Controlul digital al volumului

1. GENERALITĂŢI

În aparatura electronică reglajele digitale cîştigă tot mai mult teren în detrimentul celor clasice, analogice. Că reglajele clasice sînt mai ergonomice constituie un argument de natură subiectivă, ţinînd mai ales de obişnuinţă; o dovadă este substituirea acordului clasic cu condensator variabil prin acordul cu două taste, UP şi DOWN, în receptoarele cu sinteză de frecvenţă.

Dezavantajul preţului ridicat este compensat de fiabilitatea net superioară a reglajelor digitale, de acurateţea acestora, în plus, se oferă posibilitatea telecomenzii şi chiar a programării unei mărimi (frecvenţă, tensiune, curent) cu precizia dorită. în particular, reglajul digital de volum scuteşte utilizatorul de aparatură audio de zgomotul potenţiometrelor de volum/balans uzate.

Folosirea multiplexoarelor analogice şi a logicii de comandă în tehnologie CMOS simplifică realizarea practică şi are avantajul unui consum energetic neglijabil.

2. CONTROL DIGITAL ΜΟΝΟCANAL

Performante                                                    Varianta I    Varianta II

Nivel de intrare pentru semnal audio, Vvv ........ < 5                  <5

Profunzimea reglajului, dB....................... -35...O dB               -60...0 dB

Mărimea treptei de reglaj, dB.................... 5                            4

Impedanţa de intrare, kΩ........................ 56                              100

Cerinţele impuse unui reglaj digital (în trepte) al volumului de considerente psihofiziologice (l) sînt:

— mărimea treptei de cea 3 dB;

— adîncimea reglajului de peste 50 dB.

Practic însă nu ar avea sens un reglaj de volum de profunzime superioară >dinamicii lanţului audio în care este inclus, iar mărimea treptei este un compromis între adîncimea de reglaj dorită şi capacitatea multiplexorului utilizat (numărul de căi). In plus, multiplexoarele analogice limitează profunzimea reglajului prin diafonia proprie între canale.

în continuare se prezintă două variante practice de reglaj, cu multiplexorul MMC4051, pe 8 trepte a 5 dB (adîncime de reglaj - 35...O dB), respectiv cu multiplexorul MMC4067, pe 16 trepte a 4 dB (adîncime -60...O dB).

Prima variantă este indicată pentru aplicaţii nepretenţioase: reglaj de volum pentru căşti, pentru casetofoane şi receptoare cu dinamică redusă, pentru telecomandă. A doua variantă poate echipa un amplificator audio.

VARIANTA CU 16 TREPTE DE REGLAJ

FUNCŢIONARE

în figura 1 este prezentată schema completă a reglajului digital de volum cu 8 trepte, cu preselectarea nivelului minim la conectare.

Porţile P5, P6 formează un circuit basculant astabil (ceas) cu perioada determinată de elementele R7, C1. Pe timpul apăsării tastei K1, bistabilul RS format din porţile P1, P2 comută în ritmul impulsurilor de ceas, furnizând impulsul la ieşirea porţii P2 şi, respectiv, nivel HIGH la ieşirea lui P1.

Cu K1 închis, apăsarea lui K2 nu poate produce schimbarea stării bistabilului RS format din porţile P3, P4 deoarece intrarea porţii P3 (pin 12) este în starea HIGH. La ieşirea porţii P4 avem deci nivel HIGH, asigurînd astfel condiţiile de incrementare pentru numărătorul reversibil CI3.

Analog, dacă tasta K2 este apăsată, acţionarea lui K1 nu produce bascularea bistabilului P1P2. Se realizează astfel intreblocarea comenzilor de numărare înainte/înapoi, necesară în cazul apăsării simultane accidentale a tastelor UP şi DOWN.

La conectarea tensiunii de alimentare, condensatorul C2 este descărcat, ceea ce determină aducerea în starea „O" (0000) a numărătorului prin dioda D2 şi prin inversorul P8 care comandă intrarea RESET (pinul 14). După încărcarea condensatorului C2 prin R8, D2, dioda D2 se blochează, iar intrarea porţii P8 va urmări nivelul de la ieşirea BORROW (pin 13) a numărătorului. La deconectare se asigură descărcarea rapidă a condensatorului C2 pe bara de alimentare prin dioda D3.

Dacă se comandă decrementarea numărătorului după ce acesta ajunge în starea 0000, reacţia RESET = BORROW va menţine numărătorul în această stare. Analog, la numărarea înainte, starea limită a numărătorului este "7" (01111) datorită reacţiei PRESET ENABLE = Q4. S-a ales Q4 deoarece acesta semnalizează starea interzisă „8" (1000) prin trecerea în HIGH.

Am limitat la 8 numărul stărilor numărătorului pentru a stabili corespondentă biunivocă cu stările multiplexorului (evitînd golurile în funcţionare) şi urmărind ca incrementarea/decrementarea numărătorului să asigure creşterea/descreşterea nivelului semnalului, conform tabelului 1.

Unul din cele 8 niveluri de semnal, obţinut din divizorul R9 ÷ R16, va trece spre ieşirea multiplexorului. Avînd impedanţă de intrare mare, repetorul realizat cu operaţionalul CI6 nu şuntează divizorul şi asigură în acelaşi timp impedanţâ de ieşire mică. Avantajul configuraţiei utilizate este că rezistenţa de canal deschis, Ron, este neglijabilă, fiind înseriată cu impedanţa de intrare în repetor.

Atenuatorul este constituit din rezistenţe de valori mici pentru a se elimina efectul diafoniei proprii a multiplexorului. Se pot mări valorile rezistenţelor, respectînd proporţionalitatea cu cele din schemă, dar diafonia va fi din ce în ce mai pronunţată, alterînd precizia reglajului la niveluri mici.

Diodele LED1, LED2 semnalizează impulsurile de incrementare, respectiv de decrementare.

Pentru a avea, la conectare, preselecţia unui nivel diferit de cel minim, se poate folosi schema din figura 2, care realizează preselecţia stării „3" (0011).

în figura 3 este prezentată varianta de reglaj cu 16 trepte, utilizînd un numărător reversibil de 4 biţi (MMC40193), care comandă multiplexorul MMC4067, cu 16 căi.

INDICAŢII CONSTRUCTIVE

Atenuatorul rezistiv se realizează cu rezistenţe cu peliculă metalica, avînd toleranţa de cel mult 2% (la nevoie se folosesc combinaţii de valori).

Montajul se poate realiza pe o singură placă; nu este necesară ecranarea, dar se impune ca atenuatorul rezistiv să fie înconjurat cu un traseu lat de cupru legat la masa analogică (inel de gardă). Traseele de la atenuator către multiplexor vor fi cit mai scurte, pentru a nu adăuga diafoniei existente şi influenţa capacităţilor dintre trasee.

Traseele de alimentare şi de masa respectă principiul punctului unic de masă în curent alternativ, decuplîndu-se separat partea logică şi cea analogică.

Pentru varianta de circuit din figura 3 se alimentează cu VDD = + 7,5 V şi VSs = -7,5 V partea logică (inclusiv porţile din logica de comandă), punctul median (O V) constituind exclusiv masă analogică.

Dacă se lucrează cu niveluri mici ale semnalului audio, se va înlocui βA741 cu un operaţional mai puţin zgomotos, de exemplu cu βΜ381 (M387).

Legăturile dintre placă şi comutatoarele fără reţinere K1, K2 vor fi cit mai scurte şi preferabil ecranate. Aceste comutatoare pot fi înlocuite direct cu suprafeţe metalice pentru a se obţine controlul prin atingere (TOUCH CONTROL), deoarece rezistenţele de intrare ale circuitelor CMOS sînt foarte mari.

înainte de plantare se va controla curentul invers al diodelor 1N4148 (Ir< 25 nA la UR = 20 V).

3. CONTROL DIGITAL STEREOFONIC

FUNCŢIONARE

in figura 4 este prezentată partea de comandă pentru două canale audio (stereo). Fiecare canal este echipat cu cîte un numărător MMC40193 şi cu un multiplexor analogic MMC4067, conform schemei din figura 3.

Varianta de control stereofonic prezentată respectă cerinţele funcţionale sintetizate în tabelul 2.

La apăsarea uneia dintre tastele K1 ...K4 se formează un impuls de numărare, adică ieşirea bistabilului RS corespunzător din CI1 va trece în LOW pe durata acţionării tastei. Prin matricea realizată cu porţile P1..P4 din CI2 se dirijează impulsul de numărare spre intrările corespunzătoare ale numărătoarelor reversibile CI3 şi CI4.

De exemplu, la acţionarea repetată a tastei K3 - balans spre dreapta -, prin porţile P1 şi P4 impulsurile ajung pe intrarea COUNT DOWN a numărătorului CI4 şi pe intrarea COUNT UP a lui CI3, determinînd incrementarea conţinutului lui CI3, adică creşterea volumului pe canalul dreapta şi analog scăderea volumului pe canalul stingă. Frecare apăsare a tastei modifică cu o treaptă nivelul audio (creştere sau descreştere).

Prin utilizarea unui circuit integrat MMC4067 ca decodificator se poate realiza interblocarea comenzilor, ca în figura 5. Ieşirile bistabilelor RS constituie adresă pentru CI5. La apăsarea unei singure taste se va selecta una din liniile „1", „2", „4" sau „8", linia trecînd în LOW. Dacă se acţionează simultan două sau mai multe taste, adresa formată nu va mai selecta nici una din liniile utilizate, numărătoarele rămînînd în starea anterioară.

De exemplu, la acţionarea simultană a tastelor K1 şi K4 se formează adresa 1001, dar liniile utile râmîn în starea HIGH, neputînd fi selectate decît prin adresele 0001, 0010, 0100 sau 1000.

Identic funcţionează şi circuitul de comandă din figura 6.

INDICAŢII CONSTRUCTIVE

Rămîn valabile cele prezentate în paragraful 2. Comutatoarele K1...K4 sînt microîntrerupătoare de tip „Electroaparaţaj" (5918), acţionate prin intermediul unor taste confecţionate din material plastic.

VARIANTA CU 8 TREPTE DE REGLAJ

Fig. 1: Schema electrică a controlului digital de volum (varianta mono)