Jak często zdarza się nam, maniakom samodzielnej budowy nagłośnienia, zbudowanie subwoofera lub końcówki mocy włączającej się automatycznie gdy na wyjściu źródła pojawi się sygnał audio ? Taka funkcjonalność pojawia się sporadycznie w konstrukcjach DIY oraz lepszych komercyjnych, a okazuje się, że budując prosty układ możemy dodać tę funkcję niewielkim kosztem do praktycznie dowolnego "klocka" audio w naszych domach.
Prezentowany poniżej układ może być wbudowany w urządzenie, którym ma sterować lub stanowić autonomiczny element systemu audio w oddzielnej obudowie (np. jeśli chcemy sterować firmową końcówką mocy, a nie zamierzamy w jej wnętrzu robić „rewolucji”).
Układ APO (Auto Power-On) jest detektorem niskopoziomowego sygnału audio o czułości ok. 10mV co zapewnia jego sprawne działanie nawet przy stosunkowo niewielkiej głośności. Owe 10mV na wejściu typowego wzmacniacza z obciążeniem 8ohm jest równoznaczne z uzyskaniem ok. 12mW mocy. Układ jest tak zaprojektowany by można było samodzielnie w prosty sposób regulować jego czułość. Zakres regulacji jest dobrany tak, że układ może reagować nawet na same szumy na wejściu na poziomie 1mV lub czułość mieć na tyle osłabioną by tylko mocne sygnały powodowały załączenie przekaźnika na wyjściu. Ponieważ jednak zdarza się, że detekcję sygnału lepiej jest przeprowadzić na wyjściu końcówki mocy (choćby z racji dużej odległości między źródłem sygnału i subwooferem z wbudowanym APO) przewidziana jest możliwość „przekonfigurowania” układu do pracy z sygnałem wysokopoziomowym, dzięki czemu APO można podłączyć np. do zestawu głośnikowego stojącego w pobliżu subwoofera. Kluczem do takiej możliwości jest uniwersalna płytka PCB na której można bez wysiłku zmontować wybraną wersję (z detekcją sygnału nisko lub wysokopoziomowego).
Zacznijmy od schematu:
Jak widać układ jest nieskomplikowany. Bazuje na podwójnym wzmacniaczu operacyjnym LM1458 (może to być także łatwiej dostępny LM358). Przekaźnik realizujący funkcję załączania i wyłączania wyjścia jest sterowany przez tranzystor MOSFET z kanałem N o symbolu IRFZ44N. Rzecz jasna może to być dowolny inny N-MOSFET o podobnych właściwościach bramki (ja akurat taki miałem na półce).
W układzie została wydzielona linia połowy napięcia zasilania (R11, R9 i C4) dla przesunięcia napięcia na wejściu wzmacniacza operacyjnego w okolice środka zasilania oraz dla dostarczenia napięcia referencyjnego dla komparatora.
Sygnał do detekcji jest pobierany ze złącz L_IN i R_IN poprzez rezystory R1 i R2 (jeśli detekcja ma odbywać się z sygnału mono należy zamontować jedno złącze oraz jeden rezystor; np. L_IN i R1). Wzmacniacz operacyjny IC1A ma wzmocnienie x100 dla sygnału zmiennego oraz x1 dla napięcia stałego i jego wyjście jest podłączone do komparatora IC1B. W momencie gdy napięcie na wejściu komparatora jest niższe niż napięcie referencyjne, na wyjściu IC1B pojawia się stan wysoki (bliski zasilaniu) i trwa ładowanie kondensatora C5. Po kilku takich cyklach tranzystor Q1 zaczyna przewodzić i załącza przekaźnik PK1. W czasie słuchania muzyki sytuacja taka powtarza się cyklicznie doładowując bez przerwy kondensator C5. Po zaniku sygnału na wejściu APO kondensator C5 rozładowywany przez R12 będzie miał na tyle mały ładunek, że nastąpi rozłączenie przekaźnika (czas ten przy wartościach elementów na schemacie wynosi ok. 20 minut). Użytkownik może regulować ten czas poprzez odpowiedni dobór C5 i R12 – zwiększanie ich wartości powoduje wydłużanie czasu rozłączenia i vice versa.
Sekcja zasilacza została maksymalnie uproszczona i składa się jedynie z transformatora 230VAC/9VAC o mocy 2,5VA, mostka graetz’a, kondensatora C1 i dwóch bezpieczników (ze względu na trwałe podłączenie do sieci zaleca się stosowanie dobrej jakości transformatora oraz bezpieczników). W opisywanym układzie stabilizacja napięcia okazała się w czasie testów niepotrzebna. Układ zachowuje się poprawnie mimo „miękkiego” zasilania.
Oddzielna mała płytka podłączana do układu 5-pinowym złączem zawiera przełącznik S2 (DPDT ze środkową pozycją OFF) pozwalającym na wybór trybu pracy APO (ON/OFF/AUTO) oraz dwukolorową diodę sygnalizującą stan pracy urządzenia.
Środkowa pozycja przełącznika dźwigniowego wyłącza urządzenie. Pozycja w kierunku diody powoduje włączenie APO (w tej pozycji działa detektor co jest sygnalizowane zaświeceniem diody w kolorze zielonym). Gdy automatyka załączy przekaźnik zaświeci się drugi kolor diody (czerwony) powodując, że widzimy pomarańczowe świecenie. Trzecia pozycja przełącznika załącza na stałe przekaźnik bez udziału detektora (stan ten jest sygnalizowany świeceniem diody na czerwono).
Poniżej prezentuję schemat montażowy oraz rysunek ścieżek płytki PCB:
Kosztów wykonania nie podaję z premedytacją - każdy kupuje elementy w innym źródle, a to powoduje, że ceny poszczególnych części znacznie od siebie odbiegają.
Prototyp APO:
Jak wspomniałem wcześniej APO może pracować z nisko- lub wysokopoziomowym sygnałem. Poniżej lista elementów z zaznaczeniem, które wartości odnoszą się do jakiej wersji APO:
<table align="center" width="90%" padding="5px" border="1px">
<tr><td>Oznaczenie elementu</td><td> Wersja detektora sygnału niskopoziomowego </td><td> Wersja detektora sygnału wysokopoziomoego </td></tr>
<tr><td>B1</td><td>Mostek prostowniczy w obudowie DIL np. B250D</td><td>Mostek prostowniczy w obudowie DIL np. B250D</td></tr>
<tr><td>C1</td><td>2200uF/25V elektrolit</td><td>2200uF/25V elektrolit</td></tr>
<tr><td>C2</td><td>100nF poliestrowy</td><td>100nF poliestrowy</td></tr>
<tr><td>C3</td><td>100uF/25V elektrolit</td><td>Nie montować</td></tr>
<tr><td>C4, C5</td><td>100uF/25V elektrolit</td><td>100uF/25V elektrolit</td></tr>
<tr><td>C6</td><td>100nF/50V monolityczny</td><td>100nF/50V monolityczny</td></tr>
<tr><td>D1, D2</td><td>Dioda 1N4148</td><td>Dioda 1N4148</td></tr>
<tr><td>D3, D4</td><td>Nie montować </td><td>Dioda 1N4001</td></tr>
<tr><td>D5</td><td>Dioda zenera 5V1/0,5W</td><td>Dioda zenera 5V1/0,5W</td></tr>
<tr><td>F1, F2</td><td>Bezpiecznik 5x20mm 1A szybki</td><td>Bezpiecznik 5x20mm 1A szybki</td></tr>
<tr><td>IC1</td><td>LM1458 lub zamiennik</td><td>LM1458 lub zamiennik</td></tr>
<tr><td>J1, J2</td><td>Złącze MTA100 2pin RM: 2,54mm</td><td>Złącze MTA100 2pin RM: 2,54mm</td></tr>
<tr><td>J3, J6</td><td>Złącze MTA100 5pin RM: 2,54mm</td><td>Złącze MTA100 5pin RM: 2,54mm</td></tr>
<tr><td>LD1</td><td>LED 5mm dwukolorowa ze wspólną katodą</td><td>LED 5mm dwukolorowa ze wspólną katodą</td></tr>
<tr><td>PK1</td><td>Przekaźnik DPDT 8A</td><td>Przekaźnik DPDT 8A</td></tr>
<tr><td>Q1</td><td>IRFZ44N</td><td>IRFZ44N</td></tr>
<tr><td>Q2</td><td>BC560B</td><td>BC560B</td></tr>
<tr><td>R1, R2</td><td>10k</td><td>100k</td></tr>
<tr><td>R3</td><td>100k</td><td>100k</td></tr>
<tr><td>R4</td><td>100k</td><td>0R (zwora)</td></tr>
<tr><td>R5</td><td>1k</td><td>Nie montować</td></tr>
<tr><td>R6</td><td>10R/1W</td><td>10R/1W</td></tr>
<tr><td>R7</td><td>Potencjometr montażowy CA9V 25k</td><td>Potencjometr montażowy CA9V 25k</td></tr>
<tr><td>R8</td><td>82k</td><td>82k</td></tr>
<tr><td>R9, R11, R19</td><td>10k</td><td>10k</td></tr>
<tr><td>R10</td><td>100R</td><td>100R</td></tr>
<tr><td>R12</td><td>10M</td><td>10M</td></tr>
<tr><td>R17, R18</td><td>2k2</td><td>2k2</td></tr>
<tr><td>R20</td><td>1k</td><td>1k</td></tr>
<tr><td>R21</td><td>10R</td><td>10R</td></tr>
<tr><td>TR1</td><td>Trafo 230V / 9V / 2,5VA</td><td>Trafo 230V / 9V / 2,5VA</td></tr>
<tr><td>X1</td><td>2 x złącze ARK 3pin RM:5mm</td><td>2 x złącze ARK 3pin RM:5mm</td></tr>
</table>
I na koniec link do pełnej dokumentacji APO w PDFach (schemat ideowy, schemat montażowy, wzór płytki PCB):
DOKUMENTACJA APO v.1.1
Prezentowany poniżej układ może być wbudowany w urządzenie, którym ma sterować lub stanowić autonomiczny element systemu audio w oddzielnej obudowie (np. jeśli chcemy sterować firmową końcówką mocy, a nie zamierzamy w jej wnętrzu robić „rewolucji”).
Układ APO (Auto Power-On) jest detektorem niskopoziomowego sygnału audio o czułości ok. 10mV co zapewnia jego sprawne działanie nawet przy stosunkowo niewielkiej głośności. Owe 10mV na wejściu typowego wzmacniacza z obciążeniem 8ohm jest równoznaczne z uzyskaniem ok. 12mW mocy. Układ jest tak zaprojektowany by można było samodzielnie w prosty sposób regulować jego czułość. Zakres regulacji jest dobrany tak, że układ może reagować nawet na same szumy na wejściu na poziomie 1mV lub czułość mieć na tyle osłabioną by tylko mocne sygnały powodowały załączenie przekaźnika na wyjściu. Ponieważ jednak zdarza się, że detekcję sygnału lepiej jest przeprowadzić na wyjściu końcówki mocy (choćby z racji dużej odległości między źródłem sygnału i subwooferem z wbudowanym APO) przewidziana jest możliwość „przekonfigurowania” układu do pracy z sygnałem wysokopoziomowym, dzięki czemu APO można podłączyć np. do zestawu głośnikowego stojącego w pobliżu subwoofera. Kluczem do takiej możliwości jest uniwersalna płytka PCB na której można bez wysiłku zmontować wybraną wersję (z detekcją sygnału nisko lub wysokopoziomowego).
Zacznijmy od schematu:
Jak widać układ jest nieskomplikowany. Bazuje na podwójnym wzmacniaczu operacyjnym LM1458 (może to być także łatwiej dostępny LM358). Przekaźnik realizujący funkcję załączania i wyłączania wyjścia jest sterowany przez tranzystor MOSFET z kanałem N o symbolu IRFZ44N. Rzecz jasna może to być dowolny inny N-MOSFET o podobnych właściwościach bramki (ja akurat taki miałem na półce).
W układzie została wydzielona linia połowy napięcia zasilania (R11, R9 i C4) dla przesunięcia napięcia na wejściu wzmacniacza operacyjnego w okolice środka zasilania oraz dla dostarczenia napięcia referencyjnego dla komparatora.
Sygnał do detekcji jest pobierany ze złącz L_IN i R_IN poprzez rezystory R1 i R2 (jeśli detekcja ma odbywać się z sygnału mono należy zamontować jedno złącze oraz jeden rezystor; np. L_IN i R1). Wzmacniacz operacyjny IC1A ma wzmocnienie x100 dla sygnału zmiennego oraz x1 dla napięcia stałego i jego wyjście jest podłączone do komparatora IC1B. W momencie gdy napięcie na wejściu komparatora jest niższe niż napięcie referencyjne, na wyjściu IC1B pojawia się stan wysoki (bliski zasilaniu) i trwa ładowanie kondensatora C5. Po kilku takich cyklach tranzystor Q1 zaczyna przewodzić i załącza przekaźnik PK1. W czasie słuchania muzyki sytuacja taka powtarza się cyklicznie doładowując bez przerwy kondensator C5. Po zaniku sygnału na wejściu APO kondensator C5 rozładowywany przez R12 będzie miał na tyle mały ładunek, że nastąpi rozłączenie przekaźnika (czas ten przy wartościach elementów na schemacie wynosi ok. 20 minut). Użytkownik może regulować ten czas poprzez odpowiedni dobór C5 i R12 – zwiększanie ich wartości powoduje wydłużanie czasu rozłączenia i vice versa.
Sekcja zasilacza została maksymalnie uproszczona i składa się jedynie z transformatora 230VAC/9VAC o mocy 2,5VA, mostka graetz’a, kondensatora C1 i dwóch bezpieczników (ze względu na trwałe podłączenie do sieci zaleca się stosowanie dobrej jakości transformatora oraz bezpieczników). W opisywanym układzie stabilizacja napięcia okazała się w czasie testów niepotrzebna. Układ zachowuje się poprawnie mimo „miękkiego” zasilania.
Oddzielna mała płytka podłączana do układu 5-pinowym złączem zawiera przełącznik S2 (DPDT ze środkową pozycją OFF) pozwalającym na wybór trybu pracy APO (ON/OFF/AUTO) oraz dwukolorową diodę sygnalizującą stan pracy urządzenia.
Środkowa pozycja przełącznika dźwigniowego wyłącza urządzenie. Pozycja w kierunku diody powoduje włączenie APO (w tej pozycji działa detektor co jest sygnalizowane zaświeceniem diody w kolorze zielonym). Gdy automatyka załączy przekaźnik zaświeci się drugi kolor diody (czerwony) powodując, że widzimy pomarańczowe świecenie. Trzecia pozycja przełącznika załącza na stałe przekaźnik bez udziału detektora (stan ten jest sygnalizowany świeceniem diody na czerwono).
Poniżej prezentuję schemat montażowy oraz rysunek ścieżek płytki PCB:
Kosztów wykonania nie podaję z premedytacją - każdy kupuje elementy w innym źródle, a to powoduje, że ceny poszczególnych części znacznie od siebie odbiegają.
Prototyp APO:
Jak wspomniałem wcześniej APO może pracować z nisko- lub wysokopoziomowym sygnałem. Poniżej lista elementów z zaznaczeniem, które wartości odnoszą się do jakiej wersji APO:
<table align="center" width="90%" padding="5px" border="1px">
<tr><td>Oznaczenie elementu</td><td> Wersja detektora sygnału niskopoziomowego </td><td> Wersja detektora sygnału wysokopoziomoego </td></tr>
<tr><td>B1</td><td>Mostek prostowniczy w obudowie DIL np. B250D</td><td>Mostek prostowniczy w obudowie DIL np. B250D</td></tr>
<tr><td>C1</td><td>2200uF/25V elektrolit</td><td>2200uF/25V elektrolit</td></tr>
<tr><td>C2</td><td>100nF poliestrowy</td><td>100nF poliestrowy</td></tr>
<tr><td>C3</td><td>100uF/25V elektrolit</td><td>Nie montować</td></tr>
<tr><td>C4, C5</td><td>100uF/25V elektrolit</td><td>100uF/25V elektrolit</td></tr>
<tr><td>C6</td><td>100nF/50V monolityczny</td><td>100nF/50V monolityczny</td></tr>
<tr><td>D1, D2</td><td>Dioda 1N4148</td><td>Dioda 1N4148</td></tr>
<tr><td>D3, D4</td><td>Nie montować </td><td>Dioda 1N4001</td></tr>
<tr><td>D5</td><td>Dioda zenera 5V1/0,5W</td><td>Dioda zenera 5V1/0,5W</td></tr>
<tr><td>F1, F2</td><td>Bezpiecznik 5x20mm 1A szybki</td><td>Bezpiecznik 5x20mm 1A szybki</td></tr>
<tr><td>IC1</td><td>LM1458 lub zamiennik</td><td>LM1458 lub zamiennik</td></tr>
<tr><td>J1, J2</td><td>Złącze MTA100 2pin RM: 2,54mm</td><td>Złącze MTA100 2pin RM: 2,54mm</td></tr>
<tr><td>J3, J6</td><td>Złącze MTA100 5pin RM: 2,54mm</td><td>Złącze MTA100 5pin RM: 2,54mm</td></tr>
<tr><td>LD1</td><td>LED 5mm dwukolorowa ze wspólną katodą</td><td>LED 5mm dwukolorowa ze wspólną katodą</td></tr>
<tr><td>PK1</td><td>Przekaźnik DPDT 8A</td><td>Przekaźnik DPDT 8A</td></tr>
<tr><td>Q1</td><td>IRFZ44N</td><td>IRFZ44N</td></tr>
<tr><td>Q2</td><td>BC560B</td><td>BC560B</td></tr>
<tr><td>R1, R2</td><td>10k</td><td>100k</td></tr>
<tr><td>R3</td><td>100k</td><td>100k</td></tr>
<tr><td>R4</td><td>100k</td><td>0R (zwora)</td></tr>
<tr><td>R5</td><td>1k</td><td>Nie montować</td></tr>
<tr><td>R6</td><td>10R/1W</td><td>10R/1W</td></tr>
<tr><td>R7</td><td>Potencjometr montażowy CA9V 25k</td><td>Potencjometr montażowy CA9V 25k</td></tr>
<tr><td>R8</td><td>82k</td><td>82k</td></tr>
<tr><td>R9, R11, R19</td><td>10k</td><td>10k</td></tr>
<tr><td>R10</td><td>100R</td><td>100R</td></tr>
<tr><td>R12</td><td>10M</td><td>10M</td></tr>
<tr><td>R17, R18</td><td>2k2</td><td>2k2</td></tr>
<tr><td>R20</td><td>1k</td><td>1k</td></tr>
<tr><td>R21</td><td>10R</td><td>10R</td></tr>
<tr><td>TR1</td><td>Trafo 230V / 9V / 2,5VA</td><td>Trafo 230V / 9V / 2,5VA</td></tr>
<tr><td>X1</td><td>2 x złącze ARK 3pin RM:5mm</td><td>2 x złącze ARK 3pin RM:5mm</td></tr>
</table>
I na koniec link do pełnej dokumentacji APO w PDFach (schemat ideowy, schemat montażowy, wzór płytki PCB):
DOKUMENTACJA APO v.1.1
