступает сигнал с буферного усилителя; AIN – входной сигнал АЦП; FCNT – управление аналоговым коммутатором; FPOW – питание ±15V.

Управление усилителем осуществляет микроконтроллер AT89C51 фирмы Atmel.

Для того чтобы снизить энергопотребление в дежурном режиме, блок процессора разбит на две части: дежурный и основной. Дежурная часть процессора (рис. 12) содержит собственно микроконтроллер U1, регистр-защелку адреса U2, микросхему энергонезависимой памяти U3 и шинные формирователи U4, U5. Когда усилитель переходит в дежурный режим (Standby), остается включенным лишь один источник питания – Duty +5В, который питает дежурную часть процессора. В этом режиме шинные формирователи U4, U5 выключаются, отключая от шины обесточенные внешние устройства.

Для долговременного хранения параметров использована микросхема энергонезависимой памяти U3 типа 24C04. Протокол шины I2C реализован программно.

Дистанционное управление на ИК-лучах использует код RC-5, что позволяет применять стандартный пульт. Фотоприемник применен интегральный, тип – SFH506. Он содержит фотодиод, усилитель и формирователь. На выходе фотоприемник формирует стандартные ТТЛ-уровни, которые поступают на вход прерывания микроконтроллера INT0. Декодирование кода RC-5 осуществляется программно. Назначение портов микроконтроллера приведено в таблице 1.

Конструктивно блок дежурной части процессора выполнен на отдельной плате. Назначение внешних разъемов платы следующее: Data – шина данных на основную часть процессора; Addr – шина адреса на основную часть процессора; Pan – разъем, через который подключается фотоприемник системы дистанционного управления; Bpr – питание биппера; Ret – линии возврата кнопок управления на передней панели; Rec – вывод подвижного контакта галетного переключателя Record; Lis – вывод подвижного контакта галетного переключателя Listen; S – выход управления биппером; Sw – вход датчика положения переключателя; PPow – питание +5V, +5V дежурное и сигнал Standby.

Основная часть процессора (рис. 13) содержит дешифратор адреса U1 и регистры U2-U6, являющиеся расширением портов вывода микроконтроллера. Выводы разрешения выходов регистров OC объединены и управляются специальным сигналом микроконтроллера, что необходимо для выключения всех исполнительных устройств на время действия сигнала "сброс" микроконтроллера и при инициализации.

Ридико Леонид Иванович, Минск

e-mail: wubblick@yahoo.com

(Продолжение следует)

Содержание раздела