【参赛】继电器机械式电位器
本帖最后由 电子管大叔 于 2024-9-11 18:39 编辑尊敬的矿友们：
在此，我荣幸地向您介绍我此次参赛的作品——继电器机械式电位器。本方案的基本原理是通过串联电阻分压与继电器的巧妙配合，从而实现电位器的功能，这一功能可以广泛应用于音响电路中，用于控制音量。
关于继电器机械式电位器的控制电路形式，种类繁多。然而，我们的参赛方案独树一帜，其独特之处在于控制网络的创新设计，这种创新型的控制网络使得控制电路更加稳定可靠，这正是我们选择参赛的重要原因和亮点所在。
我们的方案采用了24位阶梯式递进电阻网络，每声道包含24个相同串联电阻进行分压，并在每个节点采用与之相对应位置的继电器进行配合，以实现继电器的功能。
据我所知，继电器式电位器的控制方式主要包括单片机控制和逻辑IC控制。单片机控制形式相对简单，只需使用一片IC和相应的代码，再加上外围电路即可轻松实现。然而，单片机的开发对于绝大多数人来说可能具有一定难度，因此，许多厂家对此应用的需求也日益增加。逻辑IC电路虽然相对简单，但控制逻辑可能会有些复杂，如果处理不当，可能会导致失控的风险。此外，控制位数可能会受到IC的限制，操作起来可能会比较容易，但安全性可能无法得到充分保障。
在制作继电器机械式电位器的过程中，控制电路的设计是一大难点。经过深思熟虑，我们在一次电源设计中偶然发现了TL431可调精密并联稳压器，并将其作为控制电路的核心元件。我们采用了多路复用控制方式来实现继电器的递进式开启和关闭，同时配合串联电阻网络以实现理想的功能。串联电阻与继电器的配合可能会有些困难，但经过多次实验和电路比较，我们最终确定了以下电路，并取得了最佳的应用效果。
我们的供电电源采用AC20V输入，经过整流滤波后输出为28.28V。我们建议使用10W或20W的EI型变压器或环形变压器，因为铁芯变压器在电源稳定性和寿命方面表现更为出色。继电器方面，我们选用了欧姆龙品牌的G6K-2P-Y 24V双联常开常闭式继电器，这款继电器是目前市场上能找到的体积最小且为银触点的六脚继电器。
首先，控制电路的设计相对较复杂，但是由于使用了TL431，我们只需要使用同样的电路架构并配合不同的分压网络即可实现。具体来说，当控制信号通过电阻R142+R143与R144进行分压后，若在R144上产生的电压大于2.5V，那么TL431将会开启并导通，从而实现控制电压从0V到28V的调节，每增加0.9V便会开启一路。例如，第一路的开启电压为2.5V，第二路的开启电压为3.4V，以此类推。我们只需计算出相应的电阻网络，便能实现上述功能，并且可实现更多级的控制。在这里，我们需要解释一下为何选择两个串联的上电阻，这是因为经过计算，有些计算值无法找到与其对应的电阻，因此我们选择了这种方式来解决电阻选择的问题。
最初，我们尝试直接使用10K电位器跨接电源28V两端，通过中间抽头输出控制电压。然而，经过实践发现，这个方案并不可行，因为控制回路需要电流参与，控制效果不佳且发热严重。因此，我们改用控制LM317的输出电压来为控制信号供电，LM317的ADJ脚可以控制分压网络中串联电阻与电位器，实现电压从0的控制。经过实验，我们在下端增加了电阻R146，使得最小启动控制电压在2.4V附近。这主要是因为控制电位器旋转一点即可达到第一路开启控制电压，避免了旋转角度过大带来的不适感。经过计算，我们得到了此电路参数。
在控制电路端，我们在控制电位器的2、3脚增加了一个电容，用于平滑控制电压，使其更加稳定，不会受到电源干扰而导致继电器误启动。由于TL431的开通允许流过电流为100mA，而继电器的开通电流仅为十数mA，因此实际应用中可以直接串联使用。我们选择了24V电压规格的继电器，并在电源处使用了三端稳压7824，为继电器的工作提供稳定可靠的电源。控制电位器则选用了双联10K/B型电位器，以获得更好的控制效果。
本方案的控制电路部分采用了相同的架构，每一路都是独立的，互不干扰。虽然元器件数量较多，但我们选择了贴片元器件，贴片厂家加工生产易于制作，这些元器件仅用于控制电路，不参与音频信号，因此对音频信号没有任何干扰，从而确保了被控制的音频信号的纯净度，实现了高保真的效果。
电阻分压网络采用了灵活的插件电阻，我们根据个人喜好，在电路中选用了1/4W美国DALE 1.96K电阻，共24位串联，以达到47K电位器的使用效果。您可以根据需要，随时更换所需阻值的电阻以及品牌，以实现不同阻值的电位器的应用，非常灵活。
在PCB设计方面，我们采用了双面板的设计方式，正面主要是电路以及电阻网络和继电器，背面则是与之对应的24路LED指示灯。通过LED的直观指示，可以显示当前音量范围。电路板采用了扁平化设计，方便安装在功放机的前面板上。控制电位器通过XH2.54的3P引线引出，方便安装在不同的功放机面板上。由于我们选择了双联电位器，因此可以同时控制两块面板。我们的设计理念是，单块面板用于实现非平衡信号的控制，两块面板同时控制则可应用于平衡信号的控制，这是一举两得的设计，极大地便利了平衡信号与非平衡信号的控制，以及两路声道的完全独立性，实现了物理隔离，理想地防止了两个声道的信号串扰，以达到高保真的使用效果。
在此，我要感谢您的耐心阅读。由于我才疏学浅，文笔不佳，可能有些地方表达不够清晰，还请您多多包涵。 电子管大叔 发表于 2024-9-11 18:35
坛主大人我还没有编辑完 以此说明 谢谢
欢迎参赛，继续，加油。
谢谢！ 本帖最后由 电子管大叔 于 2024-9-11 18:40 编辑
坛主大人我还没有编辑完 以此说明 谢谢
这张为机械式继电器的原理图部分，左边为两声道的串联电阻网络这里其实很简单就是两组各24个相同电阻的串联，这里有一个设计巧妙的地方就是串联相同的电阻，免去了对数型的电阻匹配模式。
右上面的电路部分为24路双联电位器的顺序启动电路，使用了相同的电路架构，这使得每路的一致性大为提高，继电器开启与关闭的线性度与一致性更为准确，这里介绍下电路原理，TL431作为比较器，当他的触发端电压达到2.5V时，它的阳极与阴极导通，利用这个特性我们在它的触发端采用串联电阻的方来规定开启电压，这样就可以通过电阻网络来设定每一路开启电压，第一路的开启电压为3V通过分压电阻让TL431的触发端达到2.5V，第二路为3.9V时分压电阻上的电压为2.5V，这样就能保证1、2路开同而第三路还未达到开启电压，电压继续增加，则才能开启下一路，以此类推，控制电压下降则会按照倒序关闭，这里只要控制电压能够线性增加，电路就会线性开启与关闭。
接下来就是这里的线性控制电压的由来，这里用到了LM317既简单又便宜的元器件，就能得到很不错的控制电压，我们在LM317的AJI端加入电位器就可以根据我们的需要得到平滑的控制电压，电路相对简单，不做过多介绍。
总之就是一个0V-25V的调压电路去控制24路电位器，每增加0.9V开启一路，就能够完成24路的顺序开启与关闭。
这张为PCB版图的上层部分贴片元器件全部贴在本面，采用贴片元气件的好处之一是可以免去手工焊接的辛苦，制版厂代劳贴的既好又准确，贴片部分的额元器件不参与音频信号，不对音频信号产生干扰，保留了音频信号参与的串联电阻网络，这里的电阻网络可以很具不同的喜好或者不同需求的电阻去安装即可，我这里使用了24路1.96K达尼电阻设定47K阻值电位器。 本帖最后由 电子管大叔 于 2024-9-19 14:23 编辑
这张图片是PCB的3D效果图 这里没有多说的就时指示灯被安排在了另一面，指示灯的那面是面板面通过控制器在面板上实时观察音量大小。 这里是控制电位器 庐山真面目 矿坛报名卡 虽然有pwm，DA技术，
但还是支持楼主的作品，玩的高兴！ 记得431的比较器应用回差比较大 感谢作品参赛16届DIY大赛 支持楼主！ 建议采用R-2R架构，这样可以实现2n次方衰减
如果是音频用的电位器，建议采用对数衰减器，线性衰减器调节音量线性度不对 采用R-2R架构 的话就简单多了，
还能用旋转编码器。
我曾经试验过 ：5个小信号继电器就有32挡位。
还加入了遥控和模拟电平显示。 预祝第十六届DIY 大赛举办成功！
提示：大赛倒计时还有一个月截止收稿。
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