Индикатор положения регулятора громкости

Автор: Олег Наконечный, alexj281@gmail.com
Опубликовано 22.03.2016
Создано при помощи КотоРед.

Здравствуй, читатель.

Думаю, тебе хотя бы раз доводилось видеть указатель положения ручки регулировки чего-либо в аудиоаппаратуре (да и в любой другой тоже встречается), выполненный в виде светодиода встроенного в эту самую ручку. В современном хай-тек дизайне смотрится это неплохо, а в темноте ручку и её положение можно легко отыскать.

Вот и мне захотелось иметь такую фичу в своем УНЧ, но просто светодиодик, который постоянно горит одним цветом, показался скучным. Хотелось какой-то большей информативности и полезности.

В магазине был приобретён сдвоенный светодиод. Из названия ясно, что это два светодиода в одном корпусе – красный и зеленый. Аноды у светодиодов раздельные, а катод общий. Если катод заземлить, а один из анодов подключить к источнику постоянного тока в несколько миллиампер, то загорится соответствующий светодиод. А если к источнику тока подключить оба анода, то загорятся оба светодиода (ваш капитан), а результирующий цвет свечения будет близок к желто-оранжевому цвету.

Я решил использовать этот принцип в своем индикаторе положения регулятора. Идея заключалась в следующем: когда уровень громкости минимальный светодиоды не горят; уровень чуть выше минимума – индикатор горит зеленым; средний уровень громкости – индикатор горит желтым; уровень громкости выше среднего – индикатор горит красным.

Если переменный резистор включить по схеме потенциометра, а вал его движка соединить с валом имеющегося регулятора громкости, то при вращении ручки громкости на выходе потенциометра будет напряжение. Максимальный угол поворота обычных переменных резисторов составляет 300⁰. Если взять переменный резистор с  прямой зависимостью сопротивления от угла поворота (разные погрешности в конструкции переменных резисторов учитывать не будем) и считать, что уровень громкости также линейно зависит от угла поворота, то можно построить диаграмму работы индикатора.

По диаграмме определяем значения напряжений с потенциометра, на которых будет происходить смена состояния индикатора:

0,3В – зажечь зеленый;

3,9В – зажечь красный (горят оба светодиода);

8,2В – выключить зеленый, красный остается гореть.

Схема нарисовалась сама собой.

Состоит она из потенциометра R1, трех компараторов (операционный усилитель без цепей ОС работает как простой сравниватель двух напряжений), с цепями установки опорных напряжений, и узла плавного переключения светодиодов.

Как я уже писал, движок R1 соединен с движком регулятора громкости, а значит и напряжение Uпот. зависит от уровня громкости. Это напряжение приходит на неинвертирующие входы компараторов, а на их инвертирующие входы поступает опорное напряжение с подстроечных резисторов R2-R4. Выходной ток компаратора имеет знак входа, на котором уровень напряжения больше. Если на неинвертирующем входе компаратора напряжение больше, то на выходе установится +12В, в ином случае – 0В т.к. питание однополярное (падение напряжения на транзисторах выходного каскада ОУ учитывать не будем). Начинаем перемещать движок R1 вверх по схеме. Как только напряжение Uпот. станет на несколько мВ больше 0,3В компаратор OP3 переключится и на его выходе установится +12В, а так как на выходе компаратора ОР1 по прежнему 0В, то это приведет к открытию транзистора VT1 (для открытия PNP транзистора нужно, что бы ток протекал от эмиттера к базе, а значит напряжение на эмиттере должно быть больше чем на базе). Выходной ток ОР3,через открытый транзистор VT1 и резистор R7 на конденсатор С2 и базу транзистора VT2. Конденсатор начнет заряжаться и пока он заряжается весь ток, ограничиваемый R7, течет через него, а напряжение на его положительном выводе постепенно нарастает. Все это приводит к плавному нарастанию напряжения на базе VT2 и плавному увеличению тока через зеленый светодиод – зеленый светодиод плавно загорается.

Продолжаем перемещать движок R1 вверх по схеме. Следующий уровень напряжения на котором произойдет смена состояния индикатора – это 3,9В. Как только напряжение Uпот. на несколько милливольт превысит опорное напряжение, которое задается подстроечником R3, произойдет зажигание красного светодиода. Произойдет по аналогии с вышеописанным процессом зажигания зеленого светодиода, но с тем лишь отличием, что на выходе компаратора ОР2 нет pnp транзистора и выходной ток компаратора, через резистор R6, сразу начинает заряжать конденсатор C1. Это приводит к постепенному открытию транзистора VT3 и плавному зажжению красного светодиода. А так как зеленый светодиод тоже горит, то результирующий цвет свечения индикатора становится близок к желтому.

Продолжаем перемещать движок R1 вверх по схеме. Как только напряжение с потенциометра R1 станет на пару милливольт больше уровня 8,2В на инвертирующем входе – произойдет очередная смена состояния индикатора. Теперь зеленый светодиод погаснет, а красный останется гореть сигнализируя о высоком уровне громкости. Выключение зеленого светодиода происходит следующим образом. Когда напряжение на неинвертирующем входе ОР1 стало немного больше опорного уровня 8,2В – на выходе компаратора устанавливается +12В. Выходное напряжение компаратора ОР1 через резистор R5 поступает на базу транзистора VT1, а так как в это время на его эмиттере тоже +12В, то разница напряжений между эмиттером и базой стремится к нулю и транзистор закрывается. Когда транзистор VT1 закроется, цепь R7-R8-общий_провод начнет плавно разряжать конденсатор С2, что приведет к лавному закрытию транзистора VT2 и плавному погашению зеленого светодиода.

При перемещении движка потенциометра R1 по схеме сверху вниз вся схема будет отрабатывать аналогично, но в обратном порядке.

Собирается схема на односторонней печатной плате с применением планарных и выводных компонентов.

Схема не критична к выбору элементов и их номиналы могут быть изменены с минимальным влиянием на работу схемы. Транзисторы можно применить любые маломощные – КТ315/КТ361/КТ3102/КТ3107/ВС337/ВС327/5501/5401/1815/9012 и другие. В роли компараторов любые ОУ допускающие работу от однополярного источника питания и максимальным дифференциальным входным напряжением равным напряжению питания – LM358/324/741/393/339. К переменному и подстроечным резисторам только одно требование – линейная зависимость сопротивления между средним и крайним выводами от угла поворота движка. Ёмкость конденсаторов влияет на скорость зажигания/гашения светодиодов – чем она больше, тем медленнее зажигаются или гаснут светодиоды. Резисторы R6-R8 так же влияют на скорость смены состояний индикатора – увеличение сопротивления приведет к уменьшению тока заряжающего или разряжающего конденсатор, что приведет к снижению скорости переключения светодиодов. Резисторы R9 и R10 ограничивают ток через светодиоды. Их нужно подобрать таким образом, что бы светодиоды по отдельности светили с одинаковой яркостью, а протекающий через них ток был в пределах номинального - обычно это десяток-другой миллиампер.

Ну и напоследок, расскажу, как подключить к уже имеющемуся в усилителе регулятору громкости, в лице сдвоенного переменного резистора, еще один переменный резистор, ведь достать строённый или счетверённый переменный резистор может быть весьма непросто.

Нам понадобится пара сдвоенных переменных резисторов и шестигранный ключ на 4 миллиметра (про размеры шестигранных ключей смотри в Википедии). Если посмотреть на заднюю стенку переменного резистора, то можно увидеть в ней отверстие, за которым расположен шлиц шестигранной формы с расстоянием между параллельными гранями 4 мм. Этот шлиц прикреплен к валу переменного резистора. Не знаю точно, зачем это нужно и почему это есть только в сдвоенных переменных резисторах, но думаю, что это как раз для вращения движка резистора с помощью других устройств, например, моторчика. Мы будем это использовать для передачи вращения. Для этого нужно от шестигранного ключа отрезать кусочек длиной в 10 миллиметров и удалить надфилем заусеницы. Далее выкручиваем резисторы в противоположные крайние положения и насаживаем шестигранными шлицами на отрезок шестигранного ключа. В итоге получится счетверённый переменный резистор.

После сборки устройства и проверки правильности монтажа можно подключить к схеме источник питания. Далее необходимо произвести настройку опорных напряжений с помощью подстроечных резисторов R2-R4.

Останется лишь найти подходящую ручку, встроить в неё светодиод. Провода от светодиода обернуть пару раз по внутренней стороне ручки и запустить в корпус усилителя через небольшое продолговатое отверстие без острых краев. Ручка должна быть достаточного диаметра для скрытия отверстия и проводов.

Ниже прикреплен архив с файлами схем (.spl7) и печатных плат (.lay). Открываются файлы программами sPlan 7.0 и SprintLayout 5.0, соответственно.

На этом у меня всё. Все вопросы можно задать на форуме или мне на электронную почту.

Благодарю за внимание.

Файлы:
Архив RAR

Все вопросы в Форум.