Wstęp, czyli przyczyna "komplikacji" konstrukcji
Podstawowe pytanie, jakie może się cisnąć na usta to: "A w zasadzie, dlaczego akurat sterowanie napięciem, a nie konwencjonalnie. przez układ filtrów w torze sygnału?"
Na pozór sterowanie napięciem komplikuje tylko układ. Na pozór. A przyczyną takiego rozwiązania była chęć eliminacji zbędnych długich połączeń wewnątrz wzmacniacza.
Zastanówmy się. Wejście sygnału musi być na tylnej ściance obudowy, a z kolei elementy regulacji, takie jak wzmocnienie barwa i ew. loudness czy balans są na ścianie przedniej. Ostatecznie użytkownik wzmacniacza musi mieć do nich łatwy dostęp, a plączące się kable sygnałowe nie wyglądałyby ładnie, więc dobrze by było je przysłonić sprzętem; ergo - umieścić między ścianą a sprzętem, czyli z tyłu wzmacniacza, a co za tym idzie - sygnał z gniazd wejściowych musi być ciągnięty do potencjometrów na ścianie przedniej, by po regulacji wrócić tam do wzmacniacza mocy, który często jest umieszczany właśnie z tyłu obudowy ewentualnie z jej boku. Niby to mniej niż 1/2 metra w sumie, ale jednak to AŻ 50 cm potencjalnej anteny zbierającej zakłócenia... Ponadto w grę wchodzi ewentualny problem z pętlą mas...
Jak można to wyeliminować?
Pierwsze, co było praktykowane to przedłużone ośki potencjometrów. Dzięki temu potencjometry fizycznie znajdować się mogły tuż przy gniazdach wejściowych, a same gałki - dla wygody obsługi - na przedniej ścince.
Rozwiązanie proste w założeniu, jednak skomplikowane (dla amatora) i drogie w wykonaniu wielkoseryjnym w fabryce.
Na szczęście inżynierowi doszli do takich wniosków już dość dawno i w ten sposób powstała idea, a później układy scalone realizujące regulację wzmocnienia sygnału audio za pomocą regulowania napięcia stałego. Jednym z pierwszych (o ile nie pierwszym) układem produkowanym seryjnie i dostępnym był układ TDA 1074.
Zawierał cztery niezależne układy regulujące wzmocnienie z możliwością włączenia w pętlę sprzężenia układów barwy. No właśnie - cztery układy, czyli co najwyżej wystarczy do regulacji barwy. Aby móc regulować wzmocnienie i balans, konieczne są dodatkowe cztery układy, czyli drugi taki sam scalak. Idąc za ciosem, powstał też drugi układ (też prekursor takiego rozwiązania) TDA1029, który z kolei realizował przełączanie sygnałów wejściowych - mógł przełączać cztery stereofoniczne sygnały na jedno wyjście za pomocą napięcia podawanego na odpowiednie wejście sterujące. W ten sposób można było pozbyć się konieczności dodatkowych "anten", bo sygnał nie musiał już być prowadzony z gniazd do przełącznika (przedni panel) i z powrotem, po przejściu przez układ korekcji i wzmocnienia.
Idea okazała się słuszna i powstało nawet kilka modeli sprzętu stosującego takie rozwiązania, jednak... była również dość istotna wada w aplikacji samych układów scalonych - wymagająca dużej ilości elementów zewnętrznych (kondensatory, rezystory) do realizowania korekcji, ustalenia parametrów układów itp. Szczególnie dotyczyło to właśnie TDA 1074. Z tego też powodu rozwiązanie to stało się drogie i przy okazji cały układ regulacji wzmocnienia, balansu i barwy zajmowała sporo miejsca wewnątrz obudowy. Korzyść (zmniejszenie zakłóceń wynikających z długich połączeń) okazała się zbyt droga w porównaniu do braku oszczędności.
I tak zbliżyliśmy się do układu scalonego, który zmienił te proporcje na korzyść: LM 1036.
Zalety aplikacji LM 1036
Ten układ scalony wyeliminował praktycznie całkowicie niedogodności wyżej opisanego układu TDA, gdyż wymagał znacznie mniejszej ilości dodatkowych elementów zewnętrznych, co zaoszczędziło wiele miejsca, a przy tym jego aplikacja stała się niezwykle prosta.
Pierwotnie układ LM 1036 był dedykowany do stosowania w boomboxach (akurat wówczas nastała moda na taki sprzęt), ale amatorzy szybko zobaczyli w nim atrakcyjny zamiennik układów budowanych "na piechotę", przy tym uzyskane parametry były nawet więcej niż zadowalające dla amatora. Szczególnie chodziło o dość dużej (w porównaniu do TDA) różnicy w szumach własnych na niekorzyść LM.
Czy jednak na tyle dużej, by wyeliminować ten układ z potencjalnych zastosowań?
Moim zdaniem niekoniecznie. Czemu? Owszem układ wprowadza szum, ale nie aż tak dokuczliwy jakby mogło się wydawać. Konstruktorzy bowiem zastosowali regulację wzmocnienia (już wewnątrz samej struktury układu scalonego) dwustopniową: pierwszy stopień realizowany był na samym wejściu sygnału (co zmniejszało ewentualność przesterowania sygnałem o zbyt dużej wartości), a drugi stopień był włączony już po bloku regulacji barwy. Co to dało? Otóż konstruktorzy wyszli z założenia, że w ten sposób szum będzie "maskowany" niejako przez sam sygnał użyteczny - przy niskim poziomie głośności szum będzie tłumiony tak samo jak sygnał, a wiec ich poziom względem sygnału nie będzie zwiększany, gdy zwiększymy głośność. Czy więc są to szumy na tyle duże, by wyeliminować układ LM z praktycznych zastosowań? Nie (to również MOJE ZDANIE). Czy dla przeciętnego amatora elektronika dokuczać będzie szum słyszalny po "wsadzeniu ucha do głośnika"? Chyba nie, a mniej więcej o takim poziomie szumu mówimy, I TO TYLKO W MOMENCIE BRAKU SYGNAŁU I USTAWIONEJ GŁOŚNOŚCI BLISKO MAX.
Czemu więc LM 1036 popadał w zapomnienie? No więc właśnie na szczęście nie do końca. Owszem, producent pierwotny przestał je produkować, ale natychmiast powstała jego chińska wersja nieróżniąca się od oryginału w aplikacji i o równie dobrych parametrach.
A właściwie jak wygląda aplikacja tego układu?
Jak pisałem - niezwykle (jak na tyle regulacji) prosto:
Proszę zwrócić uwagę na pewną symetrię - elementy odpowiedzialne za jeden kanał są na jednej stronie układu scalonego, a za drugi - na drugiej. Ponadto napięcie służące do regulacji (podane na potencjometry) jest wytworzone wewnątrz struktury - jest tam specjalnie do tego celu stabilizowane i filtrowane) - dzięki temu możemy mieć pewność, że nie będzie się zmieniać i ustawienia potencjometrów zawsze będą odpowiadać za takie same wzmocnienia, czy to samej głośności czy barwy dźwięku. Same potencjometry mogą mieć dość dowolne wartości - warunek to nieprzekraczanie możliwości prądowej wbudowanego źródła. Najlepiej sprawdzą się potencjometry LINIOWE o wartości 47/50 k Omów. Przy okazji jest to chyba najpopularniejsza obecnie wartość potencjometrów, więc nie będzie problemów z ich uzyskaniem/zakupem.
Sam LM 1036 poza podstawowymi regulatorami (wzmocnienie, barwa niskie, barwa wysokie, balans) posiada również możliwość włączenia regulacji Loudness - czyli zależne od wzmocnienia/głośności podbijanie skrajów pasma. Jest to szczególnie przydatna opcja podczas domowego słuchania muzyki; rekompensuje bowiem ułomność ludzkiego słuchu polegającą na tym, że w miarę coraz to cichszych dźwięków osłabia się zdolność słyszenia właśnie najniższych i najwyższych częstotliwości pasma akustycznego.
Obrazuje to prawy wykres na poniższym obrazku:
Na wyżej widocznym wykresie po lewej stronie możemy się zapoznać z "głębokością" regulacji barwy. Sięgająca aż do wartości +/- 15 dB pozwala zadowolić nawet najbardziej głodnych "uśmiechu sołtysa".
Wracając do potencjometrów, a ściślej do kondensatorów włączonych w obwód suwaków tychże - eliminują one ewentualne trzaski - nagłe niekontrolowane zmiany ustawienia w wypadku potencjometrów "zużytych" już częściowo, które w konwencjonalnym układzie wymagałyby natychmiastowej wymiany.
Ponieważ oba wspomniane tu układy (zarówno TDA 1074, jak i LM 1036) miałem okazję wielokrotnie testować w tworzonych przez siebie konstrukcjach, mogę potwierdzić - zero trzasków podczas wieloletniego użytkowania (często w niezbyt "zdrowych" warunkach - wtedy jeszcze wszyscy domownicy palili).
Co do pozostałych parametrów - przy zachowaniu zgodności z aplikacją układu, za każdym razem możemy się spodziewać dobrych, w każdym egzemplarzu takich samych wartości. Szum jako taki, podczas normalnego użytkowania, nie jest słyszalny, a sam dźwięk brzmi naturalnie - nawet (a może powinienem napisać "szczególnie") podczas względnie cichego słuchania przy włączonym układzie LOUDNESS.
Co ważne, to zachowanie odpowiedniej wartości napięcia sygnału wejściowego - najlepiej się sprawdza wartość sygnału na poziomie ok. 200mV.
Parametry elektryczne zawarte są w poniższej tabeli:
Dla lubiących kombinować, układ korekcji barwy umożliwia zarówno głębokość regulacji, jak i samych częstotliwości, dla których podbicie będzie największe; opisują to kolejne wykresy:
Jeśli zaś chodzi o regulację wzmocnienia i balansu... Mimo zastosowania potencjometru wzmocnienia o charakterystyce liniowej, sama regulacja przebiega "logarytmicznie" względem kąta obrotu potencjometru dla regulacji wzmocnienia, a liniowo dla balansu. Regulacja głośności jest dzięki temu niezwykle "łagodna" i zgodna (
) z czułością ludzkiego słuchu.
W podstawowej aplikacji regulacja balansu pozwala na bardzo głębokie zmiany głośności aż do praktycznie całkowitego (dla skrajnych położeń potencjometru) wyciszenia danego kanału. Oczywiście nic nie stoi na przeszkodzie, by tę regulację "utemperować" poprzez (najprościej) wymianę potencjometru na niższą wartość plus podłączenie do jego skrajnych wyprowadzeń dodatkowych rezystorów, tak, by wartość całkowita nie zmieniła się w stosunku do aplikacji pierwotnej.
Przykładowe rozwiązanie praktyczne
Specjalnie dla potrzeb tego artykułu przygotowałem wzór PCB. Jeśli ktoś chętny, może skorzystać i skopiować. Jeśli ktoś woli samodzielnie zaprojektować płytkę, wystarczy "trzymać się" schematu aplikacji. Nic nie stoi na przeszkodzie, by połączyć na jednej płytce gniazda wejściowe i układ wzmocnienia/regulacji na LM.
Oczywiście nie ma potrzeby wykonywania połączeń z potencjometrami przewodami w ekranie - ja stosuję najczęściej przewody w "tasiemce" łączone z płytką potencjometrów (w artykule również płytka potencjometrów przykładowa - na potrzeby artykułu zbudowana) za pomocą złącz MOLEX - jak na zdjęciach poniżej.
A tak to wygląda już zmontowane:
W moim wypadku zastosowałem potencjometry 100k - z prozaicznego powodu; po prostu miałem takie "z odzysku". I tu od razu należy przypomnieć, że regulacja polega na podaniu na odpowiednie wejście US odpowiedniego (dla położenia potencjometru) napięcia. Napięcie pozyskiwane jest z samego LM 1036 nóżka 17 i w związku z tym dzielnik (potencjometr regulacji plus szeregowy rezystor) musi być co najmniej zbliżona do tej zalecanej w aplikacji. O ile aplikacja sugeruje stosowanie potencjometrów 47k plus szeregowe rezystory o takiej samej wartości, to w wypadku innych (większych) wartości potencjometrów należy również powiększyć odpowiednio i wartości szeregowych rezystorów.
A czemu nie mniejszej oporności potencjometry? Z racji na ograniczoną wartość (dostępnego z wewnętrznego źródła) napięcia odniesienia, wydajności prądowej.
W DS są podane max wartości prądu, jaki jest dostępny z tego źródła i lepiej go nie przekraczać - grozi to uszkodzeniem układu. Wartość 47k jest takim optimum pomiędzy wydajnością prądową źródła a odpornością na zakłócenia z powodu nadmiernie długich kabli połączeniowych potencjometru z układem LM. Co prawda nawet kable długości 30 cm nie powodują takiego niebezpieczeństwa, a i kondensatory bocznikujące (0,22uF) powrotne napięcia sterujące zapewniają sporą odporność na impulsy zakłóceń, no i sama obudowa urządzenia (o ile metalowa) również stanowi skuteczne zabezpieczenie, to w dobie wszechobecnych zasilaczy impulsowych, transmisji BT itp. zakłóceń i innych śmieci obecnych wokół nas - lepiej dmuchać na zimne.
I wracając do tematu: wspomniany włącznik loudness wraz z LED sygnalizującym włączenie.
Wykorzystałem tu "patent" polegający na wykorzystaniu laminatu z dwoma przylutowanymi nakrętkami M3 w przelotowych otworach jako mocowanie płytki samego włącznika. Ten sposób niezwykle ułatwia montaż, a przy tym jest na tyle odporny, że z powodzeniem wytrzymuje naprężenia powstające podczas włączania/wyłączania. Ważne jest tylko, by uwzględnić ew. grubość laminatu dla ustalenia wysokości umieszczenia otworów na klawisz wyłącznika i LED.
Wspominałem wcześniej o płytce wejść. Tym razem w roli samych włączników konkretnego gniazda zastosowałem hermetyczne przekaźniki miniaturowe. Ich wielkość i parametry wręcz prosiły się o takie zastosowanie.
Póki co na poniższym zdjęciu nie ma jeszcze samych gniazd - przesyłka się opóźniła.
Oczywiście do wyboru gniazda należy doprowadzić napięcie (12V ok. 12mA dla tego modelu przekaźnika) - wykorzystałem do tego celu przełącznik obrotowy 5-pozycyjny. LEDy kontrolne włączane są w szereg z przekaźnikiem, co pozwala na uproszczenie konstrukcji - nie potrzeba rezystorów ograniczających prąd diod, a i można zastosować przełącznik jednosekcyjny.
Oczywiście to wyłącznie przykład, jeśli chodzi o zarówno same projekty płytek, jak i "patent" z konsolką przełącznika loudness, ale jako wskazanie na proste wykonanie postanowiłem je zamieścić.
Co do jakości przedwzmacniacza barwy tonu wykonanego na LM 1036 raz jeszcze powtórzę;
Mimo, że nie jest to układ HiFi, to przy umiejętnym jego wykorzystaniu (jak chociażby zadbanie o odpowiednich wartości sygnału audio na jego wejściu) uważam, że jest to układ wart zainteresowania - szczególnie dedykowany tym z Was, którzy dopiero stawiają pierwsze kroki w dziedzinie elektroniki audio DiY. Czemu?
Z kilku powodów:
-po pierwsze - niezła jakość;
-po drugie - prosta aplikacja;
-po trzecie - możliwość kształtowania charakterystyk regulacji barwy w dość szerokim zakresie przez wymianę zaledwie pojedynczych elementów;
-po czwarte - sygnał wyjściowy o wartości umożliwiającej bezpośrednie wysterowanie praktycznie każdego wzmacniacza mocy;
No i...
-po ostatnie - cena. Jak za kompletny układ regulacji barwy, wzmocnienia i balansu (doliczając drobiazgi typu: kondensatory, rezystory i potencjometry - te ostatnie mogą być nawet niskiej jakości; i co ważne ze względu na cenę MONO) - o sprawdzonej konstrukcji zapewniającej poprawne działanie "od strzału" (o ile nie popełnimy błędów), to naprawdę (ja w każdym razie tak uważam) bardzo niewielki koszt. A zadowolenie z działającego układu - bezcenne.
Inne opcje konkurencyjnych układów:
Pisałem o tym - układ LM 1036 ma swoje lata - powstał ładnych "dziesiąt" lat temu i jak to bywa, w międzyczasie doczekał się kilku następców (nie piszę tu o wszelkiej maści procesorach audio - to mimo wszystko inna - "cyfrowa" - bajka) - między innymi seria kilku układów o wspólnym oznaczeniu BBE (np. XR 1075) - owszem, są. Ale... ale miałem okazję kilka układów tej serii "przetestować" i jakoś nie przypadły mi do gustu. Dlaczego - Dość specyficzny sposób regulacji barwy dźwięku polegający na półkowym podbiciu/osłabieniu częstotliwości powyżej/poniżej ustalonej granicy. Sprawia to wrażenie polepszenia jakości, ale tylko przez kilka chwil. Im dłużej się tego słucha, tym bardziej dochodzi się do wniosku, że nie jest to to, co tygrysy lubią najbardziej...
Prócz współczesnych wersji układów "napięciowej" regulacji barwy nie znalazłem dotychczas niczego, co by mnie zainteresowało. Może to jeszcze przede mną? A na koniec chciałem kilka słów dorzucić o układzie praktycznie współczesnym bohaterowi tego tematu - mianowicie mowa o TDA 1524. Moim skromnym zdaniem jest to przyczyna złej famy o tego typu układach scalonej barwy dźwięku. Przyczyna, która dzięki swej złej sławie rzuciła cień na wszystkie tego rodzaju układy scalone. Dlaczego? Niestety o ile kaseta magnetofonowa się Philipsowi udała - ostatecznie kilka dziesięcioleci wiodła prym we wszelkiego rodzaju odtwarzaczach muzyki, dyktafonach itp., to jeśli chodzi o napięciem sterowany układ korekcji barwy, balansu i wzmocnienia, to porażka na całej linii.
W porównaniu do LM 1036 jest o kilka klas gorszy - pierwsze zastrzeżenie to szum. Szum, jaki jest od włączenia sprzętu do jego wyłączenia. W tym wypadku konstruktorzy Philipsa się nie popisali. O ile regulacja wzmocnienia w LM 1036 jest dwupunktowa (na samym wejściu sygnału i na wyjściu - wspólnie regulowane), to w TDA poszli skrótem i wstawili regulację wzmocnienia tylko na wejściu toru sygnału.
Dzięki temu wszystkie szumy wnoszone przez sam układ pojawiają się na jego wyjściu - mało tego - zależne są one od ustawionej korekcji - przy podbiciu barwy na max szumy są również wzmocnione... To pierwszy zarzut. Drugi to ogólne wrażenie odsłuchowe - trudno to jednoznacznie określić, ale porównując 1:1 TDA z LM to ten pierwszy wypada nadzwyczaj niekorzystnie. Raz - szum o którym już wspomniałem. Dwa - to głębokości korekcji i sama korekcja, a raczej dźwięk okaleczony tą korekcją; po prostu brzmi wyjątkowo nienaturalnie. I jakoś się nie dziwię w związku z powyższym, że o ile przedwzmacniaczy z LM 1036 można znaleźć na Aliexpress co najmniej kilka wariantów, to takich przedwzmacniaczy zbudowanych na TDA 1524 nie znalazłem ani jednego (chyba że źle szukałem?).
I nie wnikam tu w parametry "papierowe", ale te wynikające z wrażeń odsłuchowych - wiem; możecie mi zarzucić, że nie są one obiektywne - owszem. Mimo, że starałem się zawsze nie wydawać opinii po kilku pierwszych minutach słuchania - czasem opinia klarowała się szybciej, czasem wolniej (nawet po kilku miesiącach słuchania po kilkanaście/kilkadziesiąt minut dziennie w różnych konfiguracjach sprzętu) - macie prawo do odmiennego zdania, jednakże uważam, że (jeśli postaracie się zachować obiektywizm w ocenie i macie porównanie do innych układów) prędzej czy później przyznacie mi rację. A może nie? Napiszcie w komentarzach. Chętnie poznam Wasze opinie i argumenty.
Na zakończenie - Koszty.
Tu w grę wchodzi koszt samego układu plus koszt elementów aplikacji oraz cena wykonania płytki.
Sam układ można zakupić na Aliexpress za ok. 16-20 zł - wiele tu zależy od konkretnego sprzedawcy i... koniunktury. Osobiście też (jak zwykle) namawiałbym jednak do bliższemu przyjrzeniu się historii sprzedającego - ilości sprzedanych sztuk, ocenie kupujących itp. Nie jest to normą, ale przeważnie im więcej sprzedanych egzemplarzy tym większe prawdopodobieństwo, że nie natniemy się na jakiś babol z tego co można zauważyć już nawet samych opisów na grzbiecie okładu jest co najmniej kilka rodzai. Czy to świadczy o jakości? Może i nie, ale daje do myślenia - jakoś nie chce mi się wierzyć, by te układy były produkowane przez kilka fabryk; moim zdaniem byłoby to nieopłacalne przy obecnym zapotrzebowaniu na układy tego typu. Istnieje więc prawdopodobieństwo, ze przynajmniej część sprzedawców handluje "malowankami" - układami o nieznanej zawartości a tym bardziej jakości (parametrach). Szukałbym więc sprzedawców mających na koncie co najmniej kilkadziesiąt sztuk i dobre opinie kupujących.
Jednym z takich może być np. ten:
Chociaż chętnie poznam Waszych ulubionych sprzedawców.
Przy trzech sztukach (zawsze lepiej mieć zapas - np. na kolejne konstrukcje) cena jednostkowa wychodzi ok. 21 zł. Czy to dużo? Jak dla mnie - nie, bo uważam, że jest wart ten układ takiej ceny za to co oferuje w zamian. Przypomnę że to praktycznie kompletny układ regulacji barwy i to niezwykle prosty do wykonania.
Tyle odnośnie LM 1036. W poprzednim artykule zamieściłem schemat i rysunek ścieżek do zbudowania wzmacniacza na 2x LM 3886 .
Pozdrawiam serdecznie.
Fajne? Ranking DIY
