Audio spínač a časovač pro ovládání zesilovače

(30.3.2009)

 

Konkrétně se jedná o vypnutí a zapnutí zesilovače akustickým signálem aniž by obsluha nutně musela odbíhat od stolu a zapínat zesilovač ručně. Inspirace v literatuře se týká především subwooferů a běžných využití časovače 555 (556), která se stále opakují.

Z uvedených důvodů jsem zvolil trochu odlišné řešení.

 

Technické údaje
Napájecí napětí [V] 12
Odebíraný proud klidový [mA] 8
Odebíraný proud pracovní (relé sepnuto) [mA] 32
Vstupní citlivost [mV] ~150
Odebíraný proud při vybuzení [mA] menší než 40
Nastavitelný čas (volitelný propojkou) 3min, 12min, 1,5hod, 13hod
Hmotnost [g] 36
Indikace funkce časování modrá LED
Indikace přítomnosti signálu zelená LED na DPS
Rozměry DPS [mm] 115x40

Popis zapojení

Popsaný časovač se skládá ze vstupního obvodu, který vyhodnotí přítomnost akustického signálu v obou kanálech a zpracuje ho pro časovač. Ten vytvoří časovou prodlevu po jejímž uplynutí rozepne relé, které odpojí napájení výkonového zdroje zesilovače. Kontakty ovládacího relé jsou zařazeny mezi dvoupólový síťový vypínač zesilovače a silové trafo. V režimu spánku, tedy nic nedělání, (sleep nebo stand-by, jak je ctěná libost) je pod napětím pouze pomocné trafo Tr2 a pomocný zdroj pro časovač a předzesilovač ze kterého se odebírá řídící signál.

Vstupní signál z levého i pravého kanálu je oddělen kondenzátory C1, C2 a sloučen na rezistorech R1, R2. Může být zesílen podle volby režimu IO2A (invertující sčítací zesilovač) a je dále tvarován IO2B, který pracuje jako komparátor. Je-li požadována hystereze může být zavedena rezistorem R10. Je pro něho na DPS místo. Výstup komparátoru je sledován pomocí indikační LED1. Současně je na výstupu komparátoru D3 a R9. Tato kombinace upravuje tvar a velikost signálu pro časovač IO1. V okamžiku kdy problikává LED1 krátkými pulzy (podle velikosti té hystereze) je časovač resetován, a tedy začíná čítání vždy od nuly (vlastně se k žádnému čítání nedostane, protože je stále resetován příchozími impulzy).

Výstup IO1, pin 8 je po připojení napájecího napětí nebo resetu ve stavu LOW. Když je po nastaveném čase prodlení stále nulový signál čítání se ukončí a výstup přejde do stavu HIGH. Oba tranzistory se zavřou a relé rozepne. Zesilovač se vypne.

Kombinace R15, C7, R16 určuje frekvenci oscilátoru obvodu časovače. V našem případě je to kolem 0,7Hz (tedy přibližně 1,4 sec). Kondenzátor C6 zabraňuje parazitním kmitům oscilátoru a jeho malá kapacita má zanedbatelný vliv na výsledný kmitočet. Propojkami s napájecím napětím VDD nebo VSS (zemí) na pozici pinů 13 a 12 lze zvolit dobu čítání, tedy délku prodlevy po jejímž ukončení rozpíná relé. Při aktivaci výstupu, tedy pinu 8, může být také pres diodu D2 zablokován interní oscilátor. Jeho činnost je indikvána LED2. Odblokování provede až nejbližší reset (opětná přítomnost akustického signálu). Pokud by oscilátor stále běžel, LED2 by stále pravidelně blikala v rytmu frekvence oscilátoru. Zesilovač v režimu sleep by pak byl indikován stále blikající LED2, což nám nemusí vždy vyhovovat.

Pokud tedy LED2 nepravidelně problikává, je to známka, že je akustický signál přítomen a časovač je průběžně resetován. Bliká-li však pravidelně s periodou cca 0,7Hz, časovač odpočítává předvolený čas. Po odpočítání předvoleného času rozepne relé a přes diodu D5 se zablokuje oscilátor (připojeno na pin 3, který je vstupem invertoru oscilátoru ve vnitřní struktuře IO1). LED2 přestane svítit a indikovat činnost oscilátoru, resp. časování.

Pomocí kondenzátoru C4 dochází k resetu IO1 po připojení napájení. Zapojení lze doplnit také dvěma tlačítky Tl1, nebo Tl2, případně na tomto místě použít vazbu s dalšími obvody. Tl1 způsobí reset oscilátoru časovače a aktivuje se nové časování. Tl2 způsobí rozepnutí relé Re2 a vypnutí zařízení (pochopitelně se jedná o dobu "během časování", tedy během odpočítávání předvoleného intervalu a nepřítomnosti akustického signálu). Tl2 je přivedeno na konektor K2.

Zákmity vznikající při činnosti IO1a lze kompenzovat, pokud je to na závadu, keramickým kondenzátorem paralelně k R7.


Stavba a oživení


Poznámky ke stavbě

Ve funkci časovače byl použit obvod CD4541. Z hlediska možnosti nastavení časového vhodného intervalu jsou například obvody 4060 nebo 4536 mnohem bohatší, ale CD4541 jsem měl nevyužitý v šuplíku. Čtyři možnosti nastavení časového intervalu pro tento účel se jeví jako naprosto dostatečné a lze jej měnit ještě změnou frekvence oscilátoru dle potřeby.

Počáteční nastavení obvodu CD4541, tj. AUTORESET na ON a stav výstupu po resetu na LOW, není řešeno pomocí jumperů, ale na DPS. Pro nastavení logické úrovně výstupního signálu je potřeba přerušit spoj vedoucí od pinu 14 k pinu 9 tak, jak je uvedeno na obrázku osazení sučástkami, anebo upravit DPS ještě před výrobou.

K doplnění časovače o diodu D5, která blokuje oscilátor po ukončení odpočtu času a rozepnutí relé, bylo přikročeno až dodatečně a není tedy uvedena ve výkresu DPS. Během používání se ukázalo, že stále blikající LED2 v režimu spánku zesilovače je poněkud matoucí, ale i méně příjemná pro uživatele.

Za účelem úspory zastavěného prostoru lze úspěšně zapojení poněkud "vylehčit" bez ztráty funkčnosti. Pro spínání relé lze např. použít samotný Darlington. Není také nezbytně nutné slučovat oba signálové kanály. Signál z jediného na uvedení časovače do činnosti postačí. Otrlí jedinci nemusí použít ani stejnosměrné oddnělení vstupu. Také indikační obvody lze vypustit neboť rámusícího zesilovače si jistě každý všimne. Lze používat i obrácenou logiku na výstupu, tj. výstup ve stavu HIGH, který přejde po nastaveném čase do LOW atd.

LED2 je osazena na DPS a slouží pouze k interní indikaci signálu na výstupu komparátoru a oživování časovače. Lze ji sice umístit na čelní panel, ale pro indikaci funkce čassovače se jevila "vícefunkční" LED2 na čelním panelu jako nejlepší.

Vzhledem k tomu, že modul časovače nebyl řešen se samostatným napájením, tedy s trafem a usměrňovačem, byla doplněna ještě D1, která chrání zapojení proti přepólování zdroje.

Uvádím ještě schema stejného časovače se zmiňovanou 4060. U tohoto obvodu jsou drobné odlišnosti v řešení resetu. "Autoreset" je potřeba zadrátovat zvenku. Finální provedení na DPS jsem nenavrhoval. Také přepínání časů nad výstupy Qx jsem nektreslil. Ve schematu je využit pouze Q13. Snad někdy příště - tedy až budu potřebovat další časovač.



Závěr

Tento časovač byl navržen pro zapínání zesilovače akustickým signálem a jeho automatickému vypínání po nastavené době. Funkční vzorek byl realizován běžnými součástkami na DPS o rozměrech 115x40mm, která je určena pro zabudování do společné přístrojové skříňky se zesilovačem. Lze ji nepochybně až do bezvědomí optimalizovat a zmenšovat využitím trochu méně běžných součástek, například rezistorů řady 0204, SMD, dvouvrstvými spojem apod. Velmi elegantní by jistě bylo řešení s mikroprocesorem.

Předkládané provedení však běžně vyhoví pro množství různých aplikací, nejen pro ovládání domácího zesilovače.



Schema zapojení
Schema s blokováním oscilátoru
Schema s obvodem 4060
DPS - spodní strana
DPS - osazení
Fotografie



Seznam součástek
Označení Hodnota Název Provedení Poznámka
R1, R2, R5, R6, R7, R9, R19 10k rezistor 0207 (0204) -
R3, R4 2k2-4k7 rezistor 0207 (0204) použito 4k7
R8, R14 1k8 rezistor 0207 (0204) -
R12 15k rezistor 0207 (0204) -
R13 8k2 rezistor 0207 (0204) -
R15 2M7 rezistor 0207 (0204) -
R16 680k rezistor 0207 (0204) -
R17 100k rezistor 0207 (0204) -
R18 5k6 rezistor 0207 (0204) -
P1 1k-2k2 trimr PT10-S použito 1k
C1, C2 2uF-10uF kondenzátor elektrolyt 5 x 11 mm
C3 3,3uF kondenzátor elektrolyt 2-10uF
C4 220n kondenzátor keramický -
C7 1uF kondenzátor fóliový -
C8 100 kondenzátor keramický -
C10, C11, C6 100n kondenzátor keramický -
C12, C13 100uF kondenzátor elektrolyt -
IO1 LM385 dvojitý OZ DIL8 -
IO2 4541 prog. časovač CMOS DIL14 -
T1 BD681 Darlington NPN TO126 -
T2 BC557 tranzistor PNP TO92 BC556, 558, 559, 560
T3 BC547 tranzistor NPN TO92 BC546, BC548
D1, D4 1N4007> dioda 59-03 -
D3, D5 1N4148> dioda DO35 -
LED1 L-53SGC LED zelená 5mm L-53SRC-DW
LED2 ---- LED modrá -
X1 ARK550/3 svorkovnice RM 3,5 mm -
X2 ARK550/3 svorkovnice RM 3,5 mm -
K1, K2, Jp1, Jp2 - lámací lišta přímá - -
Re2 RELE JS-12-K relé cívka 660 Ohm viz Poznámka


Poznámka - vhodná relé se zdají být také např. typy JS 12NK(odpor cívky 650 Ohm) a JV 12KT(7200 Ohm) , také FRT-F3 A A 012 HA od Fujitsu Takamisawa, nebo MZPA 45 001 5A, MZPA 46 001 5A, MZPA 001 45 16 a MZPA 001 46 16. Asi lze najít i další vyhovující, ale tahle byla pro mne v historicky krátké době zrovna dostupná.

Dostupná relé Finder pro pracovní napětí 12-15V mají na můj vkus značně nízký odpor cívky, kolem 220 Ohmů.



Literatura

[1] AR 6/2003, str.6-8, Audio spínač pro subwoofer, Daniel Meca
[2] PE 11/2005, str.29-30, Obvod pro zpožděné připojení reproduktorů a "sleep", Tomáš Tláskal
[3] SaK 6/1999, str. 14-15, Automatický spínač výkonového zesilovače, autor neuveden


+ katalogové listy a stránky výrobců součástek


Poslední aktualizace dne 30.5.2009

Zpět


Návštěv:
279539