РЕГУЛИРОВКА — КНОПКОЙ

Современный дизайн, отменные качество и надежность придают бытовой аппаратуре электронные регуляторы, благодаря которым желаемый уровень громкости или, например, настройка на нужную частоту легко устанавливаются при помощи кнопок. Только вот до массового применения этих компактных устройств дело пока не дошло. А виной всему — относительно сложная их конструкция, дороговизна при явной нерасторопности отечественного рынка, ничуть не беспокоящегося о доступности современной элементной базы радиолюбителям (особенно в сельской «глубинке»). Несколько улучшить ситуацию призван самодельный кнопочный переменный резистор. Ведь задумывался он как альтернатива недостаточно надежному, хотя довольно распространенному элементу, играющему роль регулятора громкости и других электронных параметров в теле-, радио-, аудио- и видеотехнике. В основе предлагаемой разработки — прописная, казалось бы, истина: любой переменный резистор (независимо от конструктивного исполнения) можно представить в виде последовательно соединенных «постоянных R» с отводом от каждого «слагаемого» на коммутатор, позволяющий в соответствии с требуемым алгоритмом выбирать, что и когда включить в сборку. И чем больше отводов у «регулируемого составного устройства» и меньше номинал каждого из входящих в него элементов, тем незаметнее ступенчатость изменения сопротивления при коммутации. Но недаром еще мудрецы древности призывали остерегаться «общеизвестной легкодоступности». Так что пришлось основательно попотеть, прежде чем было найдено приемлемое решение ясной, казалось бы, задачи. Хотя в роли резисторной сборки использована электрическая цепь R1 — R15 с набором отводов, для осуществления требуемой коммутации (с получением того или иного общего сопротивления на выходе) потребовалось вводить в схему мультиплексоры DD1 и DD2. Из других особенностей нельзя не отметить того, что номер открытого входа для подсоединяемого отвода задается в виде четырехразрядного двоичного кода. Причем младшие разряды адресованы информационным 1, 2, 4, а старший — S (в соответствии с функциональными особенностями используемых микросхем). Транзистор VT1 инвертирует сигнал старшего разряда, чем обеспечивается поочередная работа и, соответственно, последовательное подключение входов вначале одного, а затем другого мультиплексора. Двоичный код изменяется цифровым регулятором, реверсивный двоичный счетчик DD2 которого своими выводами Q1, Q2, Q4, Q8 непосредственно связан с коммутационной схемой. Направление изменения кода задает (по входу U счетчика) RS-триггер DD1.1. А устанавливается он кнопками «∧» (SB1) — увеличение и «∨» (SB2) — уменьшение кода. Выходной код счетчика изменяется при поступлении на счетный вход С перепада уровня напряжения от низкого до высокого. Для этого служит формирователь, собранный на DD1.3, DD1.4 и VT1. Рассмотрим работу схемы цифрового регулятора. С подачей на него электропитания появляется импульс высокого уровня на Esn (за счет зарядки конденсатора С3). Следовательно, установочные D1, D2, D4, D8 триггеров счетчика открываются. Причем в зависимости от подключения этих входов к шине питания или «общей» сами переключающие устройства переходят, соответственно, в состояние логической единицы или логического нуля. После окончания действия импульса зафиксированный код передается на выход счетчика. Такой режим позволяет при включении питания установить начальный уровень громкости. Если в этом необходимости нет, то С3 и R6 исключают, а вход Esn подсоединяют к «общей» шине. Резистор R7 и кнопка «0» (SB3) на входе R счетчика обеспечивают (при нажатии на кнопку) режим быстрой установки минимальной громкости. Эта функция также является необязательной. И поэтому R7, SB3 из схемы можно удалить, а вход R подключить непосредственно к «общей» шине. При кратковременном нажатии кнопки «∧» (или «∨») на выходе RS-триггера и входе U счетчика появляется логическая единица или логический нуль. Одновременно вход формирователя (левый по схеме вывод R4) через диод VD1 или VD2 подключается к «общему» проводу. А на его выходе с задержкой, определяемой постоянной времени R4C1, устанавливается уровень логического нуля. После отпускания кнопки (размыкания контакта) состояние триггера не изменяется. На выходе же формирователя появляется с задержкой логическая «1». В момент изменения уровня выходной код счетчика возрастает (или, соответственно, уменьшается) на единицу.

Формирователь при этом выполняет две функции: обеспечивает необходимый порядок поступления уровней на U и С счетчика и защищает вход С от так называемого «дребезга» контактов у кнопок. Если состояние «∧» или «∨» удерживается продолжительное время, то RS-триггер срабатывает, как и при кратковременном нажатии. В результате на выходе формирователя появляется логический нуль, а на выходе элемента DD 1.3 — логическая единица. При удержании кнопки конденсатор С3 начнет заряжаться (через высокоомный резистор R5) до напряжения открывания транзистора VT1. Когда сопротивление «коллектор — эмиттер» уменьшится, со счетчика на вход элемента поступит логическая единица, а через базу-эмиттер произойдет подключение (нижнего по схеме) вывода R5. При таком подсоединении резистора передаточная характеристика логического элемента КМОП-структуры установится в середину рабочей зоны, превратив этот элемент в усилитель, а формирователь — в генератор импульсов. Непрерывно начнет изменяться и выходной код (до достижения «1111», если «задействован» режим «∧», или до другого конечного значения — «0000», когда нажата кнопка «∨»), В итоге на выходе переноса Р счетчика появится логический нуль, блокируя работу формирователя (по нижнему, согласно схеме, выводу элемента DD1.4). А это необходимое условие для предотвращения скачков при переходе от максимального уровня громкости к минимальному или, наоборот, от минимума к максимуму.

После достижения конечного значения изменение выходного кода возможно только в противоположную сторону. Таким образом, в рассматриваемом цифровом регуляторе посредством одних и тех же кнопок можно осуществить как пошаговое, так и непрерывное изменение двоичного кода. При подключенном коммутаторе это приводит к изменению сопротивления на выходе от минимального значения до максимального.

Что касается конструкторско-технологических особенностей, то следует отметить, что кнопочный переменный резистор выполнен на двух платах из 1,5-мм односторонне фольгированного стеклотекстолита. Первая плата, предназначенная для монтажа цифрового регулятора, изображена на рисунке, где помимо печатных проводников условно показаны радио-детали, а также точки подключения электронного коммутатора, кнопок и источника питания. Дать шаблон второй платы (для сборки самого электронного коммутатора) не представляется возможным. Ведь ее габариты и топология определяются размерами резисторов R1 — R15, а эти элементы выбираются, как уже неоднократно подчеркивалось, исходя из сопротивления заменяемого переменного резистора. В частности, если решено вместо «старорежимного стокилоомного» установить самодельное компактное кнопочное устройство, то каждый из входящих в резисторную сборку элементов будет иметь номинал 6,8 кОм. И это нельзя не учитывать при выполнении остальных расчетов. В случае замены сдвоенного переменного резистора (в стереофоническом аппаоате) необходимо изготовить два коммутатора. Только входы 1, 2, 4, и 8 «спариваемых» схем, естественно, придется «параллелить», а «итоговые» вход и выход каждого подсоединять к соответствующим точкам подключения заменяемого резистора. Учитывая, что через резисторные сборки идет регулируемый сигнал, эту удвоенную плату надо располагать поближе, а лучше — на месте заменяемого резистора. Для размещения же цифрового регулятора и кнопки использовать любой свободный уголок. Питать схему кнопочного переменного резистора можно от любого источника постоянного тока напряжением 5 — 15 В, поскольку устройство это весьма экономичное и в статическом режиме потребляет лишь несколько мкА. При небольших габаритах и в сочетании с 16 дискретными значениями оно поистине незаменимо в портативных аппаратах бытового назначения.

А. РОМАНЧУК,

Сахалинская обл.