Электронный коммутатор входов. Электронный коммутатор входов аудиосигнала (К176ИЕ4, К178ИЕ8, К561КТ3)

категория Схемы аудиотехники материалы в категории * Подкатегория Схемы устройств коммутации и индикации аудиосигналов и предусилителей

Электронные коммутаторы входных сигналов в сравнении с электромеханическими обладают большей надежностью, имеют меньшие габариты и массу и более удобны в управлении.

Наряду со всеми перечисленными достоинствами, предлагаемый вниманию радиолюбителей коммутатор отличается простотой схемного решения и оригинальной индикацией подключаемого входа.

Вносимые им во входной сигнал нелинейные искажения при нагрузке не менее 1 МОм и входном сигнале до 0,5 В составляют около 0,001%. Входы переключаются всего одной кнопкой.

Схема коммутатора входов звукового сигнала

Работает коммутатор следующим образом:
При включении питания происходит сброс счетчиков DD1 и DD2, при котором на всех (кроме выхода 0) выходах счетчика DD2 устанавливается уровень логического нуля. На выходе 0 устанавливается уровень логической единицы» Это напряжение открывает соответствующие ключи коммутаторов DD3 и DD4, сигналы со входов Вх1 проходят на выход коммутатора.

Индикатор HG1 индицирует это состояние как 0, что соответствует подключению первого входа. При однократном нажатии на кнопку выбора входного сигнала SB1 на вход счетчиков DD1 и DD2 поступает импульс, при котором на индикаторе HG1 загорается 1, а уровень логической единицы с выхода 0 счетчика DD2 сдвигается на выход 1» Напряжение, появившееся на этом выходе, окрывает соответствующие ключи коммутаторов DD3, DD4, после чего к выходу коммутатора подключаются его вторые входы Вх2.

Аналогичные процессы сопровождают нажатие на клавишу второй и третий раз, при которых подключаются третий и четвертый входы. При нажатии на кнопку SB1 в четвертый раз снова происходит сброс счетчиков DD1 и DD2, т. е. к нагрузке опять подключаются первые входы, индикатор HG1 индицирует 0 и процесс повторяется с самого начала.

В коммутаторе можно использовать и способ индикации подключаемых входов с помощью светодиодов HL1 - HL4 (часть схемы, обведенная штрих-пунктирной линией), при этом надобность в микросхеме DD1 и индикаторе HG1 отпадает.

При монтаже вместо микросхемы К176ИЕ8 можно использовать К561ИЕ8, К561ИЕ9. Микросхему К561КТЗ вполне заменит К176КТ1, но при этом примерно в пять раз увеличатся нелинейные искажения.

Коммутатором называют устройство, позволяющее коммутировать (включать или переключать) электрические сигналы. Аналоговый коммутатор предназначен для коммутации аналоговых, т. е. изменяющихся по амплитуде во времени сигналов.

Отмечу; что аналоговые коммутаторы с успехом можно применять и для коммутации цифровых сигналов.

Обычно состоянием «включено/выключено» аналогового коммутатора управляют подачей управляющего сигнала на управляющий вход. Для упрощения процесса коммутации для этих целей используют цифровые сигналы:

♦ логическая единица - ключ включен;

♦ логический ноль - выключен.

Чаще всего уровню логической единицы отвечает диапазон управляющих напряжений, лежащих в пределах от 2/3 до 1 от напряжения питания микросхемы коммутатора, уровню логического нуля - зона управляющих напряжений в пределах от 0 до 1/3 от напряжения питания. Вся промежуточная область диапазона управляющих напряжений (от 1/3 до 2/3 от величины напряжения питания) соответствует зоне неопределенности. Поскольку процесс переключения носит, хотя и неявно выраженный, пороговый характер, аналоговый коммутатор можно рассматривать по отношению к входу управления как простейший .

Основными характеристиками аналоговых коммутаторов являются:

К числу недостатков переключателя можно отнести то, что предель-

При включении генератора оба ключевых элемента микросхемы разомкнуты. С2 через R5 заряжается до напряжения, при котором ключ DA1.1 включается. На резистивный делитель R1-R3 подается напряжение питания; С1 заряжается через R4, R3 и часть потенциометра R2. Когда напряжение на его положительной обкладке достигнет напряжения включения ключа DA1.2, произойдет разряд обоих конденсаторов, и процесс их заряда- разряда будет периодически повторяться.

Для проверки исправности элементов световой индикации необходимо кратковременно нажать кнопку SA1 «Тест».

При работе на индуктивную нагрузку (электромагниты, обмотки и т. п.) для защиты выходных транзисторов микросхемы вывод 9 микросхемы следует подключить к шине питания, как показано на рис. 23.26.

Рис. 23.24. Структурная Рис. 23.26. включения микросхемы

микросхемы ULN2003A (ILN2003A) (JLN2003A при работе на индуктивную нагрузку

UDN2580A содержит 8 ключей (рис. 23.27). Она способна работать на активную и индуктивную нагрузку при напряжении питания 50 В и максимальном токе нагрузки до 500 мА.

Рис. 23.27. Цоколевка и эквивалентная микросхемы UDN2580A

UDN6118A (рис. 23.28) предназначена для 8-и канального ключевого управления активной нагрузкой при максимальном напряжении до 70(85) В при токе до 25(40) мА. Одна из областей применения этой микросхемы - согласование низковольтных логических уровней с высоковольтной нагрузкой, в частности, вакуумными флуоресцентными дисплеями. Входное напряжение, достаточное для включения нагрузки - от 2,4 до 15 В.

Совпадают с микросхемами UDN2580A по цоколевке, а по внутреннему строению с микросхемами UDN6118A другие микросхемы этой серии - UDN2981 - UDN2984.

Рис. 23.29. Строение и цоколевка микросхемы аналогового мультиплексора ADG408

Рис. 23.28. Цоколевка и эквивалентная микросхемы UDN6118А

Аналоговые мультиплексоры ADG408!ADG409 фирмы Analog Device можно отнести к управляемым цифровым кодом многоканальным электронным переключателям. Первый из мультиплексоров (ADG408) способен переключать единственный вход (выход) на 8 выходов (входов), рис. 23.29. Второй (ADG409) - переключает 2 входа (выхода) на 4 выхода (входа), рис. 23.30.

Максимальное замкнутого ключа не превышает 100 Ом и от напряжения питания микросхемы.

Микросхемы могут питаться от двух- или однополярного источника питания напряжением до ±25 В, соответственно, коммутируемые сигналы по знаку и амплитуде должны укладываться в эти диапазоны. Мультиплексоры отличаются малым потреблением тока - до 75 мкА. Предельная частота коммутируемых сигналов - 1 МГц.

Сопротивление нагрузки - не менее 4,7 кОм при ее емкости до 100 ηФ.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.

Наверняка у многих радиолюбителей, особенно старшего поколения, в закромах до сих пор пылятся микросхемы «жёсткой» логики типа серий К155, КР1533, К561 и аналогичных. Многие с них начинали своё знакомство с цифровой техникой. В эпоху микроконтроллеров такие микросхемы применяются всё реже и реже, а выкинуть подобный "раритет " не у каждого поднимется рука...

Попробуем найти им хоть какое-то применение, а в разрезе нашего издания, разумеется, попытаемся их пристроить в аудиотехнику.

Предлагаемая конструкция селектора входов усилителя позволяет с помощью удобного и модного валкодера переключать входы вашего аппарата, а также выбирать какой из них будет активирован при включении питания (валкодер должен иметь функцию нажатия кнопки). Забавная схема получилась, однако.

В промышленных аппаратах это выглядит примерно так:

Теперь свой усилитель вы можете тоже оснастить таким модным коммутатором.

Плюсы устройства:

• довольно удобная коммутация входов с различными вариантами индикации активного входа
• низкая стоимость и доступность комплектующих элементов,
• отсутствие тактовых сигналов (истинные аудиофилы могут смело встраивать этот селектор в свои ламповые усилители — схема генерирует импульсы только в момент переключения входов .)
• возможность выбрать и при необходимости оперативно поменять вход, который будет активироваться при включении усилителя.
• количество коммутируемых входов можно изменять от 2 до 10.

Справедливости ради отметим и минусы устройства:

• нерациональное использование микросхемы памяти. В работе задействована только одна ячейка. Хотя, учитывая нынешнюю стоимость таких микросхем, этот недостаток можно считать несущественным.
• отсутствие дистанционного управления.
• относительная сложность. На микроконтроллере всё было бы гораздо проще, хотя не факт, что дешевле.
• повышенное энергопотребление. Зависит от примененной серии микросхем. На фоне общего потребления электроэнергии ламповым усилителем этот недостаток тоже весьма относительный.

Принципиальная схема устройства представлена на рисунке:

Увеличение по клику

На микросхеме IC7 выполнен подавитель дребезга контактов валкодера. Элементы IC8A, IC8B, IC1a, IC1C формируют счётные импульсы в одном канале при вращении валкодера в соответствующую сторону, блокируя второй канал для предотвращения ложных срабатываний. Счётные импульсы поступают на реверсивный счётчик IC3, который является «сердцем» данного устройства.

С выходов счётчика двоичный код выбранного входа поступает на дешифратор — микросхему IC6. С выходов дешифратора сигналы через буферные каскады (на схеме не показаны) используются для управления реле или электронными ключами, которые непосредственно коммутируют входы усилителя.

Также сигналы с выводов 1 и 10 используются для блокировки счёта при достижении первого или последнего входов. В показанном на схеме варианте селектор способен коммутировать 9 входов. Если нужно меньше, например 4 входа, то вывод 6 микросхемы IC1B следует подключить к 4 выводу микросхемы IC6.

С выходов двоичного счетчика (кстати, если входов меньше 10, то можно использовать и двоично-десятичный счётчик) двоичный код выбранного входа поступает также на двунаправленный буфер IC5. При нажатии на кнопку валкодера через подавитель дребезга контактов на элементе IC8C элементами IC2a IC2B формируются управляющие сигналы для записи кода активного входа в энергонезависимую память EEPROM IC4 в ячейку с нулевым адресом.

При включении питания микросхема памяти выставляет на шину данных значение, записанное в нулевую ячейку памяти. Это значение загружается по асинхронным входам в счетчик IC3 по импульсу, сформированному цепью R6, R7, C6. Так происходит активация выбранного входа.

Организовать индикацию активного входа можно двумя способами.

Первый способ — это к выходам дешифратора IC6 подключить светодиоды. Тогда получится вариант, как показан на первом рисунке (смотри выше).

Второй способ более продвинутый. К выходам счётчика A B C D можно подключить через дешифратор типа КР514ИД1/КР514ИД2 семисегментный светодиодный индикатор, который будет показывать номер выбранного входа.

Так как высокое быстродействие от схемы не требуется, то в устройстве можно применить цифровые микросхемы разных серий, от чего будет зависеть потребляемая мощность.

Отечественные аналоги используемых микросхем:

• IC1, IC2, IC7, IC8 — 4093 — К561ТЛ1 и аналогичные
• IC3 — 74HC193 - КхххИЕ6, КхххИЕ7
• IC5 — 74HC245 — КхххАП6 (АП4 или АП5 с изменением схемы)
• IC6 — 74HC42 — КхххИД6 (можно применить другие дешифраторы в зависимости от требуемого количества коммутируемых входов)

Статья подготовлена по материалам журнала «Электор».

Вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты».

Удачного творчества!

Селектор входов для усилителя на реле (DIY).

Чтобы коммутировать несколько входных сигналов на усилитель мощности без постоянного передергивания шнуров используются различного рода селекторы. Ниже представлена принципиальная схема такого селектора, в качестве коммутирующих элементов в ней применены реле на напряжение 12 Вольт. Схема способна коммутировать 4 стереофонических источника звукового сигнала. Входные разъемы RCA и реле располагаются на одной небольшой плате, это позволяет снизить помехи и использовать меньшее число экранированных кабелей. Выбор входов осуществляется миниатюрным галетным переключателем на 4 положения. Так же на плате расположены выпрямитель и фильтрующая емкость блока питания. Принципиальная схема селектора приведена ниже:

На разъем питания подается переменное напряжение 9...12 Вольт от понижающего трансформатора. На схеме после выпрямителя мы видим резистор R* с маркировкой 0R or more. Это сопротивление нужно для ограничения тока при использовании трансформаторов с более высоким напряжением, чем 9 Вольт. При подаче переменного напряжения 9 Вольт просто ставится перемычка. При подаче переменки 12 Вольт после выпрямителя и сглаживающей емкости получится 16,92 Вольта, а это для 12-ти вольтового реле уже многовато, ставим токоограничивающий резистор. Номинал прикидываем по формуле: 16,92-12 / ток обмотки реле.

Конфигурация платы выглядит следующим образом:

На рисунке желтой точкой под резистором R* обозначено место разреза дрожки в случае применения токоограничительного резистора.

Печатная плата релейного селектора входных сигналов в формате LAY6:

Фото-вид платы селектора LAY6 формата:

Разъем RCA стерео – 4 шт.
Реле 12 Вольт HK19F-DC12V-SHG – 4 шт.

Ссылка на страницу товара
Галетный переключатель на 4 положения – 1 шт.
Разъем 5Pin (2,54mm) подключения галетного переключателя – 1 шт.
Разъем 2Pin с болтовым зажимом (подключение питания) – 1 шт.
Разъем 3Pin (подключение выхода селектора на вход усилителя) – 1 шт.
Импортная диодная сборка типа W04, W06 – 1 шт.
Так же на плату можно поставить диодные сборки типа DB102, DB103 или подобные.
Конденсатор электролит 470...1000mF/25-35V – 1 шт.
Диод 1N4001 (в параллель обмоткам реле) – 4 шт.
Светодиод 5mm – 4 шт.
Резисторы в цепь светодиода 1 кОм – 4 шт.
Токоограничительный резистор 200R 0,25W – 1 шт.
Разъемы Input1 – Input4 - 3Pin 2,54mm – 4 шт. Это если вы будете использовать не штатные RCA входные разъемы, а внешние, которые установлены не на плате селектора, а на корпусе усилителя.
И еще один разъем Vcc – для подачи на плату постоянного напряжения питания, в этом случае переменка не подключается, да и диодную сборку можно не впаивать.

Когда для нескольких устройств используется один усилитель с одним входом, необходим переключатель входов для усилителя. Для удобства переключатель нужно сделать дистанционным. В качестве коммутирующего элемента используется мультиплексор D4. Это микросхема КМОП серии. Коммутация происходит изменением сопротивления канала полевого транзистора.

Принципиальная схема переключателя двух каналов на четыре направления изображена на рисунке.

Каналы этой микросхемы отличаются высокой линейностью в различном диапазоне коммутируемых аналоговых сигналов,кроне того микросхема позволяет коммутировать как сигналы положительной полярности, так и отрицательной (для этого на микросхему подается двухполярное напряжение питания). Информация о необходимости включения определенного входа поступает в двоичном коде на выводы 10 и 9 микросхемы. При коде числа на этих входах "0" (00) включаются X1 и У1, при коде "1" (01) - Х2 и У2, при коде "2" (10) - Х3 и У3, при "3" - (И) Х4 и У4.

Код для переключении мультиплексора формируется регистровым счетчиком D2, который в данном случае используется только как регистр. С помощью кнопок S1 - S4 на входах "1" и "2" этого счетчика формируется двоичный код нужного входа. Например при нажатии на кнопку S4 через диоды VD1 и VD2 на оба входа поступают единичные уровни, при нажатии на S2 - только на первый вход, на S3 - на второй. При нажатии на S1 на обеих входах нули.

Теперь нужно, чтобы этот код был записан в регистры микросхемы D2. При нажатии на любую из кнопок на одном из входов элемента D1.1 появляется единица, на его выходе ноль. Конденсатор С2 разряжается через резистор R3 и после того как напряжение на ней достигнет логического нуля на выходе элемента D1.2 возникает единица.

Положительный импульс зарядного тока конденсатора С5 поступает на вывод 1 микросхемы D2 и переносит установленный на её входах "1" к "2" код в память, одновременно этот код появляется на её выходах "1" и "2" (выводы 6 и 11), откуда код поступает на управляющие входы мультиплексора D4. Теперь можно отпустить нажатую кнопку, и код на выходах микросхемы D2 не изменится.

Подавление дребезга контактов в данной схеме происходит за счет того что при отпускании кнопки, на входе элемента D1.2 логическая единица устанавливается не сразу, а по истечении времени зарядки конденсатора С2 через резистор R3. Во время дребезга на выходе элемента D1.1 будут импульсы, которые не дадут конденсатору С2 зарядиться до уровня единицы. Это только тогда будет возможно, когда кнопка будет полностью отпущена.

Для индикации номера включенного входа используется светодиодный семисегментным индикатор Н1. Он показывает номера входов - "0", "1", "2" и "3". Микросхема D3 преобразует двоичный код на своих входах в семь сигналов управления сегментами индикатора.

В момент включения схему устанавливается в положение включенного первого входа "0". Для этого используется цепь C1 F2. При включении зарядный ток конденсатора С1 создает положительный импульс на выводе 9 микросхемы D2. Этот вывод используется для установки счетчика и регистра в состояние, когда ка всех выходах нули. Это состояние хранится в памяти до тех пор, пока не будет нажата одна из кнопок.

Вместо микросхем К561 можно использовать такие-же из серии К564. Дешифратор D3 можно заменить на К176ИД2 или К514ИД1. В первом случае совсем другая цоколевка, а во втором потребуется индикатор с общим катодом, например АЛС3 24А, его выводи 3, 9 и 14 придется соединить с общим проводом.