Каталог радиолюбительских схем

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО НА ЧИПКОРДЕРЕ ISD2560

Александр Борисов
plasteroid*собачка*mail.ru

Давно хотелось собрать схему оригинального квартирного звонка. Каких только схем не придумано радиолюбителями: от простых блокинг-генераторов на одном транзисторе, имитирующих птичьи трели до сложных на жёсткой логике или микроконтроллере, создающих интересные полифонические мелодии. У всех есть свои достоинства и недостатки, выражающиеся в численности применённых элементов или в необходимости программирования, а, следовательно, и наличия соответствующего оборудования. Данную дилемму благополучно разрешили разработчики из Information Storage Devices, Inc. (ISD) (по последним данным эту контору поглотила Winbond Electronics Corp). Они разработали так называемые ЧИП - кордеры, представляющие собой однокристальные КМОП - микросхемы высококачественной записи / воспроизведения звуковых сообщений различной длительности. Эти микросхемы как нельзя лучше подходят для квартирных звонков или подобных устройств, при этом конструкции, выполненные на этих микросхемах, сочетают в себе простоту построения и лёгкость при сборке и эксплуатации. Рассмотрим структурную схему на примере микросхем семейства ISD2560/75/90/120:

Приборы состоят из генератора, микрофонного усилителя, схемы АРУ, фильтра защиты от спектральных наложений, многоуровневой памяти высокой плотности, сглаживающего фильтра и выходного усилителя. Серия ISD25xx допускает микропроцессорное управление, что позволяет создавать и воспроизводить сложные многофрагментные записи. Записи хранятся во встроенной энергонезависимой памяти, обеспечивая сохранение сообщений при отключении питания. Однокристальная реализация такого прибора стала возможной благодаря запатентованной многоуровневой технологии хранения аналогового сигнала фирмы ISD. Звуковые сигналы сохраняются в памяти в их естественной форме, что обеспечивает высокое качество воспроизведения.

Конечно же, радиолюбители “добрались” и до этих микросхем. Разработаны различные звуковые игрушки, примочки для записи телефонных разговоров, репитеры для CB - связи и т.д. Схем квартирных звонков также предостаточно. Анализ таких схем показал, что уделяется внимание в основном на построение узла задержки отключения от сети ~220 вольт, пока проигрывается фрагмент и на подключение к выходу микросхемы дополнительного УНЧ, нагруженного на динамическую головку. Между тем, существуют некоторые нюансы, возникающие при применении чип - кордеров в схемах звонков. Это как сам узел запуска, так и возможность записать не только голосовое сообщение с микрофона, но и музыкальные фрагменты с компьютера или магнитофона. Например, попалась одна схема, где микрофон не использовался, а звуковой сигнал с внешнего источника предлагалось сразу подать на вход “ANA IN”. Но работа этого входа имеет некоторое ограничение. Максимальный уровень входного сигнала должен быть не более 50-ти милливольт от пика до пика и, если уровень выхода звуковой карты компьютера можно установить в настройках, то выход CD – проигрывателей или магнитофонов варьирует от 200 до 500 милливольт. А как же встроенная схема АРУ? Посмотрим ещё раз на структурную схему. Видим, что усиленный сигнал микрофонным усилителем (МУ) подаётся на выход “ANA OUT”, с него через разделительную RC - цепь (согласно типовой схеме включения) поступает на вход “ANA IN”. Далее усиливается вторым операционным усилителем и подаётся на схему АРУ, которая и осуществляет регулировку уровня записи, изменяя коэффициент усиления микрофонного усилителя, включённого по дифференциальной схеме. Подключенные конденсатор и резистор к входу “AGC” задают время работы схемы АРУ. Таким образом, автоматическая регулировка уровня работает, если запись осуществляется только с микрофонного входа. Если при записи сигнал подать сразу на вход “ANA IN”, то вход “AGC” можно оставить свободным – АРУ всё равно не будет работать, но потребуется ограничить уровень входного сигнала до паспортных 50-ти милливольт.

Также хотелось, чтобы схема отличалась от подобных схем своей универсальностью. Например, была возможность использовать её в качестве музыкальной (говорящей) шкатулки или вызывного устройства городской АТС. Гости удивятся, когда услышат вместо обычного телефонного звонка фразу типа “Тебе звонят по городскому! Сними трубу!”. С учётом выше сказанного, принципиальная схема устройства приняла вид, изображённый на рисунке:

Устройство работает в трёх режимах: воспроизведение, запись со встроенного микрофона и запись с линейного входа. К разъёму XS1 подключен провод, выходящий в квартире, после штатной звонковой кнопки в подъезде, а вилка XS2 включается в любую розетку в квартире. При таком схемном решении нет необходимости выводить отдельный провод от устройства из квартиры в подъезд для кнопки звонка. Рассмотрим режим воспроизведения, когда устройство используется в качестве квартирного звонка.

В начале отмечу, что микросхема DD1 переведена в режим кнопочного управления (Push-Button Mode) подключением выводов 7,9,10DD1 к плюсу источника питания. В этом режиме вход СЕ принимает функцию СТАРТ/ПАУЗА и активируется импульсом с низким логическим уровнем по фронту. Вход PD работает как СТОП/СБРОС. Он останавливает воспроизведение или запись, и переводит маркер в начальный адрес. Активируется импульсом с высоким логическим уровнем, также по фронту. Выход ЕОМ (конец сообщения) принимает высокий логический уровень при воспроизведении или записи и может нагружаться на светодиодный индикатор. При нажатии кнопки звонка переменное напряжение поступает через нормально замкнутые контакты 2-1 реле К2, через замкнутые контакты 2-1 и 5-4 кнопки SВ1 и через ограничивающий ток резистор R1 на диодный мостик VD1. Сопротивление R1 и сопротивление обмотки К1 образуют делитель выпрямленного напряжения от которого зависит рабочее напряжение сглаживающего конденсатора С1. Реле К1 срабатывает и его нормально разомкнутые контакты 3-1 и 6-4 замыкаются. Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора Т1. Напряжение вторичной обмотки Т1 выпрямляется диодным мостом VD2 и сглаживается конденсатором С2. Линейный стабилизатор DA1 ограничивает напряжение на уровне 6-ти вольт и стабилизирует его. С точки “а” напряжение питания поступает на периферийные элементы схемы, а через развязывающий диод VD3 на входы питания и управления микросхемы чип - кордера DD1. Через замкнутые контакты 1-3 переключателя режимов SА1 питание поступает на вывод 27DD1 (вход PLAY/REC), чем обеспечивается режим воспроизведения, а так как контакты 6-4 реле К1 замкнуты, то на выводе 23DD1 (вход СЕ) лог.0, поэтому микросхема DD1 начинает работать. На выводе 25DD1 (выход ЕОМ) появляется лог.1, поступающая на затвор транзистора VT3. Транзистор открывается и реле К2 срабатывает. Своими контактами 6-4 группы К2.2 оно шунтирует контакты 3-1 реле К1, а размыкающимися контактами 2-1 группы К2.1 отключает питание с элементов запуска R1,VD1, C1 и К1. Реле К1 отпускает. Через открытый VT3, ограничивающий ток резистор R11 и замкнутые контакты 9-11 переключателя SА1 получает питание сверхяркий светодиод VD4, освещающий прихожую в коридоре квартиры. Одновременно с этим диод VD6 закрывается, снимая напряжение с вывода 1DA2 (блокирующий вход CD). Звуковое напряжение с вывода 14DD1 (выход SP-) через замкнутые контакты 13-15 переключателя SА1 и разделительные конденсаторы С14, С15 поступает на УНЧ DA2. Переменным резистором R12 устанавливают необходимый уровень громкости. По окончании фрагмента на выводе 25DD1 появляется лог.0, закрывающий транзисторVT3. Реле К2 отпускает и устройство отключается от сети ~220 вольт. Остаточное напряжение через обмотку реле К2 и теперь открытый диод VD6 поступает на вывод 1DA2 микросхемы УНЧ и блокирует её работу. Этим исключаются разного рода щелчки или шорохи в динамике BF1, обусловленные переходными процессами, неизбежно возникающими при снятии напряжения со схемы. В точке “а” напряжение отсутствует, но на конденсаторе С4 остался заряд с уровнем напряжения питания благодаря диоду VD3. В выключенном состоянии типовое потребление тока микросхемой DD1 от источника питания не более 1 микроампера. Экспериментально установлено, что внутренний маркер адресного пространства сохраняет своё положение, если напряжение на выводе 23DD1 не опустилось ниже 1-го вольта. С указанной ёмкостью конденсатора С4 напряжение держалось выше 1-го вольта в течение двух суток и далее проводить замеры не было смысла. Поэтому, благодаря наличию заряженного С4, в течение суток (или более) очередное нажатие на кнопку звонка инициирует воспроизведение следующего звукового фрагмента, естественно, если было записано несколько фрагментов предварительно. В режиме воспроизведения кнопку SВ1 используют для управления (или контроля только что сделанной записи) записанной информацией, кратковременно нажимая для воспроизведения или для паузы.

Для записи с микрофона BM1 переключатель SA1 переводят в среднее по схеме положение, при этом замыкаются контакты 2-3 секции SА1.1, 6-7 секции SA1.2, 10-11 секции SA1.3 и 14-15 секции SA1.4. При соединении вывода 27DD1 через замкнутые контакты 3-2 (или 3-4) переключателя SA1, микросхема DD1 переходит в режим записи. Кратковременным нажатием на кнопку SB1 активируют режим. Вся коммутация напряжений питания и управления происходит так же, как в режиме воспроизведения, только теперь вывод 14DD1 заблокирован, а выводы 17,18DD1 (микрофонные входы MIC и MIC REF соответственно) наоборот активируются. Двухцветный светодиод VD5 красным свечением указывает на режим записи с микрофона. Хотя на выводе 14DD1 сигнал отсутствует, через открытый диод VD7 на блокирующий вывод 1DA2 подаётся напряжение, выключающее её из работы. Этим снижается ток потребления от источника питания. Контакт 14 группы SA1.4 можно никуда не подключать или соединить с общим проводом схемы. В конце произносимой фразы или музыкального фрагмента ещё раз кратковременно нажимают кнопку SB1. Запись останавливается и схема отключается от сети ~220 вольт. Следующее нажатие SB1 вновь активирует режим записи. Второй фрагмент будет записываться после первого.

Остановить процесс записи (впрочем, как и воспроизведения) и установить маркер в начальный адрес, можно кратковременным нажатием на кнопку SB2. Тогда после нажатия кнопки SB1 запись (воспроизведение) стартует с начала блока памяти микросхемы.

Чтобы записать сигналы с других источников, их звуковые выходы подключают к гнезду XS3, а переключатель режимов SA1 переводят в нижнее по схеме положение, при этом замыкаются контакты 4-3 секции SA1.1, 8-7 секции SA1.2, 12-11 секции SA1.3 и 16-15 секции SA1.4. Режим активируется и управляется так же, как и при записи с микрофона. Только теперь светодиод VD5 зелёным свечением сигнализирует о положении SA1 для записи с линейного входа, а логический ноль на блокировочном выводе 1DA2 разрешает работу УНЧ, позволяя контролировать качество и уровень входного сигнала через динамик BF1. Резистор R2 и переход исток – сток транзистора VT1 представляют собой управляемый делитель напряжения. Сопротивление открытого канала зависит от напряжения на затворе, а оно, в свою очередь, от сопротивления открытого канала сток - исток транзистора VT2. При входном сигнале на выводе 20DD1 (аналоговый вход ANA IN) на выводе 19DD1 (вход АРУ AGC – Analog Gain Control для подключения время задающей RC-цепочки) напряжение меняется от 1.5 вольт до 2,5 вольт. Номиналы R7 и C10 соответствуют номиналам, рекомендуемым в типовом включении микросхемы. Поэтому, транзистор VT2 в соответствии с напряжением на этих элементах (т.е. на выводе затвора), открывается больше или меньше, разряжая конденсатор C9. Чем сильнее разряжен C9, тем сильнее открыт транзистор VT1 и, следовательно, входной сигнал на вывод 20DD1 поступит с меньшим уровнем. Время заряда С9 зависит от его ёмкости и номинала резистора R4. Приведённые в схеме номиналы экспериментально подобраны для оптимальной работы АРУЗ. Таким образом осуществляется автоматическая регулировка уровня записи от внешнего источника сигнала. При записи, в правильной работе АРУЗ можно убедиться по звуку из динамика BF1: сигнал резко стихает, а затем плавно выходит на необходимый неискажённый уровень. При воспроизведении это проявляется как плавное нарастание громкости записанного музыкального фрагмента.

Для использования устройства в качестве вызывного во время входящих звонков по городской АТС, резистор R1 меняется на конденсатор с ёмкостью от 680nF до 1mkF и рабочим напряжение не менее 400 вольт, таким образом, схема запуска превращается в линейный телефонный интерфейс. К гнезду XS1 подключают телефонную линию. Теперь, при входящем вызове, переменное напряжение с амплитудой 90 – 120 вольт поступит через этот разделительный конденсатор на схему запуска. Конденсатор выделяет переменное напряжение вызова от постоянного напряжения питания телефонной линии 60 вольт.

О деталях. Резистор R1 может быть и меньшей мощности, так как при запуске схемы он быстро отключается контактами группы К2.1 и не успевает нагреться. Если позволяет место в корпусе, желательно его заменить указанным выше конденсатором для постоянной работы. Если не нужны индикаторы работы, то элементы R11, VD4, VD5, VD6 и VD7 не устанавливаются (соответственно, не используется и секция SA1.3). Вывод 1DA2 в этом случае подключают к стоку транзистора VT3. Если запись будет производиться только с микрофона BM1, то элементы, относящиеся к АРУЗ (R2, VT1, C9, R4, VT2, секция SА1.2)исключаются, а резистор R6 соединяется с конденсатором C8. Если же запись будет осуществляться только от внешних источников сигнала, то исключаются элементы R10, C13, R9, C11, C12, R8 и микрофон BM1. Диод VD3 типа КД209А был установлен после того, как пробился диод типа КД521, изначально установленный на этом месте. Вероятно, это объясняется превышением допустимого тока в момент подачи напряжения, когда конденсатор C4 был ещё разряжен. Блокирующие конденсаторы фильтров С6 и С7, подключенные к аналоговой и цифровой шинам питания обязательны. При использовании в качестве внешнего источника сигналов звуковой карты компьютера, особое внимание надо уделить качеству и надёжности трансформатора Т1 и реле К1, К2. Радиатор для микросхемы DA1 не требуется. Включение микросхемы УНЧ несколько отличается от распространённого. Структура этого “телефонного” усилителя (отечественный аналог ЭКР1436УН1) приведена на фото:

А схема включения, при которой увеличивается входной импеданс (Zвх.=125 Ком) приведена тут:

Именно по этой схеме УНЧ работает в устройстве. Коэффициент усиления задаёт резистор R13, а конденсатором C17 добиваются необходимой частотной характеристики. Само устройство размещено в корпусе миниатюрного репродуктора, выполненного в виде адаптера, причём, регулятор громкости и динамическая головка используются штатные. Органы управления и элементы индикации устанавливаются на корпусе в любом удобном месте. На корпусе также устанавливается стандартный телефонный разъём, к которому подключается ответная часть, установленная на проводе звонка, выходящего в квартире, либо провод с таким же ответным разъёмом, подключенный к телефонной линии АТС.

И в заключении, некоторые особенности применения микросхем семейства ISD25хх, которые не используются в данном устройстве. Если вывод 4DA1 (вход А3/М3) подключить к плюсу источника питания, то будет режим циклического воспроизведения записи с начала блока памяти. Если записано несколько фрагментов, то будет воспроизводиться (повторяться) только первый фрагмент. Если переключателем SA1 на выводе 27DD1 принудительно установить логическую единицу (когда DD1 работает в режиме записи), т.е перевести микросхему из режима записи в режим воспроизведения без нажатия SB1, то режим записи всё равно будет продолжаться до нажатия кнопок SB1, SB2 или до заполнения всего блока памяти. Если вывод 25DD1 соединить с выводом 23DD1 через конденсатор ёмкостью не менее 47nF, то при включении воспроизведения, все сообщения будут воспроизводиться друг за другом без остановки (т.е. после последнего фрагмента опять первый и так “по кругу”), пока не будет нажата кнопки SB1 или SB2. Микросхема ISD25хх сохраняет свою работоспособность в диапазоне от 4-х вольт до 6 вольт. Ниже 4-х вольт она отказалась работать, а выше не стал увеличивать из-за опасности повреждения. Так вот, если запись сделать при минимальном напряжении питания, а потом увеличить его и включить воспроизведение, то скорость и тембр воспроизведения увеличатся. Соответственно и наоборот. Данные наблюдения могут пригодиться в других конструкциях с этими микросхемами.

Перевел в HTML Евгений Мерзликин.