Namizni ojačevalnik z zvočno vizualizacijo, binarno uro in FM sprejemnikom: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:06

Všeč so mi ojačevalniki in danes bom delil svoj namizni ojačevalnik z nizko močjo, ki sem ga naredil pred kratkim. Ojačevalnik, ki sem ga oblikoval, ima nekaj zanimivih lastnosti. Ima integrirano binarno uro in lahko daje čas in datum ter lahko vizualizira zvok, ki se pogosto imenuje analizator zvočnega spektra. Uporabite ga lahko kot FM sprejemnik ali MP3 predvajalnik. Če vam je všeč moj ojačevalnik ure, sledite spodnjim korakom, da naredite svojo kopijo.

1. korak: Nasveti za oblikovanje dobrih ojačevalnikov

Oblikovanje kakovostnega zvočnega vezja brez hrupa je res težko tudi za izkušenega oblikovalca. Zato morate upoštevati nekaj nasvetov, da bo vaš dizajn boljši.

Moč

Ojačevalniki za zvočnike se običajno napajajo neposredno iz glavne sistemske napetosti in potrebujejo relativno visok tok. Odpornost na sledi bo povzročila padce napetosti, ki bodo zmanjšale napajalno napetost ojačevalnika in izgubo energije v sistemu. Odpornost na sledove prav tako povzroči, da se normalna nihanja napajalnega toka pretvorijo v nihanja napetosti. Za največjo zmogljivost uporabite kratke široke sledi za vse napajalnike ojačevalnika.

Ozemljitev

Ozemljitev ima eno, najpomembnejšo vlogo pri ugotavljanju, ali sistem doseže potencial naprave. Slabo ozemljen sistem bo verjetno imel veliko popačenje, hrup, preslušanje in RF občutljivost. Čeprav se lahko vprašamo, koliko časa je treba nameniti ozemljitvi sistema, skrbno zasnovana shema ozemljitve preprečuje, da bi prišlo do velikega števila težav.

Tla v vsakem sistemu morajo služiti dvema namenoma. Prvič, to je povratna pot za vse tokove, ki tečejo v napravo. Drugič, to je referenčna napetost tako za digitalna kot za analogna vezja. Ozemljitev bi bila preprosta vaja, če bi bila napetost na vseh točkah tal enaka. V resnici to ni mogoče. Vse žice in sledi imajo omejen upor. To pomeni, da bo, kadar teče tok po tleh, prišlo do ustreznega padca napetosti. Vsaka zanka žice tvori tudi induktor. To pomeni, da ima tok toka vedno iz akumulatorja v obremenitev in nazaj v baterijo nekaj induktivnosti. Induktivnost poveča impedanco tal pri visokih frekvencah.

Čeprav oblikovanje najboljšega zemeljskega sistema za določeno aplikacijo ni enostavna naloga, nekatere splošne smernice veljajo za vse sisteme.

1. Vzpostavite neprekinjeno ozemljitveno ravnino za digitalna vezja: digitalni tok v ozemljitveni ravnini teži po isti poti, kot je šel prvotni signal. Ta pot ustvari najmanjšo površino zanke za tok in tako zmanjša učinke antene in induktivnost. Najboljši način za zagotovitev, da imajo vse sledi digitalnega signala ustrezno zemeljsko pot, je vzpostavitev neprekinjene ozemljitvene ravnine na plasti, ki je tik ob signalni plasti. Ta plast mora pokrivati isto območje kot sled digitalnega signala in imeti čim manj prekinitev v svoji kontinuiteti. Vse prekinitve v ozemljitveni ravnini, vključno z viasi, povzročijo, da tok ozemljitve teče v večji zanki, kot je idealno, s čimer se poveča sevanje in hrup.
2. Ozemljitveni tokovi naj bodo ločeni: ozemljitveni tokovi za digitalna in analogna vezja morajo biti ločeni, da preprečijo, da bi digitalni tokovi dodajali hrup v analogna vezja. Najboljši način za to je pravilna namestitev komponent. Če so vsa analogna in digitalna vezja nameščena na ločenih delih tiskanega vezja, bodo ozemljitveni tokovi seveda ločeni. Za dobro delovanje mora analogni odsek vsebovati samo analogna vezja na vseh plasteh tiskanega vezja.
3. Uporabite tehniko ozemljitve zvezd za analogna vezja: ojačevalniki zvočne moči ponavadi črpajo razmeroma velike tokove, ki lahko negativno vplivajo tako na njihovo lastno kot na druge ozemljitve v sistemu. Da bi preprečili to težavo, zagotovite namenske povratne poti za ozemljitvene povezave premostitvenega ojačevalnika in ozemljitvene priključke za priključek za slušalke. Izolacija omogoča, da ti tokovi tečejo nazaj v baterijo, ne da bi vplivali na napetost drugih delov ozemljitvene ravnine. Ne pozabite, da teh namenskih povratnih poti ne smete usmerjati pod sledi digitalnega signala, ker lahko blokirajo digitalne povratne tokove.
4. Največja učinkovitost obvodnih kondenzatorjev: Skoraj vse naprave potrebujejo obvodne kondenzatorje za zagotavljanje trenutnega toka. Za zmanjšanje induktivnosti med kondenzatorjem in napajalnim zatičem naprave te kondenzatorje poiščite čim bližje napajalnemu zatiču, ki ga obidejo. Vsaka induktivnost zmanjša učinkovitost obvodnega kondenzatorja. Podobno mora biti kondenzator opremljen z nizko impedančno povezavo z maso, da se čim bolj zmanjša visokofrekvenčna impedanca kondenzatorja. Neposredno priključite ozemljitveno stran kondenzatorja na ozemljitveno ravnino, namesto da jo usmerite po sledi.
5. Poplavi vsa neuporabljena območja PCB -ja z ozemljitvijo: Kadar koli dva kosa bakra tečeta drug blizu drugega, se med njima oblikuje majhna kapacitivna sklopka. Z poplavo tal v bližini signalnih sledi lahko nezaželeno visokofrekvenčno energijo v signalnih vodih prek kapacitivne sklopke odklopite na tla.

Napajalnike, transformatorje in hrupna digitalna vezja poskušajte držati stran od zvočnega vezja. Za zvočni tokokrog uporabite ločeno ozemljitveno povezavo in za avdio vezje je dobro, da ne uporabljate ozemljitvenih plošč. Ozemljitvena povezava (GND) avdio ojačevalnika je zelo pomembna v primerjavi z ozemljitvijo drugih tranzistorjev, IC itd., Če med obema obstaja ozemljitveni šum, ga bo ojačevalnik oddajal.

Razmislite o napajanju pomembnih IC -jev in česar koli občutljivega z uporom 100R med njimi in +V. Vključite kondenzator dostojne velikosti (npr. 220uF) na strani IC upora. Če bo IC potegnil veliko moči, zagotovite, da bo upor to obvladal (izberite dovolj visoko moč in po potrebi zagotovite potop toplote bakra iz PCB -ja) in upoštevajte, da bo na uporu padel napetost.

Za zasnove, ki temeljijo na transformatorjih, želite, da so usmerniški kondenzatorji čim bližje usmerniškim zatičem in povezani prek svojih debelih sledi zaradi velikih polnilnih tokov na samem pokukanju popravljanega grešnega vala. Ker izhodna napetost usmernika presega razpadajočo napetost kondenzatorja, se v polnilnem vezju pojavi impulzni šum, ki se lahko prenese v avdio vezje, če si v enem od daljnovodov deli isti kos bakra. Ne morete se znebiti impulznega polnilnega toka, zato je veliko bolje, da kondenzator držite lokalno pri mostičnem usmerniku, da zmanjšate te impulze energije. Če je avdio ojačevalnik v bližini usmernika, ne poiščite velikega kondenzatorja poleg ojačevalnika, da preprečite, da bi ta kondenzator povzročil to težavo, če pa je razdalja nekoliko manjša, potem je ojačevalnik lasten kondenzator, ko plava polni iz napajalnika in ima zaradi dolžine bakra relativno visoko impedanco.

Poiščite in napetostne regulatorje, ki jih uporablja zvočno vezje v bližini usmernikov / vhoda napajalnika in se povežite tudi z lastnimi povezavami.

Signali

Če je mogoče, se izogibajte vhodnim in izhodnim zvočnim signalom, ki delujejo na tiskanem vezju in iz njega, ki delujejo vzporedno, saj lahko to povzroči nihanja, ki se napajajo od izhoda nazaj do vhoda. Ne pozabite, da lahko le 5 mV povzroči veliko šumenja!

Digitalne zemeljske ravnine držite stran od avdio GND in zvočnih vezij na splošno. Hum je mogoče v avdio vnesti preprosto iz skladb, ki so preveč blizu digitalnih letal.

Pri povezovanju z drugo opremo, če napajate katero koli drugo ploščo, ki vključuje zvočno vezje (namenjeno oddajanju ali sprejemanju zvočnega signala), se prepričajte, da obstaja le 1 točka, na kateri se GND poveže med dvema ploščama, ta pa bi morala biti v idealnem primeru pri priključitvi avdio analognega signala točka.

Za signalno -vhodno -izhodne povezave z drugimi napravami / zunanjim svetom je dobro uporabiti 100R upor med vezjema GND in zunanjim svetom GND za vse (vključno z digitalnimi deli vezja), da preprečite nastanek ozemljitvenih zank.

Kondenzatorji

Uporabite jih povsod, kjer želite ločiti odseke drug od drugega. Vrednosti za uporabo:- 220nF je tipično, 100nF je v redu, če želite zmanjšati velikost / stroške, najbolje, da ne padete pod 100nF.

Ne uporabljajte keramičnih kondenzatorjev. Razlog je v tem, da bodo keramični kondenzatorji dali piezoelektrični učinek izmeničnemu signalu, ki povzroča hrup. Uporabite neko vrsto poli - polipropilen je najboljši, vendar bo kateri koli primeren. Resnične zvočne glave prav tako pravijo, da ne uporabljajo elektrolitov v vrstici, vendar mnogi oblikovalci to počnejo brez težav-to je verjetno za aplikacije visoke čistosti, ki niso splošno standardno zvočno oblikovanje.

Ne uporabljajte tantalskih kondenzatorjev nikjer na poteh zvočnega signala (nekateri oblikovalci se morda ne strinjajo, vendar lahko povzročijo grozljive težave)

Splošno sprejet nadomestek polikarbonata je PPS (polifenilen sulfid).

Visokokakovostni kondenzatorji iz polikarbonatne folije in polistirenske folije in teflona ter keramični kondenzatorji NPO/COG imajo zelo nizke napetostne koeficiente kapacitivnosti in s tem zelo nizko popačenje, rezultati pa so zelo jasni z uporabo analizatorjev spektra in ušes.

Izogibajte se keramičnim dielektrikom z visoko vsebnostjo K, saj imajo visok napetostni koeficient, kar bi po mojem mnenju lahko povzročilo nekaj popačenja, če bi jih uporabljali v fazi nadzora tona.

Postavitev komponent

Prvi korak pri načrtovanju tiskanih vezij je izbira, kam namestiti komponente. Ta naloga se imenuje "tloris". Skrbno nameščanje komponent lahko olajša usmerjanje signala in razdelitev tal. Zmanjša hrup in zahtevano površino plošče.

Izbrati je treba namestitev komponent v analognem odseku. Komponente je treba postaviti tako, da čim manj razdalje prevozijo zvočni signali. Zvočni ojačevalnik poiščite čim bližje priključku za slušalke in zvočniku. To pozicioniranje bo zmanjšalo sevanje EMI iz ojačevalnikov zvočnikov razreda D in zmanjšalo občutljivost na hrup signalov slušalk z nizko amplitudo. Naprave, ki oddajajo analogni zvok, postavite čim bližje ojačevalniku, da zmanjšate hrup na vhodih ojačevalnika. Vse sledi vhodnega signala bodo delovale kot antene za RF signale, vendar skrajšanje sledi pomaga zmanjšati učinkovitost antene pri frekvencah, ki so običajno zaskrbljujoče.

Korak: Potrebujete…

1. IC ojačevalnik zvoka TEA2025B (ebay.com)

2. 6 kosov 100uF elektrolitskega kondenzatorja (ebay.com)

3. 2 kosa 470uF elektrolitskega kondenzatorja (ebay.com)

4. 2 kosa 0,22uF kondenzator

5. 2 kosa 0,15 uF keramičnega kondenzatorja

6. Potenciometer za nadzor glasnosti z dvojno glasnostjo (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 kos 4 ohm 2.5W zvočnik

8. Modul sprejemnika MP3 + FM (ebay.com)

9. LED matrika z gonilnikom IC (Adafruit.com)

10. Vero Board & Nekaj žic.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. Modul RTC DS1307 (Adafruit.com)

3. korak: Izdelava ojačevalnega vezja

V skladu s priloženim diagramom vezja spajajte celotne komponente v tiskano vezje. Za kondenzatorje uporabite natančno vrednost. Bodite previdni pri polarnosti elektrolitskih kondenzatorjev. Poskusite čim bolj približati kondenzator IC -ju, da zmanjšate hrup. Neposredno spajkajte IC brez uporabe IC baze. Prerežite sledi med obema stranema ojačevalnika IC. Vsi spajkalni spoji morajo biti popolni. To je vezje avdio ojačevalnika, zato bodite profesionalni glede spajkalne povezave, zlasti glede tal (GND).

4. korak: Preizkusite vezje z zvočnikom

Po zaključku vse povezave in spajkanja priključite dva 4 ohmska 2.5W zvočnika na ojačevalno vezje. Priključite zvočni vir v vezje in ga vklopite. Če bo vse v redu, boste našli zvok brez hrupa.

Za ojačitev zvoka sem uporabil IC avdio ojačevalnik TEA2025B. To je lep čip zvočnega ojačevalnika, ki je deloval v širokem napetostnem območju (3 V do 9 V). Torej ga lahko preizkusite pri kateri koli napetosti v območju. Uporabljam adapter 9V in deluje brezhibno. IC lahko deluje z dvojnim ali mostnim načinom povezave. Za več podrobnosti o čipu ojačevalnika preglejte podatkovni list.

5. korak: Priprava sprednje plošče matrične matrice

Za vizualizacijo zvočnega signala ter prikaz datuma in časa sem nastavil matrični zaslon na sprednji strani ohišja ojačevalnika. Za lepo delo sem z vrtljivim orodjem izrezal okvir glede na velikost matrice. Če vaš zaslon nima vgrajenega gonilniškega čipa, ga uporabite ločeno. Najraje imam dvobarvno matriko iz Adafruta. Ko izberete popoln matrični zaslon, zaslon z vročim lepilom nastavite na podlago.

Kasneje ga bomo povezali z Arduino ploščo. Dvobarvni zaslon Adafruit uporablja protokol i2c za komunikacijo z mikrokrmilnikom. Tako bomo priključili SCL in SDA pin gonilnika IC na ploščo Arduino.

6. korak: Programiranje z Arduinom

Priključite Adafruit Smart dvobarvni matrični zaslon kot:

1. Priključite 5V Arduino pin na LED matrico + pin.
2. Priključite pin Arduino GND na pin GND ojačevalnika mikrofona in pin matrice LED.
3. Uporabite lahko tirnico za napajalno ploščo ali pa ima Arduino na voljo več zatičev GND. Priključite analogni pin Arduino 0 na pin avdio signala.
4. Arduino zatiče SDA in SCL povežite z matričnim nahrbtnikom D (podatki) in C (ura) zatiči.
5. Prejšnje plošče Arduino ne vključujejo zatičev SDA in SCL - namesto tega uporabite analogne nožice 4 in 5.
6. Naložite priloženi program in preverite, ali deluje ali ne:

Začnite s prenosom skladišča Piccolo iz Githuba. Izberite gumb »naloži ZIP«. Ko je to končano, razpakirajte nastalo datoteko ZIP na trdem disku. V notranjosti bosta dve mapi: »Piccolo« je treba premakniti v običajno mapo za skice Arduino. »Ffft« je treba premakniti v mapo »Knjižnice« Arduino (v mapi sketchbook - če je ni, jo ustvarite). Če niste seznanjeni z nameščanjem knjižnic Arduino, sledite tej vadnici. In nikoli ne nameščajte v mapo Knjižnica poleg aplikacije Arduino … ustrezna lokacija je vedno podimenik vaše domače mape! Če še niste namestili knjižnice nahrbtnikov Adafruit LED (za uporabo matrike LED), prenesite in namestite Ko so mape in knjižnice nameščene, znova zaženite Arduino IDE in skica »Piccolo« bi morala biti na voljo v meniju Datoteka> Sketchbook.

Ko je skica Piccolo odprta, v meniju Orodja izberite vrsto plošče Arduino in serijska vrata. Nato kliknite gumb Naloži. Če bo čez nekaj časa vse v redu, se prikaže sporočilo »Nalaganje je končano«. Če bo vse v redu, boste za vsak avdio vhod videli zvočni spekter.

Če vaš sistem dobro deluje, naložite skico complete.ino, priloženo koraku za dodajanje binarne ure z zvočno vizualizacijo. Za vsak avdio vhod bo zvočnik prikazal zvočni spekter, sicer pa bo prikazal čas in datum.

7. korak: Vse stvari popravite skupaj

Zdaj pritrdite ojačevalno vezje, ki ste ga zgradili v prejšnji fazi, na škatlo z vročim lepilom. Sledite slikam, priloženim s tem korakom.

Po priključitvi ojačevalnega vezja priključite sprejemniški modul MP3 + FM v škatlo. Preden ga pritrdite z lepilom, naredite test in se prepričajte, da deluje. Če deluje dobro, ga popravite z lepilom. Zvočni izhod modula MP3 mora biti povezan z vhodom ojačevalnega tokokroga.

8. korak: Notranje povezave in končni izdelek

Če zvočnik sprejme in zvočni signal, prikaže zvočni spekter, sicer prikazuje datum in čas v binarnem formatu BCD. Če imate radi programiranje in digitalno tehnologijo, sem prepričan, da imate radi binarne datoteke. Všeč mi je binarna in binarna ura. Prej sem izdelal binarno zapestno uro in format časa je popolnoma enak moji prejšnji uri. Tako sem za ponazoritev časovnega formata dodal prejšnjo sliko ure, ne da bi izdelal drugo.

Hvala vam.

Četrta nagrada na tekmovanju za vezja 2016

Prva nagrada na tekmovanju ojačevalcev in zvočnikov 2016