категория Схемы аудиотехники материалы в категории * Подкатегория Схемы устройств коммутации и индикации аудиосигналов и предусилителей
Электронные коммутаторы входных сигналов в сравнении с электромеханическими обладают большей надежностью, имеют меньшие габариты и массу и более удобны в управлении.
Наряду со всеми перечисленными достоинствами, предлагаемый вниманию радиолюбителей коммутатор отличается простотой схемного решения и оригинальной индикацией подключаемого входа.
Вносимые им во входной сигнал нелинейные искажения при нагрузке не менее 1 МОм и входном сигнале до 0,5 В составляют около 0,001%. Входы переключаются всего одной кнопкой.
Схема коммутатора входов звукового сигнала
Работает коммутатор следующим образом:
При включении питания происходит сброс счетчиков DD1 и DD2, при котором на всех (кроме выхода 0) выходах счетчика DD2 устанавливается уровень логического нуля. На выходе 0 устанавливается уровень логической единицы» Это напряжение открывает соответствующие ключи коммутаторов DD3 и DD4, сигналы со входов Вх1 проходят на выход коммутатора.
Индикатор HG1 индицирует это состояние как 0, что соответствует подключению первого входа. При однократном нажатии на кнопку выбора входного сигнала SB1 на вход счетчиков DD1 и DD2 поступает импульс, при котором на индикаторе HG1 загорается 1, а уровень логической единицы с выхода 0 счетчика DD2 сдвигается на выход 1» Напряжение, появившееся на этом выходе, окрывает соответствующие ключи коммутаторов DD3, DD4, после чего к выходу коммутатора подключаются его вторые входы Вх2.
Аналогичные процессы сопровождают нажатие на клавишу второй и третий раз, при которых подключаются третий и четвертый входы. При нажатии на кнопку SB1 в четвертый раз снова происходит сброс счетчиков DD1 и DD2, т. е. к нагрузке опять подключаются первые входы, индикатор HG1 индицирует 0 и процесс повторяется с самого начала.
В коммутаторе можно использовать и способ индикации подключаемых входов с помощью светодиодов HL1 - HL4 (часть схемы, обведенная штрих-пунктирной линией), при этом надобность в микросхеме DD1 и индикаторе HG1 отпадает.
При монтаже вместо микросхемы К176ИЕ8 можно использовать К561ИЕ8, К561ИЕ9. Микросхему К561КТЗ вполне заменит К176КТ1, но при этом примерно в пять раз увеличатся нелинейные искажения.
Коммутатор переключает до четырех различных стереофонических источников сигнала звуковой частоты. Он предназначен для установки на входе предварительного усилителя звуковой частоты аудиоцентра. Коммутация - квазисенсорная, при помощи четыре переключающих кнопок без фиксации. Индикация номера включенного входа при помощи одноразрядного светодиодного семисегментного индикатора (показания от "0" до "3").
Роль переключающего устройства выполняет двухканальный четырех-позиционный мультиплексор. Принципиальная схема показана на рисунке. Квазисенсорное устройство выполнено на основе четырех-фазного триггера D1 - К561ТМ3. К его входам подключены четыре кнопки S1 - S4. Первоначально, при включении питания все триггеры микросхемы установлены в нулевое положение, поскольку контакты кнопок S1-S4 в исходном не нажатом состоянии подают на все входы "D" логические нули.
При этом на выходах триггеров устанавливаются так же нули, и включается первый вход, потому что на управляющие входы (выв. 10 и 9) мультиплексора D2 через резисторы R6 и R7 поступают нули и открываются первые каналы мультиплексора. Одновременно, эти же нули поступают на входы дешифратора D3 и индикатор Н1 индицирует "0".
При нажатии на кнопку S1 положение не изменяется. При нажатии на кнопку S2 на вывод 7 D1 поступает единица через R3, и в это же время через S2 на общие входы С1 (вывод 5) поступает нуль. В результате состояние с входа D второго триггера переносится на его выход и второй триггер микросхемы D1 устанавливается в единичное состояние. При этом на выводе 10 D1 устанавливается единица, которая через диод VD2 поступает на вывод 10 D2 и вывод 5 D3. В результате мультиплексор закрывает свои первые каналы и открывает вторые, подключая вход 2 (Х2) к выходу (Х5). На индикаторе появляется цифра "1".
При нажатии на кнопку S3 единица через R4 поступает на вход D третьего триггера (вывод 13), а нуль на общий вход С1 (вывод 5). В результате, установленный ранее в единичное состояние второй триггер возвращается в нулевое, а третий переходит в единичное. При этом на выводе 11 D1 устанавливается единица, которая через диод VD3 поступает на управляющий вход 2 (вывод 9) D2 и на вывод 3 D3. В результате разъем Х5 по внутренним каналам мультиплексора D2 переключается на третий вход (разъем ХЗ), а на индикаторе Н1 отображается цифра "2".
При нажатии на кнопку S4 четвертый триггер переходит в единичное состояние, а третий, или какой то другой, включенный до того, устанавливается в нулевое положение. В результате единица появляется на выводе 1 D1 и она через диоды VD1 и VD4 поступает одновременно на оба управляющих входа D2 и на оба входа D3. В результате включается четвертый вход (Х4), и на индикаторе отображается цифра "3".
Таким образом, нажатие на любую кнопку приводит к установке одного триггера, к входу D которого подключена эта кнопка, в единичное состояние. При этом любой" другой триггер, который был установлен в единичное состояние ранее, принудительно переводится в нулевое. Поэтому кнопка S1 служит для перевода в нулевые состояния всех остальных трех триггеров, и таким образом получается на входе D2 код "00" и включается первый вход.
Мультиплексор D2 питается двухполярным напряжением, отрицательное напряжение, поступающее на вывод 7 должно быть не более 5В и не менее 1 В, оно служит для переноса входного сигнала в линейный участок передаточной характеристики открытого канала мультиплексора, в котором коэффициент нелинейных искажения сигнала ре превышает 0,01%. При отсутствии отрицательного напряжения КНИ может возрасти до нескольких процентов. Нужно учитывать, что разность потенциалов, приложенная между выводами 16 и 7 D2 не должна превышать 15В (9+5=14В).
При отсутствии дешифратора К176ИД2 или семисегментного индикатора можно сделать индикации при помощи четырех светодиодов, при помощи которых подсвечивать кнопки. Светодиоды нужно, через транзисторные ключи, подключить к выходам всех четырех триггеров D1 (выход первого - вывод 2, на схеме он не показан).
Мультиплексор К561КП1 можно заменить на два мультиплексора К561КП2, используя каждый только на половину (К561КП1 переключает восемь одноканальных входа). Микросхему К561ТМ3 можно заменить на К176ТМ3. К176ИД2 можно заменить на К176ИДЗ или на КР514ИД2, но при этом питание прийдется понизить до +5В. Диоды КД522 можно заменить на КД521, КД503, или даже на Д9 или Д220-Д223.
Если будет использоваться индикатор Н1 с общими катодами, нужно его общий вывод подключить к общему проводу и подать логический нуль на вывод 6 D3.
Когда для нескольких устройств используется один усилитель с одним входом, необходим переключатель входов для усилителя. Для удобства переключатель нужно сделать дистанционным. В качестве коммутирующего элемента используется мультиплексор D4. Это микросхема КМОП серии. Коммутация происходит изменением сопротивления канала полевого транзистора.
Принципиальная схема переключателя двух каналов на четыре направления изображена на рисунке.
Каналы этой микросхемы отличаются высокой линейностью в различном диапазоне коммутируемых аналоговых сигналов,кроне того микросхема позволяет коммутировать как сигналы положительной полярности, так и отрицательной (для этого на микросхему подается двухполярное напряжение питания). Информация о необходимости включения определенного входа поступает в двоичном коде на выводы 10 и 9 микросхемы. При коде числа на этих входах "0" (00) включаются X1 и У1, при коде "1" (01) - Х2 и У2, при коде "2" (10) - Х3 и У3, при "3" - (И) Х4 и У4.
Код для переключении мультиплексора формируется регистровым счетчиком D2, который в данном случае используется только как регистр. С помощью кнопок S1 - S4 на входах "1" и "2" этого счетчика формируется двоичный код нужного входа. Например при нажатии на кнопку S4 через диоды VD1 и VD2 на оба входа поступают единичные уровни, при нажатии на S2 - только на первый вход, на S3 - на второй. При нажатии на S1 на обеих входах нули.
Теперь нужно, чтобы этот код был записан в регистры микросхемы D2. При нажатии на любую из кнопок на одном из входов элемента D1.1 появляется единица, на его выходе ноль. Конденсатор С2 разряжается через резистор R3 и после того как напряжение на ней достигнет логического нуля на выходе элемента D1.2 возникает единица.
Положительный импульс зарядного тока конденсатора С5 поступает на вывод 1 микросхемы D2 и переносит установленный на её входах "1" к "2" код в память, одновременно этот код появляется на её выходах "1" и "2" (выводы 6 и 11), откуда код поступает на управляющие входы мультиплексора D4. Теперь можно отпустить нажатую кнопку, и код на выходах микросхемы D2 не изменится.
Подавление дребезга контактов в данной схеме происходит за счет того что при отпускании кнопки, на входе элемента D1.2 логическая единица устанавливается не сразу, а по истечении времени зарядки конденсатора С2 через резистор R3. Во время дребезга на выходе элемента D1.1 будут импульсы, которые не дадут конденсатору С2 зарядиться до уровня единицы. Это только тогда будет возможно, когда кнопка будет полностью отпущена.
Для индикации номера включенного входа используется светодиодный семисегментным индикатор Н1. Он показывает номера входов - "0", "1", "2" и "3". Микросхема D3 преобразует двоичный код на своих входах в семь сигналов управления сегментами индикатора.
В момент включения схему устанавливается в положение включенного первого входа "0". Для этого используется цепь C1 F2. При включении зарядный ток конденсатора С1 создает положительный импульс на выводе 9 микросхемы D2. Этот вывод используется для установки счетчика и регистра в состояние, когда ка всех выходах нули. Это состояние хранится в памяти до тех пор, пока не будет нажата одна из кнопок.
Вместо микросхем К561 можно использовать такие-же из серии К564. Дешифратор D3 можно заменить на К176ИД2 или К514ИД1. В первом случае совсем другая цоколевка, а во втором потребуется индикатор с общим катодом, например АЛС3 24А, его выводи 3, 9 и 14 придется соединить с общим проводом.
В любительской практике часто возникает необходимость периодического подключения различных источников звука к одному оконечному усилителю. Каждый раз при этом переставлять разъемы - занятие утомительное. Намного удобнее подключить нужный источник звука простым поворотом ручки переключателя стереофонического электронного коммутатора сигналов, который можно собрать из предлагаемого набора. Он предназначен как для использования в составе любительского усилителя низкой частоты (например, наборы NM2011 или NM2012 - УНЧ, наборы NM2111 или NM2112 - блок регулировок тембра и громкости), так и для самостоятельного применения в различных низкочастотных усилительных устройствах.
Технические характеристики
Напряжение питания [В]...................................................................6-23
Ток потребления не более [мА]...............................................................5
Полоса частот [кГц]...................................................................0.02-1000
Напряжение шумов [мкВ].........................................................................5
Максимальный уровень входного сигнала (эфф.) [В]....................5
Входное сопротивление не менее [кОм]..........................................100
Выходное сопротивление не более [Ом]..........................................400
Коэффициент гармоник не более [%]...............................................0.03
Переходное затухание между входами не менее [дБ]....................75
Описание работы электронного коммутатора
Плата коммутатора в сборе показана на Рис. 1. Электрическая схема стереофонического электронного коммутатора (Рис. 2) построена на основе микросхемы TDA1029, которая представляет собой стереофонический четырехканальный аналоговый мультиплексор. Готовое устройство имеет пять стереовходов и один выход.
Сигналы, подаваемые на вход IN1, поступают непосредственно на микросхему. Это обеспечивает возможность использовать ее полный частотный диапазон, превышающий 1 МГц. Однако рекомендовать его
использование можно только для ограниченного набора источников сигналов. Это связано с тем, что из-за избыточно широкой полосы пропускания микросхемы могут возникнуть помехи от радиостанций, работающих в длинноволновом диапазоне и генераторов, работающих в диапазоне ультразвуковых частот (25...100 кГц). Для ослабления действия возможных помех, во входные цепи IN2...IN4 схемы коммутатора введены ЯС-фильтры низкой частоты (ФНЧ) первого порядка (R1...R6, С9...С14). Подбором характеристик фильтров можно установить необходимую полосу пропускания соответствующего входа.
Входы IN/OUT4 и IN5 - многофункциональные. Вход IN/OUT4 может работать как обычный, универсальный вход, равноценный входам IN2 и IN3. Если необходимо использовать микрофон, к коммутатору дополнительно подключается микрофонный усилитель (в рассматриваемый набор не входит), выход которого соединяют с входом IN5 (на плате обозначен как «input microphone amplifier»). В этом случае разъем IN/OUT4 служит дополнительным выходом микрофонного усилителя, например для записи. При необходимости установить блокировку звука три контакта входа IN5 нужно соединить перемычкой и, установив переключатель SA2, использовать его как быструю блокировку звука (режим «Mute»). Как видно из Рис. 2, нажатие на SA2 приведет к немедленному переключению на заблокированный вход IN4. и звук прекратится. Отпустив кнопку, тут же подключится тот источник, который был прежде. Но в этом случае устройством можно коммутировать всего три входа.
Переключатель SA1 может быть любого типа и устанавливается на передней панели усилителя. На Рис. 2 показано положение иереклю
чателя SA1 при выборе источника сигнала, подключенного к первому входу (IN1). Светодиоды VD1...VD4 также устанавливаются на передней панели и служат для индикации включенного канала. При установке кнопки SA2 светодиод VD4 индицирует режим «Mute».
Переключение каналов мультиплексора происходит при подаче на управляющие выводы микросхемы кодовой комбинации. Соответствие кода, поданного на управляющие выходы, и включенного канала приведено в Табл. 1.
Входное напряжение от источников стереосигнала подается на входы 1...8 микросхемы TDA1029. Кроме того, с вывода 10 на входы 1...8 Микросхемы подается напряжение смещения через резисторы R7...R14.
Конденсаторы Cl...С8 - разделительные. Они предназначены для развязки входных цепей по постоянной составляющей.
В качестве входных разъемов IN1...IN4 используются блоки разъемов RCA («тюльпан»).
Сборка коммутатора
Перед сборкой платы ознакомьтесь с рекомендациями, которые даются в начале этой книги. Чтобы избежать выхода из строя радиоэлементов, старайтесь соблюдать общепринятые правила монтажа. Перечень всех входящих в набор элементов представлен в Табл. 2. Расположение элементов на плате показано на Рис. 3.
При подключении коммутатора к уже имеющемуся УНЧ межблочный монтаж желательно выполнять экранированным проводом для уменьшения влияния помех. Если такой возможности нет, для общей шины необходимо использовать монтажный провод большего сечения.
Правильно собранное устройство настройки не требует. Удачи вам!
Коммутатором называют устройство, позволяющее коммутировать (включать или переключать) электрические сигналы. Аналоговый коммутатор предназначен для коммутации аналоговых, т. е. изменяющихся по амплитуде во времени сигналов.
Отмечу; что аналоговые коммутаторы с успехом можно применять и для коммутации цифровых сигналов.
Обычно состоянием «включено/выключено» аналогового коммутатора управляют подачей управляющего сигнала на управляющий вход. Для упрощения процесса коммутации для этих целей используют цифровые сигналы:
♦ логическая единица - ключ включен;
♦ логический ноль - выключен.
Чаще всего уровню логической единицы отвечает диапазон управляющих напряжений, лежащих в пределах от 2/3 до 1 от напряжения питания микросхемы коммутатора, уровню логического нуля - зона управляющих напряжений в пределах от 0 до 1/3 от напряжения питания. Вся промежуточная область диапазона управляющих напряжений (от 1/3 до 2/3 от величины напряжения питания) соответствует зоне неопределенности. Поскольку процесс переключения носит, хотя и неявно выраженный, пороговый характер, аналоговый коммутатор можно рассматривать по отношению к входу управления как простейший .
Основными характеристиками аналоговых коммутаторов являются:
К числу недостатков переключателя можно отнести то, что предель-
При включении генератора оба ключевых элемента микросхемы разомкнуты. С2 через R5 заряжается до напряжения, при котором ключ DA1.1 включается. На резистивный делитель R1-R3 подается напряжение питания; С1 заряжается через R4, R3 и часть потенциометра R2. Когда напряжение на его положительной обкладке достигнет напряжения включения ключа DA1.2, произойдет разряд обоих конденсаторов, и процесс их заряда- разряда будет периодически повторяться.
Для проверки исправности элементов световой индикации необходимо кратковременно нажать кнопку SA1 «Тест».
При работе на индуктивную нагрузку (электромагниты, обмотки и т. п.) для защиты выходных транзисторов микросхемы вывод 9 микросхемы следует подключить к шине питания, как показано на рис. 23.26.
Рис. 23.24. Структурная Рис. 23.26. включения микросхемы
микросхемы ULN2003A (ILN2003A) (JLN2003A при работе на индуктивную нагрузку
UDN2580A содержит 8 ключей (рис. 23.27). Она способна работать на активную и индуктивную нагрузку при напряжении питания 50 В и максимальном токе нагрузки до 500 мА.
Рис. 23.27. Цоколевка и эквивалентная микросхемы UDN2580A
UDN6118A (рис. 23.28) предназначена для 8-и канального ключевого управления активной нагрузкой при максимальном напряжении до 70(85) В при токе до 25(40) мА. Одна из областей применения этой микросхемы - согласование низковольтных логических уровней с высоковольтной нагрузкой, в частности, вакуумными флуоресцентными дисплеями. Входное напряжение, достаточное для включения нагрузки - от 2,4 до 15 В.
Совпадают с микросхемами UDN2580A по цоколевке, а по внутреннему строению с микросхемами UDN6118A другие микросхемы этой серии - UDN2981 - UDN2984.
Рис. 23.29. Строение и цоколевка микросхемы аналогового мультиплексора ADG408
Рис. 23.28. Цоколевка и эквивалентная микросхемы UDN6118А
Аналоговые мультиплексоры ADG408!ADG409 фирмы Analog Device можно отнести к управляемым цифровым кодом многоканальным электронным переключателям. Первый из мультиплексоров (ADG408) способен переключать единственный вход (выход) на 8 выходов (входов), рис. 23.29. Второй (ADG409) - переключает 2 входа (выхода) на 4 выхода (входа), рис. 23.30.
Максимальное замкнутого ключа не превышает 100 Ом и от напряжения питания микросхемы.
Микросхемы могут питаться от двух- или однополярного источника питания напряжением до ±25 В, соответственно, коммутируемые сигналы по знаку и амплитуде должны укладываться в эти диапазоны. Мультиплексоры отличаются малым потреблением тока - до 75 мкА. Предельная частота коммутируемых сигналов - 1 МГц.
Сопротивление нагрузки - не менее 4,7 кОм при ее емкости до 100 ηФ.
Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.