Не буду вдаваться в многословные описания различных способов организации регулировки громкости в усилителе, скажу, что по совокупности характеристик, регулятор по схеме А. Никитина является одним из самых интересных вариантов. При использовании хороших комплектующих и правильно разведенной платы, он обеспечивает меньшее влияние на сигнал, чем популярные потенциометры, имеет постоянное входное сопротивление, больше ступеней регулировки, чем дискретные регуляторы типа DACT и большую надежность в аварийных ситуациях (как например подача с источника половины питающего напряжения, что однажды случилось у меня), чем электронные регуляторы. Есть и еще один плюс. Плату с регулятором громкости можно расположить непосредственно у платы УМ, а органы управления вывести на переднюю панель, не беспокоясь о возможных наводках на длинные провода и не усложняя конструкцию „удлинителем“ для вала потенциометра.

Авторское описание регулятора и принцип его работы находятся в СТАТЬЕ, опубликованной в журнале РадиоХобби 2/2002г. В статье очень доходчиво описано устройство РГ, однако не приведен способ управления релюхами. При желании можно собрать схему управления регулятором с применением логики, но мне больше по душе микроконтроллеры. Остановился я на представителях семейства ATtiny. Преимущество управления при помощи МК, заключается в том, что можно выбрать и реализовать в прошивке любой способ управления громкостью: кнопками, с пульта дистанционного управления, при помощи потенциометра, либо энкодера.

По моему мнению, самыми оптимальными являются 2 варианта: при помощи потенциометра и пульта ДУ. Кнопки на передней панели усилителя не позволяют быстро изменить уровень громкости на значительную величину, в отличие от потенциометра, который за секунду можно повернуть на любой угол. Управление при помощи энкодера, по сравнению с потенциометром, лишает пользователя одного удобства — с потенциометром всегда видно, какой у усилителя выбран уровень громкости, даже без дополнительной индикации и при выключенном усилителе. Ну а пультом ДУ можно пользоваться на расстоянии, этот плюс очевиден.

В моем случае, главным условием была максимальная компактность готового устройства. На плате должны были размещаться 6 реле, а также 2 микросхемки: микроконтроллер, через который будет совершаться управление реле, и 7-канальный драйвер реле ULN2003. Естественно, варианты установки микросхем в DIP корпусах были изначально отброшены из соображений экономии места на плате. Вторым условием было то, что для управления устройством предполагалось использовать родную ручку регулятора громкости, правда, уже с другим потенциометром, также максимально компактным. В качестве МК был выбран ATtiny44A в корпусе SO14, так как он идеально подходил для проекта, как по расположению пинов, так и по наличию АЦП, который нужен для реализации управления громкостью при помощи потенциометра. ATtiny24 также подходил, но разница в цене была минимальна, поэтому выбрал МК с большим объемом памяти. Старые версии чипов (без буквы А) также подходят.

В итоге получились такие схемки:

1 - лестничный аттенюатор с управлением на МК

2 - стабилизированное питания для реле и микросхем

 Cхемы можно также скачать в проекте EAGLE.

Первым, что было готово, стала прошивка для МК. Управление осуществляется при помощи подключаемых к плате одиночного потенциометра с линейной характеристикой (например на 10кОм). Для предотвращения щелчков в колонках при изменении уровня громкости применен алгоритм, который заключается в том, что при переключении реле сначала включаются те, которые устанавливают новый уровень громкости ослабляя сигнал, а через пару миллисекунд выключаются предущие. Это не помогло на 100% избавиться от щелчков, они есть, но настолько тихие, что при нормальном использовании незаметны. Более того, если плавно крутить ручку потенциометра, когда играет музыка, то громкость изменяется очень плавно. В прошивку также был добавлен код для управления громкостью при помощи пульта ДУ стандарта RC5 (кнопками vol+, vol- и mute). Сам приемник для пульта (TSOP4838) впоследствии успешно разместился под передней панелью без необходимости его доработки.

Алгоритм работы, заложенный в прошивке, достаточно прост. При включении выставляется уровень громкости в соответствии с положением ручки потенциометра. Если пользователь покрутил ручку потенциометра – громкость меняется. Если воспользовался регулировкой громкости с пульта ДУ – громкость также соответственно изменяется. Пока ручку не трогают, используется уровень громкости, выставленный с пульта. После процедуры изменения уровня громкости (то есть переключения реле) я поставил задержку для того, чтобы при кручении ручки потенциометра реле беспорядочно не переключались. Величину задержки я выбрал на слух, так чтобы реле не переключались ни слишком часто, ни слишком редко.

Далее была разведена плата под рекомендованные многими, как одни из лучших для этого применения, реле Fujitsu-Takamisawa RY12W-K и SMD-резисторы. Разводка платы далеко не идеальна, и уж тем более не универсальна, но главным условием были минимальные размеры и ради этого чем-то пришлось пожертвовать. Впрочем, я постарался учесть все рекомендации по питанию МК. Крепление платы внутри усилителя сделано при помощи двух штырьков от разъема, одной стороной они запаиваются в плату РГ, второй - в плату усилителя. Соединение входа, выхода и сигнальной земли платы РГ с платой усилителя — при помощи МГТФ сечением 0,35мм², которые идут прямо между плат. Как вариант, можно совместить платы РГ и селектора входов и разместить их непосредственно у (или на) входных разъемах RCA. Платы я заказал на производстве, все-таки, это того стоит.

 Что касается диапазона регулировки громкости, стандартные варианты, когда 6 реле обеспечивали ослабление с шагом в 1дБ в диапазоне от 0 до -63дБ, либо в 2дБ в диапазоне от 0 до -127дБ, показались мне неудачными. Максимальное ослабление в -127дБ чрезмерно, а в -64дБ, по крайней мере для меня, недостаточно, так как я люблю слушать музыку ночью, с уровнем где-то в -80..-70дБ. Проверить это мне помог плеер Foobar2000, в котором можно регулировать громкость, имея перед глазами текущий уровень громкости, выраженный в дБ (громкость на усилителе во время этого теста устанавливается на максимум). После недолгих размышлений было выбрано простое и гениальное решение проблемы: шаг увеличивался в 1,5 раза. Таким образом, ступени характеризуются ослаблением в -1,5 -3 -6 -12 -24 и -48дБ, а максимальное ослабление составило 94,5дБ. Необходимые номиналы резисторов для РГ рассчитывались в Excel, а на практике получались путем запараллеливания пар из 1%-х резисторов типоразмера 1206.

Для выполнения логарифмического закона регулирования, необходимо что бы входные сопротивления регулятора и усилителя мощности были равны. Этого можно добиться пересчетом резистивной матрицы под необходимое входное сопротиление регулятора, либо впаиванием параллельно выходу РГ резистора необходимого номинала (например, при сопротивлениях РГ 10кОм и усилителя 100кОм необходимо впаять резистор 11кОм). Увеличивать сопротивление РГ не стоит, так как через контакты реле в этом случае будет проходить слишком малый ток, что может привносить искажения в сигнал. Хочу отметить, что рекомендуется использовать более качественные резисторы, чем обычные толстопленочные, с более высокими показателями стабильности и большей точностью (тонкопленочные, MELF), но мне не удалось достать нужные номиналы. Резисторы по сопротивлению следует подбирать в пары. Я поленился это сделать и в результате получил при определенном уровне громкости (когда включено только одно реле) ощутимый перекос баланса.

Ниже представлена таблица с номиналами резисторов для РГ входным сопротивлением 10кОм. Для пересчета под другое сопротивление можно воспользоваться прилагаемым Excel-калькулятором. 

С первого пуска РГ не заработал, как я хотел, но после исправления недоработок в прошивке, все встало на свои места. В качестве пульта ДУ прикупил дешевый китайский универсальный пульт, который по умолчанию как раз настроен на протокол RC-5.

В общем, я старался сделать максимально лаконичное устройство — регулятор громкости и все. Можно было бы добавить какой-либо вариант индикации уровня громкости или функциональность селектора входов, но для меня в этом не было необходимости.

При отсутствии постоянки на выходе источника, щелчки не являются проблемой (в противном случае они становятся громче), случайную подачу 15 вольт на вход усилителя регулятор выдержал без проблем (только щелчки были хорошо слышны). В принципе, можно поставить хороший разделительный электролит на входе, но мне не хотелось идти этим путем. Наводок от МК ни разу замечено не было. Особенность, о которой следует помнить, если РГ собран по оригинальной схеме, приведенной в статье Никитина — когда РГ обесточен, он не ослабляет сигнал. У моего усилителя имеется задержка включения акустики, поэтому проблемой для меня это не является. При включении сначала успевают включиться реле, а через пару секунд уже к выходу усилителя подключается акустика, при выключении питания — наоборот, сначала отключается акустика, и только через пару секунд, после того, как конденсаторы питания РГ разрядятся, отключаются реле. Можно изменить схему подключения резисторов к реле так, чтобы без подачи питания было максимальное ослабление (тогда придется несколько изменить код прошивки или решить проблему другим способом).

По стоимости устройство вполне доступно: 6 штук реле стоят долларов 9, микроконтроллер — максимум 5, резисторы, в зависимости от качества — от пары долларов, ULN2003 — меньше доллара. Итого меньше 20 долларов за основные компоненты в базовом варианте. Конечно, еще необходима плата, питание для МК и реле, тот же потенциометр (подходит любой) и ИК-приемник, но и это не обойдется дорого. А по качеству и функциональности такое устройство как минимум не хуже высших представителей модельного ряда известных фирм ALPS или Bourns, которые стоят  существенно больше. Сейчас многие собирают свой усилитель The End Millenium, думаю, такой усилитель вполне заслуживает чего-то получше простого потенциометра.

К статье прилагаются:

Схемы и печатные платы в EAGLE (скачать)

Прошивка МК в AVR (скачать)

Калькулятор для расчета резистивной матрицы в EXCEL (скачать)

Обсудить статью на форуме