На этой страничке представлены электронные черновики моих идей -
устройств, которые я хочу воплотить для решения тех или иных проблем. Может
проблемы кажутся пустыми, а их решения - слишком трудными и нетривиальными,
но так есть - это малая часть моих мыслей и идей, для которых я нашел
время, чтобы с бумажного варианта перенести в электронный.
• Контроллер для усилителя класса А
Усилители класса А до сих пор остаются распространенными среди любителей
хорошего звука. По большей части это за счет своей простоты и высокой
линейности. Однако им требуется качественное питание и хорошие теплоотводы
для рассеивания мощности, выделяемой выходными каскадами усилителя как в
режиме покоя, так и в активном режиме.
По моему мнению - усилители класса А заслуживают внимания. Стоит лишь раз
послушать его и сравнить с усилителем в данной ценовой категории, но в другом
режиме работы. Так, в своих поисках :) звука я собрал легендарный JLH Class-A
разработки 1969 года! Это простой трехкаскадный усилитель мистера John
Linsley Hood-а, который в то время показал как можно линеаризовать параметры
УМЗЧ, введя в него ООС. Схема практически оригинальная, но как всегда со своими
доработками. Речь же здесь пойдет о контроллере для такого усилителя.
Вы спросите - что можно у него контроллировать? Отвечу - подачу питания,
подключение/отключение акустики, температуру теплоотводов, скорость вращения
вентиляторов, прикрепленных к радиаторам выходных каскадов усиления.
Итак, зачем же нужны вентиляторы, у которых еще и надо контроллировать частоту
вращения при всегда постоянной рассеиваемой можности усилителя? Отвечу.
Вентиляторы - для снижения массо-габаритных показателей УМ (в моем случае
площадь радиаторов оказалась меньше необходимой); контроллирование скорости
вращения вентиляторов - для минимизации шума и эффективного выхода усилителя
в рабочий режим, а также для лучшей стабилизации тока покоя выходного каскада.
Поясню. При включении усилителя радиаторы выходных каскадов прогреваются до
температуры, при которой выставляется номинальный ток покоя усилителя,
ток покоя от какого-то начального значения повышается до номинального и затем
остается постоянным. От его величины зависит максимальная выходная мощность
усилителя при данном сопротивлении акустических систем. При изменении
температуры окружающих условий (в зависимости от сезона года комнатная
температура варьируется от +15 до +40 градусов) изменяется и ток покоя.
В принципе на это можно не обращать внимания, но при настройке, каждый раз
включая усилитель, я получал различное значение токов покоя. Поэтому решил,
что не лишним будет убрать этот эффект. К тому же площадь имеющихся у меня
радиаторов оказалась мала для достижения необходимой мне выходной мощности
и раз я решил использовать вентиляторы для их лучшего охлаждения, то почему
бы не управлять ими?
В итоге принцип работы котроллера следующий - микрокнопкой на передней панели
УМ или внешним сигналом включаем усилитель, по достижению 50-ти градусной
отметки температуры радиаторов выходных каскадов включаются вентиляторы и,
управляя частотой их вращения, добиваемся стабилизации температуры
транзисторов выходных каскадов, а значит стабилизации их тока покоя.
У меня же задача более сложная, поскольку мой усилитель находится в
экспериментальной стадии, поэтому я решил его оснастить ЖК индикатором, на
котором будет выводится показание температуры и тока покоя для каждого
канала стереоусилителя. Так, например, хочется выяснить до какого предела
мои куллеры могут охлаждать транзисторы усилителя, исходя из критериев
наименьшего шума и наибольшей выходной мощности (увеличиваем ток покоя →
увеличивается нагрев радиаторов). Ну и как небольшие бонусы МК системы -
отключение питания при перегреве и превышении выходного тока,
включение/выключение с микрокнопки или по внешнему управляющему сигналу,
задержка подключения акустики, ее принудительное отключение (например, для
перекоммутации), приветствие/прощание :), выводимое на экран ЖКИ.
В итоге получилось нечто простое, недорогое, но выполняющее все что надо:
![Загрузить схему в новом окне [90,6кБ]](MyIdeas/Controller_Amp_Class-A_web.gif)
Схема контроллера для усилителя класса А.
Описание схемы. К разъемам XS2-XS3 платы
блока питания подключаются реле, коммутирующие акустические системы к
усилителю. К XS7 и XS9 подключаются вентиляторы (диаметром 60 мм), которые
устанавливаются на радиаторы, соответственно, левого и правого каналов
усилителя.
К XS8 подключается вентилятор корпуса усилителя, который включается при
недостаточном отводе тепла от радиаторов транзисторов выходных каскадов.
Микроконтроллерная плата выполнена в виде отдельной, на которой установлены
ЖКИ, кнопки управления и светодиоды индикации режимов. Крепиться к передней
панели корпуса усилителя и шлейфом подключается к плате блока питания,
которая располагается в задней части корпуса, являясь своеобразным
дистрибьютером питания. К разъемам XS12 и XS13 микроконтроллерной платы
подключаются аналоговые датчики температуры, например, типа LM35 или TMP35.
К разъемам XS14 и XS15 подключаются датчики тока, представляющие собой
мощные резисторы оспротивлением 0.1Ом, которые включаются последовательно
с ГСТ выходного каскада усилителя типа JLH Class A.
Схема кому-то может показаться совсем идиотской. Зачем использовать
ATtiny26 и регистр 74HC595 для управления ЖКИ, если можно применить ту же
ATmega8? Все просто - мне так захотелось! Решил попробовать управлять ЖКИ
посредством регистра сдвига, тем самым освободив 3 (при 4-х битной шине
данных) или 7 (при 8-ми битной шине данных) портов МК. К тому же по
сравнению с ATmega8 использованная связка в два раза дешевле.
Итак, на ЖКИ данные передаются по SPI через последовательно-параллельный
регистр, причем задействован 4-х битный интерфейс связи с ЖКИ. Таким
образом, остаются свободными 2 порта регистра, которые я решил задействовать
для управления подсветкой ЖКИ. Порты управляют полупроводниковым реле К2,
при этом получаем 4 режима подсветки: 1 - выключена, 2 - включена тускло,
3 - включена ярко, 4 - включена на максимум.
Вентиляторы, подключаемые к разъемам XS7 и XS9, управляются аппаратным ШИМ
микроконтроллера, соответственно, OC1A (порт PB1) и OC1B (порт PB3).
Модуляция зависит от входного напряжения на портах, соответственно, PA4
(ADC3) и PA5( ADC4) - задействованы аппаратные АЦП микроконтроллера,
оцифровывающие напряжения с датчиков температуры.
Для оперативного измерения токов выходных каскадов усилителей служат
дифференциальные усилители DA3.1 и DA3.2 - они снимают напряжения с
датчиков тока, усиливают и транслируют на АЦП, соответственно, ADC5 (порт
PA6) и ADC6 (порт PA7). Оцифрованные значения МК выводит на ЖКИ.
Работа схемы. В ждущем режиме горит красный
светодиод HL1, сигнализирующий о наличии сети 220В. На всех портах вывода
МК лог.0.
При нажатии кнопки SA1 "Питание" происходит инициализация ЖКИ (выдается
сообщение приветствия, устанавливается ранее запомненный режим подсветки),
запуск и последовательная работа АЦП, на порте PB0 появляется лог.1 -
открывается транзистор VT3, включающий реле K1, закрывается транзистор VT2,
гаснет светодиод HL1. Питание на усилители подано, контроллируется
температура радиаторов и ток выходных транзисторов усилителей, которые
отображаются на ЖКИ. Спустя 1 секунду появляется лог.1 на порте PB3,
загорается светодиод HL2, открывается транзистор VT1, включающий реле
акустических систем - они подключаются к выходам УМ.
При достижении радиаторами выходных каскадов усилителей 50-ти градусной
температуры запускаются аппаратные ШИМ МК - OC1A и OC1B, то есть начинают
работать вентиляторы, отводящие тепло от радиаторов. Благодаря ШИМ
температура радиаторов поддерживается на уровне 50-ти градусов, что
обеспечивает стабилизацию основных параметров усилителей (главным образом,
ток покоя выходных каскадов). При превышении уставки температуры (больше
60°) радиаторов, на порте PB6 устанавливается лог.1, которая
присутствует в промежутках между передачей данных для ЖКИ в регистр. То
есть включается вентилятор, отводящий избыточное тепло из корпуса
усилителя.
Кнопка SA2 "Функция" предназначена для принудительного отключения
акустических систем от выхода усилителя. При ее нажатии на порте PB2 МК
устанавливается лог.0, закрывается транзистор VT1, отключаются реле АС.
При повторном нажатии на порте PB2 МК возвращается лог.1 и акустика
снова подключается к выходу усилителя. Кнопка SA3 "Меню" предполагается
быть задействованой для конфигурирования температурных уставок радиаторов,
смены режима отображения индикатора и т.д. Кнопкой SA4 "Подсветка"
устанавливается желаемый режим подстветки ЖКИ.
• Устройство резервирования АКБ автомобиля
Когда у меня еще была "копейка" (ВАЗ-2101) я задумывался о установке в
нее качественной аудиосистемы. Но такая система, включающая в себя, как
правило, сабвуфер, потребляет большую мощность от бортовой сети автомобиля.
Все бы ничего, если аккумулятор автомобиля находился бы в постоянной
подзарядке, но на отдыхе летом не будешь постоянно гонять двигатель, заряжая
аккумулятор. Поэтому в голову пришла идея использовать дополнительный
аккумулятор (аудиоаккумулятор), повышая тем самым энергоемкость питающей
системы.
Подобное делают профессиональные автоаудиоинсталляторы, распределяя нагрузку
на разные "питатели", вдобавок к этому устанавливается новый генератор
повышенной мощности.
У меня нет замысла ставить более мощный генератор. Я лишь хочу поставить
дополнительный аккумулятор, например, в багажнике авто, который будет питать
усилитель сабвуфера. Остальная аудиосистема должна быть запитана от штатного
аккумулятора. А вот для элементарной диагностики состояния дополнительной АКБ
и ее своевременного подзаряда от бортовой сети автомобиля необходимо некое
устройство - оно должно контроллировать напряжение АКБ, при достижении нижней
уставки подключать АКБ к бортовой сети авто, отслеживать состояние зарядки и
при полном заряде отключать батарею от бортовой сети авто. Ниже представлена
схема подобного устройства:
![Загрузить схему в новом окне [21,8кБ]](MyIdeas/Power_Reserve_Auto_web.gif)
Схема устройства резервирования АКБ автомобиля.
Работа схемы. В нормальном состоянии
переключатель SA1 в положении "Заряд". Микроконтроллер DD1 с помощью АЦП
(ADC2 порт PB4) отслеживает состояние заряда батареи GB1. При снижении ее
напряжения до 11,4В (на 5% от номинала) на выходе порта PB1 микроконтроллера
формируется лог.1, включающая реле К1 и зажигающая светодиод HL3, но при
условии, что напряжение бортовой сети автомобиля больше 13,2В (работает
генератор) - отслеживается с помощью еще одного АЦП (ADC1 порт PB2)
микроконтроллера.
Благодаря сопротивлению R5, на входах АЦП микроконтроллера в режиме "Заряд"
есть разница напряжений, благодаря которой по закону Ома можем определить ток
заряда АКБ. Так, при его уменьшении до 0,06А (0,1% от общей емкости АКБ)
зарядку аккумулятора можем прекратить - реле К1 отключается, светодиод HL3
гаснет. Правда это в том случае, если к аккумулятору не подключена нагрузка
- во что я, как любитель музыки, слабо верю. То есть выходит, что при
работе двигателя, дополнительная АКБ будет постоянно подключена к бортовой
сети автомобиля.
При неработающем двигателе автомобиля необходимо контроллировать, чтобы
напряжение АКБ, находящейся под нагрузкой, не упало до критической отметки -
иначе происходит сульфатация пластин АКБ и быстрый выход ее из строя. Для
этого предназначен светодиод HL2, сигнализирующий о падении напряжения на
АКБ ниже 10,8В (на 10% от номинального значения).
Раз уж поставили в автомобиль второй аккумулятор, то пусть он помогает
запускать двигатель! Вдруг, слушая музыку, посадили штатный аккумулятор и
он не может провернуть стартет. Тогда ставим переключатель SA1 в положение
"Резерв" и дополнительная батарея подключается параллельно штатной. Об этом
режиме сигнализирует светодиод HL1, микроконтроллер же определяет этот
режим по равенству напряжений на его обоих АЦП.
• Коммутатор акустических систем (усилителей) -
СДЕЛАНО!
Давно на форумах звукотехники решается вопрос о выборе акустических систем
и усилителей. Выбор есть выбор, иногда хочется непосредственно в данной
обстановке сравнить две пары акустических систем между собой или определить
какой из усилителей звучит предпочтительней. А бывает, что меломаны
слушают разные музыкальные жанры через разные акустические системы или
усилители. Вот и требуется коммутатор, который может быстро отключить одну
АС от усилителя и подключить другую или же к одной и той же акустической
системе подключать то один усилитель мощности, то другой. Ну а если такая
перекоммутация аудиотехники возможна непосредственно с места прослушивания
музыкальных копозиций - дистанционно по нажатию кнопки на ИК пульте
управления, то и выбор облегчается, сравнение удается проводить более
качественно благодаря отсутствию паузы между прослушиванием разной техники.
В результате я сделал (на уровне макетных плат) коммутатор акустических систем,
который также можно применять для коммутирования одного из двух усилителей к
одной паре акустических систем.
Возможности и функции:
- Дистанционное управление устройством с помощью ИК пульта
(RC5, свой адрес);
- Задержка переключения акустических систем;
- Отключение обоих АС для безопасной коммутации проводов;
- Защита АС от постоянного напряжения (при появлении такового
хотя бы на одном входе/выходе);
- Светодиодная индикация состояния устройства (АС №1, АС №2, Авария).
![Загрузить схему в новом окне [23,0кБ]](MyIdeas/Commutator_AS_CU_web.gif)
Схема кросс-блока устройства.
![Загрузить схему в новом окне [20,7кБ]](MyIdeas/Commutator_AS_Control_web.gif)
Схема контроллера устройства.
Работа схемы кросс-блока. Реле К1
переключает "общий" провод от одного усилителя к двум АС или, что более
актуально (в таком случае не образуется "земляной" петли, так как по
входам усилители соединены параллельно), от двух усилителей к одной АС.
Реле К2 подключает один канал акустической системы/усилителя, К3 -
соответственно другой канал. Причем в К2 используются нормально-замкнутые
контакты, в К3 - нормально-разомкнутые. Это сделано для того, чтобы при
отключении питания устройства одна пара АС была подключена к усилителю
(один из усилителей был подключен к акустике). На диодных мостах VD1-VD8,
VD9-VD16 и сопротивлениях R1-R8 собран "сумматор" постоянного напряжения,
которое может появится на выходе усилителя мощности и повредить динамики
АС. Применены диоды Шоттки, поскольку имеют малое прямое напряжение, а
следовательно защита будет иметь хорошую чувствительность. С сумматора
возможное постоянное напряжение подается на АЦП (ADC1 порт PB2)
микроконтроллера, который отслеживает ее уровень.
Работа схемы контроллера устройства.
К контроллеру посредством разъема XS2 подключается кросс-блок. А1 - это
ИК приемник, подключенный к порту (PB1) внешнего прерывания МК. При приеме
нужной команды с адресом данного устройства МК выполняет соответствующее
действие.
Возможно 3 состояния устройства:
- Подключен комплект АС №1. На порте PB0 (К2) лог.0, PB4 (К3) лог.0,
PB3 (К1) лог.0. Горит светодиод HL2;
- Подключен комплект АС №2. На порте PB0 (К2) лог.1, PB4 (К3) лог.1,
PB3 (К1) лог.1. Горит светодиод HL3;
- Ни один комплект АС не подключен или аварийный режим. На порте
PB0 (К2) лог.1, PB4 (К3) лог.0, PB3 (К1) лог.0/1. Горит светодиод HL1.
Транзистор VT1 и сопротивления R1-R2 призваны облегчить режим работы
портов PB0 и PB4 микроконтроллера, хотя есть сомнения в использовании такой
цепи - надо проверять на практике. Устройство в принципе работает, прошивка
написана по мотивам статей С.Рюмика. Управляется обычным китайским пультом
с протоколом RC5, у которого есть пара кнопок с альтернативным адресом
устройства. Выкладывать пока ничего не буду - этот проект в состоянии
"мои идеи".
![Загрузить схему в новом окне [90,6кБ]](MyIdeas/Controller_Amp_Class-A.gif)
![Загрузить схему в новом окне [21,8кБ]](MyIdeas/Power_Reserve_Auto.gif)
![Загрузить схему в новом окне [23,0кБ]](MyIdeas/Commutator_AS_CU.gif)
![Загрузить схему в новом окне [20,7кБ]](MyIdeas/Commutator_AS_Control.gif)