Усилитель для компьютера с управлением на МК.

Давно хотелось сделать себе нормальный усилитель для компьютера, но все никак "руки не доходили"… Китайские активные колонки надоели, хорошего звука из них особо не услышишь, а если покупать нормальную систему, то цены кусаются.
Поэтому наконец решился.

И так решил собирать. На бумаге сначала прикинул блок-схему будущего УЗЧ. От предварительного усилителя с регулировками на переменных резисторах решил отказаться и сделать электронную регулировку, коммутация входов тоже электронная, также нужна будет и защита АС, желательно контроль температуры выходных каскадов УЗЧ, индикация выходной мощности усилителя, индикация стерео баланса и в добавок попробовать втиснуть в него FM-тюнер.
С выбором оконечного УЗЧ определился сразу, так как после ремонта одной «китайской» шарманки у меня остались микросхемы УНЧ TDA 2050. Мощность этих микросхем до 25 Вт на нагрузку 4 Ома, что для меня будет вполне достаточно. Схема одного канала УМ будет такая.

После рыскания по "нету" по поиску предварительного усилителя (желательно с управлением на мк) нашел интересную конструкцию: предварительный собран на TDA7313, имеет 3 входа, управление по шине I2C, выход псевдо-квадро. Управление собрано на ATmega16-16PI, автор – Дойников Андрей (aka dt_andrew с Радиокота). Все компоненты были в наличии. Это сыграло решающую роль в решении сборки данного устройства. Платы решил разрабатывать сам.
Кому интересно, то описание можно будет посмотреть здесь (radiokot.ru/circuit/audio/amplifier/31/).

FM - тюнер решил собирать на RDA5807M, управление на PIC16F88, индикация на LCD Nokia 5110 (Архив скачан с сайта PICHOBBY.LG.UA.). Схема управления простая, без излишеств. Основа схемы - микроконтроллер PIC16F88. Данные выводятся на ЖК – дисплей от Nokia 5110, ну и УНЧ для приёмника соответственно применил описываемый в этой статье.

По блоку питания были проблемы. Трансформатор на 150 Вт (тороид) не нашел по приемлемой цене. Решил собирать импульсный БП, для меня это оказалось проще, так как с комплектующими проблем не было. В расход пошли паленые ИБП компов, в которых у меня недостатка нет.

Порядок сборки усилка.

Начал собирать с ИБП. Остановился на ИБП с «квакающей» защитой. Параметры импульсного транса пересчитал в проге Lite-CalcIT(2000). Частота работы IR 2153 – около 40 kHz. Транс использовал от ИБП компа. С начала разобрал его, смотал все обмотки, почистил и намотал необходимые обмотки, рассчитанные по программе. Как разбирать транс много рассказывалось в нете. Вот мой способ – просто прокипятил в воде (около 15-20 мин.) и после этого легко разбирается (проверено не однократно). Включение БП по сигналу от модуля управления на мк (реализовано на симисторе BT 136-600 и оптопаре MOC 3061). По проектированию ИБП на IR 2153 в нете много рассказано. Проблем не должно быть.

Желательно собрать на макетной плате IR 2153 с обвязкой. Проверить частоту генератора (в моем случае 40кГц). Номиналы R8, C5 рассчитал на калькуляторе для данной мс, затем на работающей схеме подобрал данные элементы для расчетной частоты.

Первое включение – все работает, напряжение под нагрузкой 3А на каждое плечо около +24В, -24В. Желательно проверить напряжение питания IR 2153 (должно быть около 14В). В самой мс встроен стабилитрон на 15В и если напряжение превышает напряжение стабилизации, то он открывается и ток потребления мс увеличивается и она начинает греться. Подбор резистором R 6 (в моем случае установил 36к).

Плата ИБП

Да, собирать импульсный блок питания Вам не обязательно, это мне просто проще было его собрать. Соберите лучше обычный трансформаторный БП с близкими характеристиками. Например такой, как на "Радиокоте". Схему привожу ниже.

Вместо трёх трансформаторов можно поставить два (объединить 24В и 12В), так как при использовании режима "STANDBY", основной трансформатор будет отключаться от сети, но напряжение 5 вольт для обеспечения этого режима работы - должно присутствовать всегда. То есть на 5-ти вольтовый БП нужно поставить отдельный маломощный транс. У меня пока режима STANDBY нет, поэтому БП один.

Далее собираем Блок усилителя мощности на 4 канала. Включение TDA 2050 типовое, согласно датшиту. Все также подробно описывается в нете. Проблем не должно быть.
Без изменения в схеме можно так-же ставить микросхемы УМ LM1875 и TDA2030. При применении последней, желательно немного снизить напряжение питания до 20-22В (обмотки на трансформаторе по 15-16 вольт).

Все монтируется на общем радиаторе через силиконовые прокладки.

Первое включение блока УЗЧ я проводил от лабораторного БП. На всякий случай. Все работало нормально.
Проверил напряжение на выходе TDA 2050, вернее отсутствие его (должно быть около 0 В). Нагрузка – резистор 50 Вт на 4 Ома (он как реостат).
Проверил мощность усилителей, подав сигнал от генератора. Ограничение синусоиды наступало при мощности около 28 Вт. Напряжение выхода около 10,5 В. Питание 24 В (двух-полярное). После этого проверил и от «штатного» ИБП усилителя. Все нормально.

Далее собираем предварительный усилитель. Включение мс согласно датшиту.

Далее сам модуль управления.

Модуль управления совместно с предварительным усилителем обеспечивает;

1. Регулировка громкости (16 уровней) как в старой версии;

2. Регулировка усиления (4 уровней);

3. Регулировка тембра НЧ (16 уровней);

4. Регулировка тембра ВЧ (16 уровней);

5. Регулировка баланса фронтальных колонок (16 уровней);

6. Регулировка баланса тыловых колонок (16 уровней);

7. LOUDNESS - Вкл/выкл тонкомпенсации;

8. Режим MUTE;

9. Режим STANDBY (дежурный режим);

10. Показ времени в режиме MUTE и STANDBY а также по истечению 10 сек, когда не было нажатий на клавиатуре и других управляющих воздействий;

11. Управление всеми функциями с клавиатуры, пульта дистанционного управления (ПДУ) ПДУ работает по стандарту RC-5, как одним из самых распространенных (я эту функцию не использовал);

12. Управление с помощью Валкодера (encoder) (я эту функцию не использовал);

13. Контроль температуры радиаторов или внутренней температуры в корпусе по двум каналам. На основе датчиков от DALLAS DS18x20. При превышении установленной температуры контроля включается вентилятор охлаждения.

Печатная плата модуля управления. 3 D модель платы.

Да, у меня на схеме блока управления стоит ещё и логическая микросхема (К561ЛА7). Это я делал для себя, для управления двух-цветным светодиодом. У себя Вы эту микруху можете не ставить, а так-же всю её обвязку, ну и разъём "POWER_IND".

При проверке работоспособности ПУ с блоком управления выявилась небольшая проблема: ПУ работал не стабильно, некоторые функции блока управления оказались не функционировали (не устанавливалось время, не корректно работала мс TDA7313). Поменял TDA7313 на PT2313 (полный налог), думал что мс не исправна, но проблемы не ушли. Так что все мс исправны.

Проблема устранилась просто – на мс заводится две «земли» цифровая и аналоговая, цифровою подключил на модуль управления к меге16 (по датшиту все земли должны соединяться в блоке питания). После этого всё нормально заработало.

Индикатор выходной мощности собирал на LM3915N. Схема включения данной мс:

3D модель печатной платы индикатора мощности.

При помощи перемычек (джамперов Jmp1) предусмотрено переключение режимов работы индикации на светящуюся (бегающую) точку или линию.

Блок защиты АС. Применил  проверенную не однократно схему от «советского» усилка (если не изменяет память «Бриг»). Принцип работы – при включении усилителя - задержка включения АС, при появлении постоянного напряжения (любой полярности) на выходе УЗЧ - отключается АС. Схема и внешний вид платы:

Индикация стерео-баланса собрана на мс LM 741 (аналог КР140УД708, 608). Принцип работы – контролирует напряжение на выходе правого и левого каналов, при превышении напряжения в каком-либо канале включается светодиод. Наглядно, и не надо «вслушиваться».
Схему не привожу, кому нужно, напишите в комментариях.

Все блоки устанавливаются в корпус подходящих размеров и соединяются между собой.
Схему соединений не рисовал, привожу схему соединений с сайта "Радиокот". В принципе всё Вам должно быть понятно, сложностей разобраться нет.
Да, на моём блоке управления имеются ещё разъёмы LED1 и LED2, которые не обозначены на схеме соединений, так вот, к этим разъёмам подключаются светодиоды для индикации выбранных режимов. К гнезду "+5V" подключаются все аноды светодиодов, а к остальным разъёмам - светодиоды соответствующие названиям выбранных режимов.  

К разъёму "KEYBOARD" блока управления - подключаются кнопки управления режимами работы (клавиатура).
Клавиатура построена в виде матрицы из 12 кнопок (4х3):. Энкондер и ПДУ я не использовал. Схема соединения кнопок представлена ниже.

Кнопками можно выбирать следующие режимы работы;

INPUT1 - выбор канала №1 ПУ;

INPUT2 - выбор канала №2 ПУ;

INPUT3 - выбор канала №3 ПУ;

LOUDNESS - включение/выключение режима тонкомпенсации;

MUTE - выключение звука (выключение происходит плавно, а не резко). Повторное нажатие включает звук;

STANDBY - выключение усилителя (дежурный режим). Происходит отключение усилителя мощности и его источника питания, процессорный модуль продолжает работать в дежурном режиме, источник +5V не отключается от сети;

MENU - кнопка для входа в дополнительное меню, в нем можно установить такие параметры, как время, дата, температуру срабатывания датчиков, температуру контроля радиаторов; При повторном нажатии на эту кнопку, происходит возврат в основное меню управления усилителем БЕЗ СОХРАНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ. Чтобы выбранные параметры были сохранены, надо будет нажать на кнопку SET.

SET - как сказано выше, это сохранение введенных новых параметров в подменю. В главном меню при нажатии на кнопку SET, можно посмотреть температуру радиаторов. Информация выводиться в течении 2-3 сек.

UP/DOWN - переход к предыдущему/следующему пункту меню или субменю;

LEFT/RIGHT - уменьшение/увеличение соответствующего параметра, который отображается на индикаторе.

Основные кнопки отрабатываются программой практически мгновенно, а вот нажатие и отклик на кнопку STANDBY требуется нажатии в течении приблизительно 3 секунд. Кнопок MUTE и LOUDNESS около 1 секунды. Это сделано для исключения срабатывания при случайном нажатии на эти кнопки особенно если используется пульт ДУ.
На передней панели кнопки можно расположить или все вместе, или так, как Вам удобно будет управлять режимами работы усилителя. Я расположил их так, как удобно было мне.

Главное меню программы для управления усилителем состоит из следующих пунктов:

Volume (Громкость)

Attens (Усиление)

Bass (Тембр НЧ)

Treble (Тембр ВЧ)

Balans F (Баланс фронтальных колонок)

Balans R (Баланс тыловых колонок)

Как описывалось ранее, перемещение по пунктам меню осуществляется кнопками UP/DOWN, а регулировка выбранных параметров - кнопками LEFT/RIGHT. В этом режиме работает также клавиша SET, при нажатии на которую в течение 3 секунд выводятся значения температуры от датчиков.

Ещё при нажатии на кнопку "MENU" мы попадём в дополнительное меню для установки времени, даты и максимальной температуры для включения вентиляторов охлаждения. Это меню состоит из следующих пунктов:

"Set Time : Hour " (установка часов),

"Set Time : Min " (установка минут),

"Set Time : Sec " (установка секунд),

"Set Date : Day " (установка дня недели),

"Set Date : Mes " (установка месяца),

"Set Date : Year " (установка года),

"Set MAX DS18x20 " (установка температуры включения вентиляторов) - можно выбрать значения от 45 до 75 градусов.
Перемещение по пунктам меню здесь так-же осуществляется кнопками UP/DOWN, а регулировка параметров кнопками LEFT/RIGHT. В любом из выбранных пунктов, если мы нажмем на кнопку MENU, то вернемся в главное меню без записи новых значений, а если нажмем кнопку SET, то с сохранением введенных параметров.
А здесь можете посмотреть демонстрационный ролик.

Конструкцию радиоприёмника здесь не описываю, так как это дополнительная примочка к моей конструкции. Если кому интересно, то все файлы по его сборке помещу в прицепе. Там же будут все основные файлы и прошивки для сборки усилителя.
Вот в принципе всё, что хотел до Вас довести. Удачи Вам в творчестве!

 Скачать файлы кострукции усилителя.