Динамические громкоговорители в схемах на микроконтроллере

May 11, 2014 by admin Комментировать »

Речь пойдёт о стандартных громкоговорителях, которые устанавливаются в радиоприёмниках, телевизорах, акустических системах. Их основная функция заключается в качественном воспроизведении аналогового звука. В конструкциях, содержащих MK, в основном используется «цифровой» звук. Это означает, что прямоугольные импульсные сигналы, формируемые MK, подаются на вход громкоговорителя через усилитель или согласующий каскад. О музыкальном качестве звучания здесь вопрос не ставится. Главное — это узнаваемость мелодии или звукового сигнала, а также его достаточная громкость.

Номинальная мощность громкоговорителей общего применения составляет 0.25…30 Вт. Сопротивление звуковой катушки унифицировано согласно следующему ряду: 4; 8; 16; 32; 64; 100; 150 Ом. Имеется разделение по диапазонам частот:

63..         .5000 Гц (НЧ), 3…20 кГц (ВЧ), 63…12500 Гц (НЧ, СЧ, ВЧ).

При непосредственном подключении динамических громкоговорителей к MK приходится ограничивать выходной ток (Рис. 2.54, а, б). На практике для генерации «цифрового» звука чаще применяют транзисторные ключи, собранные по однотактной (Рис. 2.55, а…ф) или двухтактной (Рис. 2.56, а…з) схемам.

Рис. 2.54. Схемы непосредственного подключения динамических громкоговорителей к MK:

а) прямое подключение динамика BA1 к запараллеленным линиям MK, на которых должны синхронно выставляться ВЫСОКИЕ/НИЗКИЕ уровни. Резистор R1 ограничивает ток. Разделительный конденсатор C1 позволяет не заботиться об остаточном уровне на выходе MK (НИЗКИЙ или ВЫСОКИЙ) в перерывах звука в программе. Тумблер S1 аппаратно отключает звук;

б) динамик BA1 обязательно должен быть высокоомным. При выключении звука на выходе MK необходимо выставлять ВЫСОКИЙ уровень, чтобы через катушку BA1 не протекал ток.

Рис. 2.55. Схемы подключения динамических громкоговорителей к MK по однотактной схеме (начало):

а) громкоговоритель BA1 работает в режиме подмагничивания с постоянной составляющей, но это допускается, если звук генерируется кратковременно. В режиме длительного «молчания» надо формировать НИЗКИЙ, а не ВЫСОКИЙ уровень на выходе MK, чтобы транзистор VT1 был закрыт. Переменный резистор &2должен быть мощным одно или двух ваттным, чтобы не выгорал резистивный слой при установке движка резистора ближе к верхнему по схеме выводу;

б) элементы корректирующей ЛС-цепочки выполняют две функции: резистор R1 ограничивает постоянный ток через громкоговоритель BA1, а конденсатор C1 увеличивает громкость звучания, поскольку имеет низкое сопротивление на высоких частотах; О

в) аналогично Рис. 2.55, а, но с разнесением громкоговорителя BA1 и регулятора громкости R2 в коллектор и эмиттер транзистора VT1. Диод VD1 уменьшает выбросы напряжения, возникающие при большой индуктивности громкоговорителя BA1;

г) вывод речевых сигналов с MK через канал ШИМ. Фильтрация гармоник производится непосредственно в громкоговорителе BA1\

д) транзистор VT1 работает в режиме эмиттерного повторителя. Максимальный размах сигнала на громкоговорителе BA1 уменьшается с 5 до 4.3 В. В паузах звука на выходе MK надо устанавливать НИЗКИЙ уровень;

е)разделительный конденсатор С/ защищает громкоговоритель BA1 от повреждения при случайном выставлении постоянно ВЫСОКОГО уровня на выходе MK;

ж) конденсатор C1 устраняет постоянную составляющую тока, протекающего через громкоговоритель BA1. В паузах звука на выходе MK следует устанавливать ВЫСОКИЙ уровень;

з) эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 структуры р—п—р. В паузах звука на выходе MK надо устанавливать ВЫСОКИЙ уровень;

и) эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 с конденсаторной развязкой. В паузах звука на выходе MK может устанавливаться любой уровень; О

О Рис. 2.55. Схемы подключения динамических громкоговорителей к MK по однотактной схеме (продолжение):

к) аналогично Рис. 2.55, а, но на транзисторе VT1 структуры р—п—р. Необязательный резистор R1 закрывает транзистор во время рестарта MK. В паузах звука на выходе MK необходимо устанавливать ВЫСОКИЙ уровень, чтобы через динамик BA1 не протекал постоянный ток;

л) ключ на полевом транзисторе VT1 (замена IR1ML2803) имеет более низкое сопротивление в открытом состоянии, чем аналогичный ключ на биполярном транзисторе. Резистор R2 не даёт «висеть в воздухе» затвору транзистора VT1 в момент рестарта MK. Диод VD1 ставят не столько для защиты транзистора K77, сколько для снижения импульсных помех, генерируемых в цепь питания +5…+12 В;

м) транзисторы K77, VT2 соединены по схеме Дарлингтона, что обеспечивает большой коэффициент усиления. Конденсатор C1 устраняет самовозбуждение каскада. Его можно заменить резистором, имеющим сопротивление 47 кОм. Вместо резистора R2 допускается короткозамкнутая перемычка. В паузах звука на выходе MK надо устанавливать НИЗКИЙ уровень;

н) ключ на транзисторах разной структуры. Диод VD1 защищает транзистор VT1 от выбросов отрицательного напряжения;

о) аналогично Рис. 2.55, м, но на транзисторах структуры р—п—р. В паузах звука на выходе MK надо устанавливать ВЫСОКИЙ уровень;

п) с верхнего выхода MK через транзистор VT1 генерируется звуковой сигнал, а с нижнего выхода MK через транзистор VT2 можно увеличивать/уменьшать громкость; О

p) громкоговорители BA /, BA2 разнесены в пространстве. Резистором R3 регулируется ширина стереобазы. Сигналы с выходов МК должны иметь разные музыкальные партии или одинаковые, но с разной частотой, фазой, сдвигом во времени, иначе не возникнет стереоэффект;

с) имитация тембра аккордеонного звучания при помощи суммирования двух звуковых сигналов, отличающихся по частоте ровно на одну октаву. В перерывах звука оба выхода МК долы иметь ВЫСОКИЙ уровень, чтобы транзистор VT1 был надёжно закрыт;

т)двух транзисторный ключ позволяет повысить напряжение питания до +12 В и более. Двух ваттным переменным резистором R4 регулируется громкость. Длительность звучания должна быть кратковременной, чтобы катушка громкоговорителя BA1 не успела намагнититься;

у) звуковой сигнал генерируется с выхода MK через транзистор VT2. Резистором RJ регулируется громкость путём изменения сопротивления «коллектор — эмиттер» транзистора VT1\ ф) мощный автомобильный УНЧ. Дроссель L1 снижает нагрузку по току на динамик BA1.

Рис. 2.56. Схемы подключения динамических громкоговорителей к МК по двухтактной схеме

(начало):

а) двухтактный каскад образован двумя ключами на транзисторах VT1, К72разной проводимости. Разделительный конденсатор С2должен иметь достаточно большую ёмкость для воспроизведения низких частот. При переходе сигнала с НИЗКОГО в ВЫСОКИЙ уровень и наоборот на короткий момент времени оба транзистора оказываются открытыми. Однако, из-за наличия накопительного конденсатора C1 и батарейного питания, сквозные токи не опасны, хотя и могут создавать помехи нормальной работе MK и других узлов;

б) схема Д.Лансфорда. Для устранения сквозных токов применяют раздельное управление транзисторами P77, Г72от двух линий МК . Логика работы следующая: закрыть оба транзистора, открыть транзистор K77, выждать время, равное полпериоду звуковой частоты, закрыть транзистор VT1, сделать защитную паузу длительностью 1…5% от периода, открыть транзистор VT2, выждать время в полпериода звуковой частоты и т.д. Конденсатор С/ и громкоговоритель BA1 можно поменять местами. Необходимо следить, чтобы в программе MK на обоих выходах не выставлялись одновременно одинаковые уровни;

в)двухтактный эмиттерный повторитель на транзисторах VT1, VT2 обеспечивает хорошее согласование выхода MK с низким сопротивлением звуковой катушки громкоговорителя BA1. Размах амплитуды выходного сигнала на 1.3…1.4 В меньше, чем напряжение питания. При высоком сопротивлении громкоговорителя BA1 можно применить маломощные транзисторы, например, VT1 — KT315, VT2-KT361;

г) аналогично Рис. 2.56, б, но с двумя конденсаторами C7, C2, которые подключаются последовательно друг с другом, но параллельно источнику питания, что дополнительно снижает сетевые пульсации. Подобный приём применяется в схемотехнике аналоговых бестрансформорных УНЧ. Ёмкости конденсаторов должны быть по-возможности одинаковыми и в 2 раза большими, чем для обычной схемы с одним конденсатором; О

О Рис. 2.56. Схемы подключения динамических громкоговорителей к MK по двухтактной схеме (окончание):

д) мостовой усилитель на транзисторах VT1…VT4 можно рассматривать как два отдельных двухтактных каскада, работающих в противофазе. В первом полупериоде открываются транзисторы VT1, VT4, во втором — VT2, VT3. Для устранения сквозных токов в программе МК  должны быть предусмотрены защитные паузы, чтобы не открывались одновременно транзисторы VT1 и VT2, VT3 и VT4. При отладке устройства рекомендуется применять источник питания с защитой по току на случай ошибок в программе;

е) двухтактный усилитель с резистивными делителями R1, R3 и R2, R4. Разделительный конденсатор C1 определяет завал АЧХ на низких частотах. Он должен иметь достаточно большую ёмкость для качественного воспроизведения широкополосных сигналов;

ж) многоканальное полифоническое звучание. Двухкаскадный УНЧ на трёх транзисторах VT1…VT3 обеспечивает низкие искажения за счёт обратной связи через резистор R3, которым выставляется напряжение на эмиттерах транзисторов VT2, VT3 близким к половине питания. Резисторы R …R n можно использовать одинаковые (смеситель цифровых сигналов) или разные (ЦАП на матрице «2R»). В последнем случае следует зашунтировать резистор R1 конденсатором ёмкостью 0.01…0.47 МК Ф;

з) применение полевых транзисторов VT1, ГТ2увеличивает размах выходного сигнала практически до напряжения питания. Резистор Я2устраняет возможные щелчки в громкоговорителе BA1 при рестарте MK, в некритичных случаях может отсутствовать.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты