Pöytävahvistin, jossa on audiovisualisointi, binaarikello ja FM -vastaanotin: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Pidän vahvistimista, ja tänään jaan hiljattain tekemäni pienitehoisen pöytävahvistimen. Suunnittelemassani vahvistimessa on joitain mielenkiintoisia ominaisuuksia. Siinä on integroitu binaarikello ja se voi antaa ajan ja päivämäärän ja se voi visualisoida ääntä, jota usein kutsutaan äänispektrin analysaattoriksi. Voit käyttää sitä FM -vastaanottimena tai MP3 -soittimena. Jos pidät kellovahvistimestani, tee oma kopiosi noudattamalla alla olevia ohjeita.

Vaihe 1: Hyviä vahvistimen suunnitteluvinkkejä

Meluttoman laadukkaan äänipiirin suunnittelu on todella vaikeaa jopa kokeneelle suunnittelijalle. Joten, sinun on noudatettava joitain vinkkejä suunnittelun parantamiseksi.

Virta

Kaiutinvahvistimet saavat yleensä virran suoraan järjestelmän pääjännitteestä ja vaativat suhteellisen suurta virtaa. Jäljen vastus aiheuttaa jännitehäviöitä, jotka pienentävät vahvistimen syöttöjännitettä ja tuhlaavat järjestelmää. Jäänkestävyys saa myös normaalit syöttövirran vaihtelut muuttumaan jännitteen vaihteluksi. Maksimoi suorituskyky käyttämällä lyhyitä leveitä jälkiä kaikissa vahvistimen virtalähteissä.

Maadoitus

Maadoitus on ainoa, merkittävin rooli määritettäessä, saavuttaako järjestelmä laitteen potentiaalin. Huonosti maadoitetussa järjestelmässä on todennäköisesti suuria vääristymiä, kohinaa, ylikuulumista ja RF -herkkyyttä. Vaikka voidaan kyseenalaistaa, kuinka paljon aikaa tulisi käyttää järjestelmän maadoitukseen, huolellisesti suunniteltu maadoitusjärjestelmä estää suuren määrän ongelmia.

Minkä tahansa järjestelmän maan on palveltava kahta tarkoitusta. Ensinnäkin se on paluu polku kaikille laitteeseen virtaaville virroille. Toiseksi se on referenssijännite sekä digitaalisille että analogisille piireille. Maadoitus olisi yksinkertainen harjoitus, jos jännite maan kaikissa kohdissa voisi olla sama. Todellisuudessa tämä ei ole mahdollista. Kaikilla johtimilla ja jälkillä on rajallinen vastus. Tämä tarkoittaa, että aina kun maan läpi virtaa virtaa, tulee vastaava jännitehäviö. Mikä tahansa langansilmukka muodostaa myös induktorin. Tämä tarkoittaa sitä, että aina kun virta virtaa akusta kuormaan ja takaisin akkuun, virtausreitillä on jonkin verran induktanssia. Induktanssi lisää maan impedanssia korkeilla taajuuksilla.

Vaikka parhaan maajärjestelmän suunnittelu tietylle sovellukselle ei ole yksinkertaista, jotkin yleiset ohjeet koskevat kaikkia järjestelmiä.

1. Luo jatkuva maataso digitaalisille piireille: Maatason digitaalivirralla on taipumus kulkea samaa reittiä kuin alkuperäinen signaali. Tämä polku luo pienimmän silmukka -alueen virralle, mikä minimoi antennitehosteet ja induktanssin. Paras tapa varmistaa, että kaikilla digitaalisilla signaalijäljillä on vastaava maantie, on perustaa jatkuva maataso signaalikerroksen vieressä olevaan kerrokseen. Tämän kerroksen tulisi kattaa sama alue kuin digitaalisen signaalin jäljitys, ja sen jatkuvuudessa tulisi olla mahdollisimman vähän keskeytyksiä. Kaikki keskeytykset maatasossa, mukaan lukien läpiviennit, saavat maavirran virtaamaan suuremmassa silmukassa kuin on ihanteellinen, mikä lisää säteilyä ja kohinaa.
2. Pidä maavirrat erillään: Digitaalisten ja analogisten piirien maavirrat on erotettava toisistaan, jotta digitaalivirrat eivät lisää kohinaa analogisiin piireihin. Paras tapa tehdä tämä on komponenttien oikea sijoittelu. Jos kaikki analogiset ja digitaaliset piirit on sijoitettu erillisille piirilevyn osille, maavirrat ovat luonnollisesti eristettyjä. Jotta tämä toimisi hyvin, analogisen osan tulee sisältää vain analogisia piirejä kaikilla piirilevyn kerroksilla.
3. Käytä tähtien maadoitustekniikkaa analogisille piireille: Äänitehovahvistimilla on taipumus vetää suhteellisen suuria virtauksia, jotka voivat vaikuttaa haitallisesti sekä omaan että muuhun järjestelmän maasignaaliin. Voit välttää tämän ongelman tarjoamalla paluureitit sillattujen vahvistimien virtapiireille ja kuulokeliitännän maadoituspaikoille. Eristyksen ansiosta nämä virrat voivat virrata takaisin akkuun vaikuttamatta maatason muiden osien jännitteeseen. Muista, että näitä paluureittejä ei saa ohjata digitaalisten signaalijälkien alle, koska ne voivat estää digitaaliset paluuvirrat.
4. Maksimoi ohituskondensaattoreiden tehokkuus: Lähes kaikki laitteet tarvitsevat ohituskondensaattoreita hetkellisen virran tuottamiseksi. Kondensaattorin ja laitteen syöttötapin välisen induktanssin minimoimiseksi sijoita nämä kondensaattorit mahdollisimman lähelle niiden ohittamaa syöttötappia. Mikä tahansa induktanssi vähentää ohituskondensaattorin tehokkuutta. Samoin kondensaattoriin on liitettävä matalaimpedanssinen liitäntä maahan, jotta kondensaattorin suurtaajuusimpedanssi minimoituu. Liitä kondensaattorin maadoituspinta suoraan maatasoon sen sijaan, että reitität sen jäljen läpi.
5. Tulvata kaikki käyttämätön PCB -alue maadoituksella: Aina kun kaksi kuparikappaletta kulkee lähellä toisiaan, niiden välille muodostuu pieni kapasitiivinen liitin. Suorittamalla maan tulva lähellä signaalin jälkiä, signaalilinjoissa oleva ei-toivottu korkeataajuinen energia voidaan ohjata maahan kapasitiivisen liitännän kautta.

Yritä pitää virtalähteet, muuntaja ja meluisat digitaalipiirit kaukana äänipiiristäsi. Käytä erillistä maadoitusliitäntää äänipiirille, ja on hyvä olla käyttämättä maatasoja äänipiireissä. Äänivahvistimen maa (GND) -liitäntä on erittäin tärkeä verrattuna muiden transistorien, IC: n jne. Maahan, jos näiden kahden välillä on maakohinaa, vahvistin lähettää sen.

Harkitse tärkeiden IC -laitteiden ja muiden herkkien virtalähteiden käyttämistä käyttämällä 100R -vastusta niiden ja +V: n välillä. Sisällytä kunnollisen kokoinen (esim. 220uF) sähkökondensaattori vastuksen IC -puolelle. Jos IC vetää paljon virtaa, varmista, että vastus pystyy käsittelemään sitä (valitse riittävän suuri teho ja varmista tarvittaessa PCB -kuparin lämmönpoisto) ja muista, että vastuksen jännite putoaa.

Muuntajapohjaisissa malleissa haluat tasasuuntaajan kondensaattoreiden olevan mahdollisimman lähellä tasasuuntaajan tappeja ja kytketty omien paksujen kiskojensa kautta suurten latausvirtojen takia tasoitetun syntaalon huipulla. Koska tasasuuntaajan lähtöjännite ylittää kondensaattorin hajoamisjännitteen, latauspiiriin syntyy impulssikohina, joka voi siirtyä äänipiiriin, jos niillä on sama kuparipala kummassakin voimalinjasta. Et voi päästä eroon pulssin latausvirrasta, joten on paljon parempi pitää kondensaattori paikallisena sillan tasasuuntaajan kanssa minimoidaksesi nämä suurvirran energiapulssit. Jos äänivahvistin on tasasuuntaajan lähellä, älä etsi suurta kondensaattoria vahvistimen viereen, jotta tämä kondensaattori ei aiheuta tätä ongelmaa, mutta jos etäisyyttä on vähän, on hyvä antaa vahvistin oma kondensaattori, kun se kelluu ladataan virtalähteestä ja sillä on suhteellisen suuri impedanssi kuparin pituuden vuoksi.

Paikanna ja jännitesäätimet, joita äänipiiri käyttää, tasasuuntaajien / virtalähteen tulon lähellä ja yhdistä myös omiin liitäntöihin.

Signaalit

Vältä mahdollisuuksien mukaan sisään- ja ulos -audiosignaaleja, jotka kulkevat rinnakkain piirilevylle ja sieltä, koska tämä voi aiheuttaa värähtelyjä, jotka siirtyvät lähdöstä takaisin tuloon. Muista, että vain 5 mV voi aiheuttaa paljon huminaa!

Pidä digitaaliset maatasot kaukana GND -äänestä ja yleensä äänipiireistä. Ääni voidaan tuoda ääneen yksinkertaisesti kappaleista, jotka ovat liian lähellä digitaalisia lentokoneita.

Kun liität laitteita muihin laitteisiin, jos käytät virtalähteenä jotakin muuta äänipiiriä sisältävää korttia (antaa tai vastaanottaa äänisignaalia), varmista, että GND muodostaa yhteyden vain kahden pisteen välille vain 1 kohdassa, ja tämän pitäisi olla ihanteellisesti analogisen audiosignaalin liitännässä kohta.

Signaalien IO -liitäntöihin muihin laitteisiin / ulkomaailmaan on hyvä idea käyttää 100R -vastusta piirien GND ja ulkomaailman GND: n välissä kaikkeen (mukaan lukien piirin digitaaliset osat) maanpiirien luomisen estämiseksi.

Kondensaattorit

Käytä niitä missä haluat eristää osiot toisistaan. Käytettävät arvot:- 220nF on tyypillinen, 100nF on hyvä, jos haluat pienentää kokoa / kustannuksia, parasta olla menemättä alle 100nF.

Älä käytä keraamisia kondensaattoreita. Syynä on se, että keraamiset kondensaattorit antavat pietsosähköisen tehon AC -signaalille, joka aiheuttaa kohinaa. Käytä jonkin tyyppistä poly - Polypropeeni on paras, mutta mikä tahansa. Todelliset äänipäät sanovat myös, etteivät käytä elektrolyyttejä in-line, mutta monet suunnittelijat tekevät sen ilman ongelmia-tämä on todennäköistä erittäin puhtaille sovelluksille, ei yleiselle vakioäänisuunnittelulle.

Älä käytä tantaalikondensaattoreita missään audiosignaalireiteissä (jotkut suunnittelijat voivat olla eri mieltä, mutta ne voivat aiheuttaa kauheita ongelmia)

Yleisesti hyväksytty polykarbonaatin korvike on PPS (polyfenyleenisulfidi).

Korkealaatuisilla polykarbonaattikalvoilla ja polystyreenikalvo- ja teflonkondensaattoreilla sekä NPO/COG -keraamisilla kondensaattoreilla on erittäin pienjännitekapasitanssikertoimet ja siten erittäin vähäinen vääristymä, ja tulokset ovat erittäin selkeitä käyttämällä spektrianalysaattoreita ja korvia.

Vältä korkean K-keraamisia dielektrisiä, niillä on korkea jännitekerroin, joka luulisi johtavan vääristymiin, jos niitä käytettäisiin sävynsäätövaiheessa.

Komponenttien sijoittelu

Kaikkien piirilevyjen suunnittelun ensimmäinen vaihe on valita, minne komponentit sijoitetaan. Tätä tehtävää kutsutaan "lattiasuunnitteluksi". Huolellinen komponenttien sijoittaminen voi helpottaa signaalin reititystä ja maan ositusta. Se minimoi melun ja tarvittavan levyn alueen.

Komponenttien sijoitus analogisessa osassa on valittava. Komponentit tulisi sijoittaa minimoimaan audiosignaalien kulkematka. Sijoita äänivahvistin mahdollisimman lähelle kuulokeliitäntää ja kaiutinta. Tämä paikannus minimoi luokan D kaiutinvahvistimien EMI-säteilyn ja minimoi matala-amplitudisten kuulokesignaalien kohinanherkkyyden. Sijoita analogista ääntä tuottavat laitteet mahdollisimman lähelle vahvistinta, jotta vahvistimen sisääntulojen kohina minimoituu. Kaikki tulosignaalin jäljet toimivat antenneina RF -signaaleille, mutta jälkien lyhentäminen vähentää antennin tehokkuutta tyypillisesti huolestuttavilla taajuuksilla.

Vaihe 2: Tarvitset…

1. TEA2025B -äänivahvistimen IC (ebay.com)

2. 6 kpl 100uF elektrolyyttikondensaattori (ebay.com)

3. 2 kpl 470uF elektrolyyttikondensaattori (ebay.com)

4. 2 kpl 0,22uF kondensaattoria

5. 2 kpl 0,15uF keraaminen kondensaattori

6. Kaksi äänenvoimakkuuden säätöpotentiometriä (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 kpl 4 ohmin 2,5 W: n kaiutin

8. MP3 + FM -vastaanotinmoduuli (ebay.com)

9. LED -matriisi ohjaimen IC: llä (Adafruit.com)

10. Vero Board & Jotkut johdot.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC -moduuli (Adafruit.com)

Vaihe 3: Vahvistinpiirin tekeminen

Liitännän piirikaavion mukaan juotetaan kaikki komponentit piirilevyyn. Käytä tarkkaa arvoa kondensaattoreille. Varo elektrolyyttikondensaattoreiden napaisuutta. Yritä pitää kaikki kondensaattorit mahdollisimman lähellä IC: tä melun minimoimiseksi. Suoraan juottaa IC ilman IC -pohja. Muista leikata jäljet vahvistimen IC: n kahden sivun välillä. Kaikkien juotosliitosten tulee olla täydellisiä. Tämä on äänivahvistinpiiri, joten ole ammattimainen juotosliitännän suhteen, erityisesti maadoituksen (GND) suhteen.

Vaihe 4: Piirin testaaminen kaiuttimella

Kun kaikki liitännät ja juotos on suoritettu, liitä kaksi 4 ohmin 2,5 W: n kaiutinta vahvistinpiiriin. Liitä äänilähde virtapiiriin ja käynnistä se. Jos kaikki menee hyvin, kuulet meluttoman äänen.

Käytin TEA2025B -äänivahvistimen IC -äänenvahvistusta. Se on mukava äänivahvistinsiru, joka toimi laajalla jännitealueella (3 V - 9 V). Joten voit testata sitä millä tahansa alueen jännitteellä. Käytän 9V sovitinta ja toimii hyvin. IC voi käyttää kaksois- tai siltayhteystilaa. Jos haluat lisätietoja vahvistinsirusta, tarkista tuoteseloste.

Vaihe 5: Pistematriisin etupaneelin valmistelu

Äänisignaalin visualisointia ja päivämäärän ja kellonajan näyttämistä varten asetin pistematriisinäytön vahvistinlaatikon etupuolelle. Työn suorittamiseksi hienosti käytin pyörivää työkalua leikkaamaan kehys matriisin koon mukaan. Jos näytössäsi ei ole integroitua ohjainsirua, käytä sitä erikseen. Pidän parempana Adafruitin kaksivärimatriisia. Kun olet valinnut täydellisen matriisinäytön, säädä näyttö pohjaan kuumaliimalla.

Yhdistämme sen Arduino -korttiin myöhemmin. Adafruitin kaksivärinen näyttö käyttää i2c-protokollaa kommunikoidakseen mikro-ohjaimen kanssa. Joten liitämme ohjaimen IC: n SCL- ja SDA -nastat Arduino -korttiin.

Vaihe 6: Ohjelmointi Arduinolla

Yhdistä Adafruit Smart kaksivärinen pistematriisinäyttö seuraavasti:

1. Liitä Arduino 5V -nasta LED -matriisiin + nastaan.
2. Liitä Arduino GND -tappi sekä mikrofonivahvistimen GND -nastaan että LED -matriisipistokkeeseen.
3. Voit käyttää leipälevyn virtakiskoa, tai Arduinolla on useita GND -nastoja saatavilla.
4. Liitä Arduino -nastat SDA ja SCL matriisirepun D (data) ja C (kello) nastoihin.
5. Aiemmat Arduino -levyt eivät sisällä SDA- ja SCL -nastoja - käytä sen sijaan analogisia tappeja 4 ja 5.
6. Lataa liitteenä oleva ohjelma ja testaa, toimiiko se vai ei:

Aloita lataamalla Piccolo -arkisto Githubista. Valitse "lataa ZIP" -painike. Kun tämä on valmis, purkaa tuloksena oleva ZIP -tiedosto kiintolevyltäsi. Sisällä on kaksi kansiota: "Piccolo" on siirrettävä tavalliseen Arduino -luonnoskirjakansioon. "Ffft" tulee siirtää Arduino "Libraries" -kansioon (luonnoskirjakansion sisällä - jos sitä ei ole, luo se). Jos et tunne Arduino -kirjastojen asentamista, noudata tätä opetusohjelmaa. Älä koskaan asenna Arduino -sovelluksen vieressä olevaan kirjastokansioon … oikea sijainti on aina kotikansion alihakemisto! Jos et ole jo asentanut Adafruit LED -reppukirjastoa (LED -matriisin käyttöä varten), lataa ja asenna Kun kansiot ja kirjastot on sijoitettu, käynnistä Arduino IDE uudelleen, ja "Piccolo" -luonnoksen pitäisi olla saatavilla Tiedosto-> Luonnoskirja-valikosta.

Kun Piccolo -luonnos on auki, valitse Arduino -korttityyppi ja sarjaportti Työkalut -valikosta. Napsauta sitten Lataa -painiketta. Jos hetken kuluttua kaikki menee hyvin, näet viestin "Lataus valmis". Jos kaikki menee hyvin, näet minkä tahansa äänitulon äänispektrin.

Jos järjestelmäsi toimii hyvin, lähetä täydellinen.ino -luonnos, joka on liitetty binäärikellon lisäämisen vaiheeseen audiovisualisoinnin kanssa. Kaikille äänituloille kaiutin näyttää äänispektrin, muuten se näyttää kellonajan ja päivämäärän.

Vaihe 7: Korjaa kaikki asiat yhdessä

Kiinnitä nyt edellisessä vaiheessa rakentamasi vahvistinpiiri laattaan kuumaliimalla. Noudata tämän vaiheen liitteenä olevia kuvia.

Kun olet liittänyt vahvistinpiirin, liitä nyt MP3 + FM -vastaanotinmoduuli koteloon. Ennen kuin kiinnität sen liimalla, tee testi varmistaaksesi, että se toimii. Jos se toimii hyvin, korjaa se liimalla. MP3 -moduulin äänilähtö tulee liittää vahvistinpiirin tuloon.

Vaihe 8: Sisäiset liitännät ja lopputuote

Jos kaiutin vastaanottaa ja audiosignaali näyttää äänispektrin, muutoin päivämäärä ja kellonaika näkyvät BCD -binäärimuodossa. Jos pidät ohjelmoinnista ja digitaalitekniikasta, pidät varmasti binaarista. Pidän binaarisesta ja binaarikellosta. Aiemmin tein binäärisen rannekellon ja aikamuoto on täsmälleen sama kuin edellinen kelloni. Niinpä ajanmuodon kuvaamiseksi lisäsin edellisen kuvan kellostani tuottamatta toista.

Kiitos.

Circuits Contest -kilpailun neljäs palkinto 2016

Ensimmäinen palkinto vahvistimien ja kaiuttimien kilpailussa 2016