Zesilovač 2x 32W s 3D zvukem a fyziologickou regulací řízený procesorem PIC16F84

parametry

Vstupní napětí 220 až 280V / 50 až 60Hzwww.elweb.cz
Maximální příkon 100Wwww.elweb.cz
Maximální dlouhodobý výkon sinus 2x 25W
Maximální krátkodobý výkon sinus 2x 32W
Maximální hudební výkon 2x 50W
Minimální provozní teplota 0°C
Maximální provozní teplota 50°C
Maximální teplota chladiče 80°C
Tepelná elektronická pojistka 150°C
Odstup signál/šum >90dBwww.elweb.cz
Odstup pravý-levý kanál >75dBwww.elweb.cz
Frekvenční rozsah (-3dB) 22 až 80 000Hz
Maximální výstupní proud 2x 5A
Vstupní napětí linkový, sluchátkový výstup
Celkové harmonické zkreslení (P<25W) <0,03%
Celkové harmonické zkreslení (P=32W) 0,5%
Účinnost koncového stupně 70%
Pojistka proti zkratu na výstupu max. 1hodina
Minimální impedance zátěže 4ohmwww.elweb.cz
Doporučený maximální příkon zátěže min. 50VAwww.elweb.cz
www.elweb.cz

korekční předzesilovač

K realizaci korekčního předzesilovače je použit integrovaný obvod TDA4292 firmy Siemens. Obvod je zapojen podle doporučeného zapojení z datasheetu k tomuto čipu [1]. Podle napětí na vstupech (vývody 2,3,23,24) se reguluje s logaritmickým průběhem hlasitost, vyvážení, hloubky a výšky. Tyto vstupy jsou připojeny na měnitelné odporové děliče napětí – potenciometry R1 až R4. Napětí se reguluje od 0V až do hodnoty interního referenčního napětí čipu (vývod 1). Ke vstupu pro regulaci hlasitosti (vývod 24) je přes diodu D8 a odpor R12 připojen výstup mikrokontroléru B2 (vývod 8). Při logické nule na B2 mikrokontroléru se téměř okamžitě (za čas t=R12*C4=0,01s) vybije kondenzátor C4 => na vstupu hlasitosti bude 0V a bude tedy nulová hlasitost (funkce „mute“). Při vzestupné hraně na B2 mikrokontroléru nebo při zapnutí zdroje se začne kondenzátor C4 přes odpor R5 a část odporové dráhy potenciometru R4 opět nabíjet až na hodnotu napětí určenou polohou potenciometru pro regulaci hlasitosti R4 (funkce pozvolného náběhu hlasitosti.) Čas pozvolného náběhu hlasitosti, je závislý na poloze potenciometru hlasitosti. Obvod TDA4292 umožňuje rozšířit stereofonní bázi o 70% přivedením logické nuly (0V) na vstup (vývod 18). Ten je přes diodu D8 připojen na výstup RB3 mikrokontroléru (vývod 9). Obdobně funguje i vstup pro zapnutí/vypnutí fyziologické regulace hlasitosti, tedy pro zvýraznění výšek a hloubek při tiché reprodukci. Ten je připojen přes diodu D7 na RB1 (vývod 7) mikrokontroléru. www.elweb.cz

mikrokontrolér
Mikrokontrolérem PIC16F84 jsou řízeny následující funkce:
- zapnutí/vypnutí fyziologické regulace hlasitosti
- zapnutí/vypnutí rozšíření stereofonní báze
- opožděné připojení reproduktorů při zapnutí (zabraňuje lupnutí)
- předčasné odpojení reproduktorů při vypnutí (zabraňuje lupnutí)
- odpojení vstupů (mute)
- efekt běžícího světla na čtyřech indikačních led
- indikace přebuzení

Oboustranné komunikační porty B4 až B7 jsou v programu nastaveny jako výstupy a připojeny k indikačním led. Tyto led diody svítí při logické 1. Porty A0 až A3 jsou nastaveny jako vstupy a připojeny k tlačítkům. Při stisku tlačítka je na nich logická 1 (5V). Port A4 je rovněž vstup a slouží pro zjištění přebuzení vstupů. B0 vede přes proud zesilující tranzistor T1 na cívku relé, které připojuje zem k oběma reproduktorům. B1 a B3 slouží k zapínání/vypínání rozšíření stereofonní báze a fyziologické regulace hlasitosti. B2 pak k odpojení vstupů respektive snížení hlasitosti na nulovou hodnotu. Taktovací frekvence mikrokontroléru je dána odporem R17 a kondenzátorem C8 a je přibližně 100kHz. Vlastní frekvence čipu je pak čtvrtinová, tedy 25kHz. www.elweb.cz

indikátor vybuzení
Rezistory R9, R10 a R18 směšují pravý a levý vstup s útlumem 1/10. Tento signál jde pak do neinvertujícího vstupu operačního zesilovače TL072P v zapojení neinvertujícího zesilovače se zesílením cca 1000. Na jeho výstupu je led dioda D1 indikující připojení vstupů a přes odporový dělič napětí i port (vstup) A4 mikrokontroléru. www.elweb.cz

zdroj a stabilizátory
Transformátor o výkonu 70VA a sekundárním napětí 2x14V AC je namontován přímo na desce plošného spoje, tedy relativně blízko vstupům. Proto musí být toroidní aby nestacionární magnetické pole v jeho okolí bylo co nejmenší a nepřenášel se brum o frekvenci 50Hz do těchto vstupů. Výkon zesilovače je 2x 32 W rms. A jeho účinnost je přibližně 70%. Maximální příkon zesilovače je:

P = 2 x 32 x 100/70 = 92W www.elweb.cz

Tento příkon by zesilovač odebíral ze zdroje pouze při maximálním trvalém sinusovém výkonu, který v praxi nebude nikdy potřeba. Stačí tedy s rezervou transformátor o výkonu 70VA. Primár transformátoru je přes vypínač na obou drátech a pomalou (T) pojistku 630mA/250V připojen na PC konektor pro síťové napětí. Držák pojistky je součástí konektoru. Za sekundárem následuje usměrňovací diodový můstek složen z diod D15 až D18 a filtrační kondenzátory C25, C26, C31, C32. www.elweb.cz

Napětí po usměrnění je druhá odmocnina ze dvou krát efektivní napětí, tedy 20V www.elweb.cz

Maximální proud je maximální výkon dělený napětím po usměrněný, tedy 92/20 A = 4,6A www.elweb.cz

Maximální pokles napětí (U_x) při plné zátěži určíme na cca 5V, celková kapacita kondenzátorů pro jednu větev se spočte: www.elweb.cz

C = (t x l)/U_x = (0,01 x 4,6)/5 F = 9,2mF

Tuto kapacitu realizují vždy dva kondenzátory 4,7mF. www.elweb.cz

Předzesilovač vyžaduje stabilizované napětí 12V a mikrokontrolér 5V. Pro stabilizaci jsou použity tří-vývodové stabilizátory 7812 a 7805 doplněné stabilizačními kondenzátory 100nF. www.elweb.cz

koncový zesilovač www.elweb.cz

Koncové stupně zesilovače jsou zapojeny až na drobné úpravy podle doporučeného zapojení převzatého z datasheetu k obvodu TDA2050 firmy SGS-Thomson [4]. Zesilovač má maximální dlouhodobý sinusový výkon 2x 32W, tedy 2x 50W hudebních. Tento výkon je však mírně omezen zdrojem. Čipy jsou umístěny na dostatečně velkém chladiči. www.elweb.cz

konstrukce www.elweb.cz

Plošný spoj zesilovače byl navržen tak, aby se včetně toroidního transformátoru, všech konektorů a chladiče vešel do plastové krabičky s vnějšími rozměry 200 x 160 x 60 mm. Takovou prodávají například v GM el. pod označením U-SP7770 za cca 120Kč. Do předního panelu se vyvrtají otvory pro led, tlačítka, cinch konektory a hlavní vypínač na 230V (nejlepší je když vypíná fázi i nulák zároveň). Z levé strany krabičky se udělají otvory na výstupní xlr canon konektory pro repro a otvor pro pc zásuvku na 230V se zabudovaným pouzdrem pro pojistku (!). Zadní panel se nahradí chladičem podobné velikosti jako je velikost panelu a hloubky cca 3 až 6 cm.www.elweb.cz

popis ovládání uživatelem www.elweb.cz

www.elweb.cz

1 Chladičwww.elweb.cz
2 XLR konektory výstupůwww.elweb.cz
3 Konektor 230V ACwww.elweb.cz
4 Pouzdro na pojistku 630mA / 250V
5 Hlavní vypínačwww.elweb.cz
6 Cinch vstupywww.elweb.cz
7 Led indikující připojení vstupůwww.elweb.cz
8 Potenciometr regulace hlasitostiwww.elweb.cz
9 Potenciometr regulace vyváženíwww.elweb.cz
10 Potenciometr regulace výšekwww.elweb.cz
11 Potenciometr regulace hloubekwww.elweb.cz
12 Led indikující zapnutí funkce „fyziologická regulace hlasitosti“
13 Led indikující zapnutí funkce „rozšíření stereofonní báze“
14 Led indikující přebuzení na vstupechwww.elweb.cz
15 Led indikující zapnutí zesilovače / při blikání funkci „odpojení vstupů - mute“
16 Tlačítko zapnutí/vypnutí funkce „fyziologická regulace hlasitosti“
17 Tlačítko zapnutí/vypnutí funkce „rozšíření stereofonní báze“
18 Tlačítko zapnutí/vypnutí efektu „běžící světlo“
19 Tlačítko zapnutí/vypnutí funkce „odpojení vstupů - mute“

www.elweb.cz Po připojení síťového kabelu do konektoru (3) a zapnutí zesilovače hlavním vypínačem (5) bliknou krátce všechny 4 indikační led (12,13,14,15). Pokud je připojen alespoň jeden ze vstupů (6), rozsvítí se led indikující vstupní napětí (7). „Lupne“ relé které připojí zem na výstupní konektory (připojí reprobedny). Začne pozvolna nabíhat hlasitost až do hodnoty nastavené potenciometrem pro ovládání hlasitosti (8) a zároveň se začne plynule rozsvěcet led indikující zapnutí (15). Po naběhnutí hlasitosti se zapne funkce „fyziologická regulace hlasitosti“ indikovaná led diodou (12) a i funkce „rozšíření stereofonní báze“ indikovaná led diodou (13). Reproduktorové bedny se připojují přes XLR (Canon) konektory (2). Na kostře konektoru a na pinu číslo 1 je po sepnutí relé zem a na pinech 2 a 3 je signál. Na vstupy (6) je možné pomocí cinch konektorů a příslušného kabelu připojit buď linkový výstup nebo výstup pro sluchátka libovolného audio zařízení. Potenciometry (8,9,10,11) se v řadě reguluje hlasitost, vyvážení, výšky a hloubky. Obě funkce („fyziologická regulace hlasitosti“ a „rozšíření stereofonní báze“) jsou implicitně zapnuty. Vypnout se dají tlačítky (16,17). „fyziologická regulace hlasitosti“ zvýrazňuje nízké a vysoké kmitočty při snížené hlasitosti, protože při nižších hlasitostech tyto kmitočty lidské ucho vnímá méně. „rozšíření stereofonní báze“ zesiluje rozdíly mezi pravým a levým kanálem asi o 70% a vytváří tak dojem prostorového zvuku. Při zapínání funkce příslušná led nejprve rychle dvakrát zabliká a až pak se rozsvítí a daná funkce se se zpožděním cca 1s zapne. Vypnutí se provádí opětovným stiskem tlačítka. Tlačítkem (18) lze zapnout ozdobný efekt běžícího světla na čtyřech indikačních led (12,13,14,15). Opětovným stiskem tlačítka (18) se efekt vypne. Tlačítkem (19) se odpojí vstupy respektive se nastaví nulová hlasitost předzesilovače. Na většině zesilovačů je tato funkce označována jako „mute“. Pokud je tato funkce „zapnuta“ – vstupy jsou odpojeny – pomalu a s nízkou střídou bliká led indikující zapnutí zesilovače (15). Opětovným stiskem tlačítka (19) led dioda (15) přestane blikat, začne se plynule rozsvěcet a současně začne plynule nabíhat hlasitost až na hodnotu nastavenou potenciometrem (8), poté led (15) opět stále svítí. Při přebuzení jednoho nebo obou vstupů začne blikat led dioda (14). Pokud přebuzení trvá déle než 2s, jsou vstupy odpojeny, začnou blikat všechny čtyři led (12,13,14,15) a zesilovač se uvede do funkce „odpojení vstupů - mute“. Pokud se kterékoli z tlačítek podrží déle než 5s, mikrokontrolér se restartuje. Po vypnutí zesilovače hlavním vypínačem (5) nejprve odskočí relé – odpojí se reprobedny a poté ještě několik vteřin svítí led, které svítily před vypnutím. Hlavní vypínač odpojuje přímo 230V a to oba vodiče – nejedná se o stav „stand-by“ apod. Po vypnutí tedy není ze sítě odebírán žádný proud. Chladič (1) je dostatečně velký a i při stálé zátěži a maximálním výkonu jeho teplota nepřekročí cca 50°C. Koncové stupně mají elektronickou tepelnou pojistku nastavenou na 150°C a pojistku proti zkratu výstupu vůči zemi.

www.elweb.cz literatura

[1] Siemens: datasheet TDA4292
[2] Microchip: datasheet PIC16F84
[3] National Semiconductors: datasheet TL072
[4] SGS-THOMSON microelectronics: datasheet TDA2050
[5] Jiří Hrabáček: Programování mikrokontrolérů PIC16CXX
[6] Ulrich Dietmeier: Vzorce pro elektroniku


Poznámka: Toto byla moje ročníková práce v 2.ročníku SPŠ ST.

obrázek/schéma ve formátu gif
plošný spoj ve formátu gif (spodní strana)
rozložení součástek na plošném spoji ve formátu gif
fotografie/obrázek ve formátu jpg
seznam/tabulka ve formátu xls
program pro mikrokontrolér ve formátu hex (stažení: pravé tlačítko > uložit cíl jako)program pro mikrokontrolér ve formátu asm (stažení: pravé tlačítko > uložit cíl jako)