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Aktivbox Steuergerät / Vorverstärker

- Netzspannungsversorgung für die 2-Wege Aktivboxen - bis zu 8 analoge Audioeingänge - Digitale Lautstärkeeinstellung - logarithmisch - Steuerung über IR-Fernbedienung - Materialkosten ca. 60-70 EUR (ohne Gehäuse)

Einführung/Voraussetzungen

Das hier beschriebene Gerät beinhaltet die Funktion eines Vorverstärkers mit bis zu 8 analogen Eingängen und die Steuerung/Spannungsversorgung für die 2-Wege Aktivboxen. Da hier mit Netzspannung gearbeitet wird, bitte den folgenden Abschnitt aufmerksam lesen: !!! Achtung Netzspannung !!! Arbeiten an oder mit Netzspannung sollten nur von autorisierten Personen durchgeführt werden. Der Nachbau erfolgt auf eigenes Risiko des Nutzers. Der Nutzer trägt die alleinige Verantwortung für die Einhaltung aller geltenden Sicherheitsvorschriften. Der Autor übernimmt keinerlei Haftung für Sach- oder Personenschäden, die durch die Verwendung oder Nichtverwendung der dargebotenen Information entstehen. Siehe auch Haftung Für die Steuerung wird ein Mikrocontroller PIC16F877A verwendet, der mit der weiter unten aufgeführten HEX-Datei programmiert werden muss. Ist kein geeignetes Programmiergerät vorhanden, kann ein einfaches Gerät (JDM-Programmer) selbst gebaut werden. Voraussetzung hierfür ist ein PC mit "echter" 9-poliger RS232 Schnittstelle (USB auf RS232 Adapter funktionieren in der Regel nicht).

Beschreibung der Schaltung

Die Elektronik besteht im Wesentlichen aus dem analogen Audio Teil mit 8-Kanal Eingangswahl, Lautstärkeeinstellung, Bassanhebung und Kopfhörer- / Audioausgang sowie der digitalen Steuerung. Die Steuerung ist in zwei Versionen verfügbar. Die Basisversion (Version1) beinhaltet einen IR-Empfänger, das Display, die Steuerung der Eingänge und die Stromversorgung für die Steuerung und die Aktivboxen. Version2 verfügt zusätzlich über eine abschaltbare Versorgungsspannung des Audio Teils im Standby Betrieb, eine Prioritätssteuerung der Eingänge und die Möglichkeit, das Gerät über ein externes Steuersignal einzuschalten. Für das externe Steuersignal und für die Prioritätssteuerung sind Steuersignale von ca. 3V oder größer (max. ca. 30V) von den angeschlossenen Geräten erforderlich, z.B. kann die 5V Spannung einer USB Buchse genutzt werden. Für versierte Elektroniker kann eine weitere Möglichkeit sein,  ein Signal von der Versorgungsspannung des angeschlossenen Gerätes abzunehmen. !!!!Achtung: bitte nur der, der wirklich weiß, was er tut!!!!

Analoger Audio Teil

Platzhalter Stromlaufplan. Von den Eingangsbuchsen SV1L/R - SV6 gelangen die Audio Eingangssignale über die Kondensatoren C1L/R - C6L/R und die Schutzwiderstände R13L/R - R18L/R an die Eingänge der beiden 8-Kanal Multiplexer IC1L/R. In der ausgeführten Schaltung sind aus Platzgründen (und weil ich nicht mehr benötige) nur jeweils 6 der 8 Eingänge genutzt, die anderen beiden (Pin 2+4) liegen auf Masse, können aber bei Bedarf ebenfalls genutzt werden. Die Eingänge sind für normale Audio Signale mit einem Pegel von 0,32 Veff (0,9 Vss) ausgelegt. Bei Bedarf kann natürlich auch eine zusätzliche Verstärkerstufe zwischen Eingangsbuchse und Multiplexer eingefügt werden, z.B. ein Phonovorverstärker.  Die Kanalwahl erfolgt über eine 3-Bit Adresse (LLL-HHH => 0-7) an den Pins 9-11 der Multiplexer. Die Ausgänge (Pin 3) gehen auf die nichtinvertierenden Eingänge des rauscharmen Dual-Operationsverstärkers NE5532 (IC2). Die Ausgänge von IC2 gehen jeweils an das A-Terminal (Pin 2+16) des 256-stufigen Digital Potentiometers AD5262 (IC3), während das B-Terminal (Pin 4+14) an Masse liegt. Die “Schleifer“ der Potentiometer liegen an den Pins 3+15. Die “Schleiferposition“ wird seriell über die Pins 7 (Clock) und 8 (Data) an das Poti übertragen und mit der positiven Flanke an Pin 9 (CS=Chip Select) übernommen. Wird Pin 6 (Shut Down) auf Masse gelegt, werden die A-Terminals geöffnet und die “Schleifer“ mit den B-Terminals verbunden, d.h. auf Masse gelegt. Für eine Lautstärkeeinstellung sind die 256 Positionen der Potis zu viel, daher wurden nur 32 Positionen gewählt, die am dichtesten an einer gleichprozentigen (logarithmischen) Kennlinie liegen. Dieses ist nur im oberen Einstellbereich möglich. Im unteren Einstellbereich (1-10) ergibt sich auf Grund der begrenzten Auflösung eine lineare Kennlinie. Da der AD5262 nur als SMD Version im TSSOP16 Gehäuse erhältlich ist, habe ich eine Adapterplatine (am günstigsten bei Ebay) mit Stiftleisten/Buchsen verwendet um auf das 2,54mm Raster der Streifenrasterplatine zu kommen. Wer das Löten des SMD Chips vermeiden möchte oder eine „echte“ logarithmische Kennlinie benötigt, findet hier ein passendes Digitalpotentiometer, das mit 4 ICs und einigen Widerständen aufgebaut ist. Die Grafik zeigt die gemessenen Kennlinien der beiden Potis. Von den “Schleifern“ der Potis gelangt das Audiosignal in eine weitere Verstärkerstufe (IC4), für die ebenfalls ein NE5532 verwendet wird. Die Verstärkung dieser Stufe ist bei ausgeschalteter Bassanhebung 1,4 fach. In diesem Fall ist das RC Glied R25L/R und C7L/R durch jeweils einen der Analogschalter von IC5 (74HC4066, Pin 1,2 und 3,4) kurzgeschlossen. Wird die Bassanhebung durch öffnen des Analogschalters aktiviert, steigt die Verstärkung unterhalb von ca. 250Hz (+1dB) bis auf +6dB bei ca. 45Hz an. Die Ausgänge von IC4 (Pin 1,7) gehen einerseits auf die Kopfhörerbuchse SV8 und andererseits über 2 weitere Analogschalter von IC5 (Pin 8,9 und 10,11) an die Ausgangsbuchsen SV7L/R für die Aktivboxen. Bei Kopfhörerbetrieb öffnen die Analogschalter und das Signal zu den Boxen wird abgeschaltet. Der Kopfhörerausgang ist für Kopfhörer mit einer Spulenimpedanz >60Ω ausgelegt. Werden Kopfhörer mit geringerer Impedanz verwendet, sollte R27L/R entsprechend vergrößert werden. Die Ansteuerung der Analogschalter erfolgt über die Pins 5,13 und 6,12. Durchgeschaltet werden sie durch ein Steuersignal von +5V. In diesem Fall beträgt der Durchgangswiderstand ca. 50Ω. Geöffnet sind sie bei einem Steuersignal von -5V. Die Transistoren T1 und T2 dienen der Umsetzung der 0/+5V Steuersignale des Mikrocontrollers in die erforderlichen -5V/+5V Steuersignale.

Steuerung Version1 (Basisversion)

Für die Steuerung wird ein Mikrocontroller PIC16F877A (IC13) mit einem 4MHz Quarzoszillator (Q1,C21,C22) verwendet. Das Programm wird mittels der Datei  “AB_Steuerung_P16F877A.hex“  in den Mikrocontroller geladen. Die Datei befindet sich in dem Download Ordner am Ende der Seite. Wer noch Änderungen am Programm vornehmen möchte, findet in dem Ordner auch die Assembler-Datei  “AB_Steuerung_P16F877A.asm“. Über die 5-polige Stiftleiste SV13 kann der PIC im eingebauten Zustand in der Schaltung programmiert werden (ICSP = In Circuit Serial Programming), ich empfehle jedoch die Programmierung im Programmiergerät ( z.B. JDM Programmer ). Wenn auf die ICSP Option verzichtet wird, können SV13 und der Jumper JP1 entfallen. Die Bedientaster Ta1-Ta7 liegen an den Pins 34 (RB1) bis 40 (RB7). RB1-RB7 sind als Eingänge geschaltet und werden durch interne Pull-Up Widerstände auf High gehalten. Wird ein Taster gedrückt, wird der entsprechende Eingang auf Masse gezogen. Die Ausgänge für die 3 Bit Adresse zu den Multiplexern liegen an den Pins 8-10 (RE0-RE2). Die Ansteuerung des Digitalpotentiometers erfolgt über die Pins 2-5 (RA0-RA3).  Der Ausgang für die Bassanhebung liegt an Pin 6 (RA4). Dieser Pin benötigt einen Pull-Up Wiederstand, wenn er als Ausgang genutzt wird (open drain). Der Ausgang zur Abschaltung der Audioausgänge bei Kopfhörerbetrieb liegt an Pin 15 (RC0). Die Pins 21 und 22 (RD2, RD3) werden als Eingänge für die Schaltkontakte der Kopfhörerbuchse und der Klinkenbuchse Audioeingang6 benutzt. Diese Eingänge benötigen einen Pull-Up Widerstand. Über Pin 7 (RA5) werden die ON/STANDBY Zustände eingestellt. Im ON-Zustand ist Pin 7 High und die Netzspannung für die Aktivboxen wird eingeschaltet, die LED Beleuchtung des Displays über T9 eingeschaltet und die Standby LED1 über T8 abgeschaltet. Dementsprechend ist im STANDBY-Zustand Pin 7 Low, die Netzspannung für die Aktivboxen sowie die LED Beleuchtung des Displays abgeschaltet und die Standby LED1 eingeschaltet.

IR-Empfänger

Der IR-Empfänger IC14 liegt an Pin 33 (RB0) des PIC. Das Programm im PIC ist ausgelegt für den Empfang des RC5 Codes, der häufig von Phillips Geräten verwendet wird und in der Regel auf jeder Universalfernbedienung mehrfach vorhanden ist. Der Code besteht aus einer 5 Bit Geräteadresse (0-31) und dem 6 Bit Befehl (0-63). Die Ermittlung und Speicherung eines RC5 Codes ist im Abschnitt „Bedienung“ beschrieben. Als IR-Empfänger wurde auf Grund der kleinen Bauform der TSOP4836 verwendet, es können jedoch auch andere Typen mit einer Empfangsfrequenz von 36 kHz verwendet werden, z.B. der TSOP31236 (bei Reichelt für EUR 0,77, Achtung: andere Anschlussbelegung).

Display

Als Display können in der Regel die meisten LCD Displays mit 2x16 Zeichen und 8 Bit Ansteuerung verwendet werden, ggf. muss das Platinenlayout angepasst werden. In dem ausgeführten Gerät wurde das LCD Displays EA W162B-N3LW von Reichelt verwendet. Die LCD Displays benötigen eine Spannung Vo zur Kontrasteinstellung von ca. 0,3 Volt, die über R67 eingestellt wird (für die Inbetriebnahme auf 0,0 Volt einstellen und dann verändern bis der Kontrast optimal ist). Für die LED Beleuchtung wird ein Vorwiderstand R66 benötigt, der je nach LCD Typ und gewünschter Helligkeit zwischen ca. 33 Ohm und 1 kOhm betragen kann. Die an das Display zu sendenden 8 Bit Daten werden seriell vom PIC über Pin 25 und 26 (25 = data, 26 = clock) an das Schieberegister 74HC164 (IC15) übergeben und dort parallel ausgegeben. Mit der negativen Flanke an Pin 24 des PIC (Display: Pin Enable) werden die parallelen Daten DB0-DB7 in das Display geladen. Über Pin 23 des PIC (Display: Pin RS) wird festgelegt ob die Daten einer Adresse oder einem Zeichen entsprechen.

Stromversorgung

Über den Schalter SW1 und die Sicherung F1 wird die Schaltung mit Netzspannung versorgt. F1 ist mit 2 Ampere auf den Anschluss der 2-Wege Aktivboxen ausgelegt. Der Kondensator C13 dient der Blockung von HF-Einstreuungen, der Varistor VDR1 dient dem Schutz des Halbleiterrelais IC7 vor Überspannungen. Wie bei allen guten Verstärkerstufen kommt auch hier eine symmetrische Versorgungsspannung zum Einsatz. Nach Gleichrichtung der 2x6V~ des Transformators Tr1 durch die Dioden D1-D4 und Siebung über die Kondensatoren C14/C15 wird die Spannung mittels IC8/IC9 auf +/- 5Volt reduziert. Über T7 und das Halbleiterrelais IC7 wird die Netzspannung für die Aktivboxen geschaltet. Das verwendete Relais S202S02 kann 8 Ampere schalten und benötigt einen Diodenstrom von 4-10mA, der mit R47 festgelegt wird. Um nicht unnötig viel Strom zu verbrauchen, sollte der Strom ermittelt werden, bei dem das Relais sicher anspricht. Anschließend wird der Widerstand für den doppelten Strom ausgelegt. In meinem Fall schaltete das Relais bei 2mA. Der Widerstand wurde auf 4mA ausgelegt: 5V minus 1,1V Diodenspannung = 3,9V geteilt durch 4mA = 0,975kOhm ~ 1kOhm.
Aktivbox Steuergerät / Vorverstärker