Начало  gsu.by  Факультет
Разделы
Чечет Павел Леонидович - личная страница

Студентам

Мои проекты

Усилитель на TA8215

Многим радиолюбителям известен факт, что, собрав некоторое устройство, вопрос его внешнего оформления остаётся на последок и выполняется "на скорую руку". Достаточно посмотреть описания самодельных конструкций, чтобы в этом убедится: редко когда любителю удаётся придать своей конструкции достойный вид.

Сейчас ситуация упростилась тем, что наши китайские друзья освоили выпуск различных симпатичных корпусов, которые с успехом можно применять в своей деятельности, получая на выходе достойно выглядещее устройство.

Данный проект задумывался именно с такой целью. В качестве корпуса для усилителя к компьютеру изначально был применён корпус старого CD-ROM'a. Сначала он был встроен в системный блок, потом располагался отдельно.

усилитель в корпусе от CD-ROM

Несмотря на применение заводских ручек регуляторов тембра, оригинальной ручки регулировки громкости с подсветкой, внешний вид получился не ахти. Для того, чтобы придать усилителю заводской вид из китая был заказан симпатичный алюминиевый корпус с кодовым названием A0609. Пример такого корпуса ниже на рисунке:

корпус A0609

Продавцы предлагают множество вариантов этих корпусов, есть с чёрной передней панелью, разной формой ручки регулятора, с разъёмами или без. Я выбрал вариант со всеми разьёмами:

  • "тюльпаны" для подключения источника звука;
  • выходные клеммы для колонок под разъёмы "банан";
  • стандартное гнездо для подключения шнура питания 220v.
При разработке своих конструкций неоднократно сталкивался с тем, что в целях упрощения, соединения делаю без разьёмов, что потом сильно усложняет разборку, ремонт или доработку. В этой конструкции попытался также и этот неприятный момент минимизировать.

Принципиальная схема усилителя приведена на рисунке (схема кликабельна).

схема усилителя, кликни для полного изображения

Теперь рассмотрим её по порядку:

Тонкомпенсированный регулятор громкости

Так как в корпусе предусмотрено место только для одного регулятора, от темброблока пришлось отказаться, а применить тонкомпенсированный регулятор громкости. К сожалению, авторский сайт А.Шихатова более не доступен, но его статьи доступны в сети на других ресурсах. В качестве основы для регулятора взята схема А.Шихатова с Вегалаба: Тонкомпенсированный регулятор громкости с минимальными доработками, касающимися цепей подьёма высоких частот. Я рекомендую в зависимости от типа акустических систем и личных предпочтений откорректировать номиналы на свой вкус, но отталкиваться можно от предложенных номиналов. Понятно, что цепочка R1C1 (второй канал - R11C10) влияет на подьём высоких частот. Цепочки R2C6R3 и R10C19R12 - на подьём низких. Начинать подбирать проще, меняя номиналы конденсаторов C6 и С19. В принципе, цепи тонкомпенсации можно не ставить вообще и получить обычный регулятор громкости.

Усилитель мощности TA8215

В качестве усилителя мощности выбрана микросхема TA8215AH (можно применить и TA8205AH). Выбор обусловлен субьективно более высоким качеством звука, чем у популярных TDA155x. Так как минимально возможное усиление микросхемы получается слишком высоким (40dB), на входе применён делитель напряжения, ослабляющий сигнал примерно в 10 раз. В этом случае чувствительность всего усилителя получается примерно 700мВ, что вполне достаточно для подключения выхода звуковой карты компьютера. Схема включения микросхемы TA8215 соответствует рекомендованной производителем.

Питание

Микросхема TA8215 рассчитана на автомобильное применение, её напряжение питания находится в диапазоне 9~18 вольт. Для усилителя возможно применить подходящий по габаритам трансформатор с таким выходым напряжением, чтобы при отсутствии звука напряжение питания не превышало 18 вольт. В противном случае возможен "пробой" микросхемы. По хорошему, трансформатор должен быть рассчитан ватт на 50 мощности при четырёхомной нагрузке, но, так как слушаем мы музыку, а не синус, средняя потребляемая мощность оказывается не такой высокой, можно применить менее мощный трансформатор, а кратковременную поддержку в пиках потребления обеспечить сглаживающими конденсаторами. По этим соображениям емкость конденсаторов в блоке питания следует выбирать максимально большой (в разумных пределах, конечно), не забывая о параметрах диодного моста, так как при включении усилителя ток через него ограничен только возможностями трансформатора. Если применить трансформатор небольшой мощности (ватт на 10), желательно, чтобы напряжение питания в покое было ближе к 18 вольтам. Так как при воспроизведении звука оно будет снижаться, важно, чтобы оно не снизилось ниже 9 вольт, когда нормальная работа микросхемы не гарантируется. В моём вариант был использован подходящий по размерам трансформатор, с которым напряжение питания составило 13 вольт. При этом с конденсаторами cуммарной ёмкостью 4400μF обеспечивается достаточное питание для работы на четырехомные акустические системы.

Управление

Эта часть схемы не является обязательной. Микроконтроллер ATtiny85 отслеживает наличие сигнала на входах, при отсутствии сигнала в течение примерно 7 минут микросхема переводится в режим Stand-By через подачу логического 0 на вывод 4. На печатной плате этот вывод соединён с общим проводом через конденсатор ёмкостью 0.1μF для снижения возможных помех от работы микроконтроллера. Также микроконтроллер управляет свечением двухцветного 3мм светодиода, вставленного в заводское отверстие в корпусе. В рабочем режиме светодиод светится зелёным цветом, в режиме ожидания - медленно мигает оранжевым. Оранжевый цвет подбирается измененем яркости красного кристалла светодиода, изменяя сопротивление резистора R24.

При отсутствии сигнала на входе усилителя напряжение на входах АЦП задаётся делителями из резисторов R19R22 и R20R23 и составляет 0,5 вольт. Для АЦП опорное напряжение программно выбрано 1,1 вольт. С частотой примерно 15,3Hz микроконтроллер по очереди измеряет напряжения на входах АЦП и заносит значения в буфер из 64 элементов. По данным буфера вычисляется среднее значение, которое постоянно корректируется. Каждое значение от АЦП сравнивается со средним, если оно отличается от него более чем на некоторую константу, считается, что на входе есть сигнал. Такой алгоритм требует, чтобы напряжения на входах АЦП, получаемые делителями R19R22 и R20R23, были одинаковыми, что нужно учитывать при выборе деталей. В архиве расположены исходный файл прошивки микроконтроллера и скомпилированный код. Константа SENS=45 задаёт отклонение от среднего, когда считается, что на входе есть сигнал. Одна единица равняется примерно 1мВ. Константа TIMEOUT=420 задаёт время в секундах, через которое при отсутствии сигнала усилитель переходит в режим StandBy. Фьюзы микроконтроллера остаются стандартыми: встроенный генератор с делителем, что даёт тактовую частоту в 1MHz.

Детали и конструкция

Блок питания, микроконтроллер и микросхема усилителя мощности размещены на одной печатной плате.

Основная плата Плата регулятора громкости Регулятор громкости с элементами тонкомпенсации собран на второй плате. Она рассчитана под конденсаторы С5, С6, С15, С19 К73-17. При желании, можно применить менее громоздкие конденсаторы, изменив рисунок платы.

Файл печатных плат усилителя в формате популярной программы Sprint Layout представлен в архиве. Для подключения использованы гребёнки со штырьками, используемые на материнских платах. В качестве ответных частей использованы соответствующие компьютерные разъёмы. Для передачи сигнала от регулятора громкости к основной плате использован отрезок аудио-кабеля, используемого для подключения CD-ROM'а. К розетке питания 220 вольт плата подключается клеммами. Термопредохранитель расположен внутри трансформатора. Если используется транформатор без встроенного предохранителя, его нужно разместить на плате, включив в разрыв одного из питающих сетевых проводов. Для безопасности под частью печатной платы, где присутствует сетевое напряжение, подложен кусок изолятора (типа слюды, можно взять из компьютерных блоков питания, расположен под платой). Выходы усилителя соединены с выходными клеммами напрямую, пайкой. Для крепления платы к корпусу использованы четыре стойки, аналогичные применяемым для крепления материнских плат внутри системного блока. Они прикручены винтами с потайной головкой к нижней стенке корпуса, на выступающую резьбу одевается плата и сверху прикручивается гаечками.

Плата в корпусе

Изначально планировалось прикрепить микросхему через соединительную пластину к левой стенке корпуса, но в этом случае на стенке были бы видны винты, что не очень красиво. Вместо этого к микросхеме усилителя был прикреплён подходящий по размерам алюминиевый радиатор, который располагается параллельно стенке корпуса. Опытным путём было установлено, что это достаточно для охлаждения микросхемы усилителя. Плата регулятора громкости крепится гайкой потенциометра к передней панели. Нужно использовать потенциометр, предназначенный для регуляторов громкости: иностранный A50K или отечественный 47К тип В. Если в наличии будет потенциометр с другим сопротивлением (10K, 22K, 33K, 68K или 75KОм), его тоже можно применить, пропорционально изменив сопротивления резисторов и емкости конденсаторов в цепях тонкомпенсации (если потенциометр с бо́льшим сопротивлением, резисторы увеличить, конденсаторы уменьшить; и наоборот).

Регулятор громкости Работающий усилитель без правой стенки, вместо микроконтроллера видна перемычка, включающая УМЗЧ и светодиод:
Усилитель без стенки

Ещё несколько фото:

Усилитель снизу
Услитель снизу, видны винты крепления стоек
Усилитель сзади
Услитель сзади: входы, выходы и питание
Усилитель в действии
Усилитель в работе с 15АС-109

Возможные доработки

Убрав делитель из резисторов R4R5 и R15R18 (заменить R4 и R15 перемычками, R5 и R18 не ставить) можно повысить чувствительность усилителя до 70мВ, а закоротив резисторы R7 и R16 - ещё до 20мВ. Это позволяет применить на входе любой пассивный темброблок или подключить источник с низким уровнем выходного сигнала. Выбор регуляторов тембра - это вопрос личных предпочтений, варианты подобных схем можно посмотреть у того же А.Шихатова: Пассивные регуляторы тембра.

Вместо двухцветного светодиода можно применить обычный, подключив его только к выводу 6 микроконтроллера. В этом случае он будет светится при работе и мигать в режиме ожидания.

Часть схемы с микроконтроллером и его питанием можно вообще не реализовывать, подключив вывод 4 микросхемы TA8215 к питанию (выводы 9,10,17), светодиод также подключить к питанию, увеличив сопротивление токоограничивающего резистора R21 до 1-2KОм.

При использовании представленных материалов обязательна ссылка на сайт кафедры АСОИ http://gsu.by/asoi или мою личную страницу http://gsu.by/asoi/pages/chechet.

1
Вернуться на сайт кафедры АСОИ