Skrivebordforsterker med lydvisualisering, binær klokke og FM -mottaker: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Jeg liker forsterkere, og i dag vil jeg dele min skrivebordforsterker med lav effekt jeg har laget nylig. Forsterkeren jeg designet har noen interessante funksjoner. Den har en integrert binær klokke og kan gi tid og dato, og den kan visualisere lyd som ofte kalles lydspekteranalysator. Du kan bruke den som FM -mottaker eller MP3 -spiller. Hvis du liker klokkeforsterkeren min, følg trinnene nedenfor for å lage din egen kopi.

Trinn 1: Gode forsterkerdesigntips

Å designe en lydfri krets av god kvalitet er veldig vanskelig, selv for en erfaren designer. Så du bør følge noen tips for å gjøre designet ditt bedre.

Makt

Høyttalerforsterkere drives vanligvis direkte fra hovedsystemspenningen og krever relativt høy strøm. Motstand i sporet vil resultere i spenningsfall som reduserer forsyningsspenningen til forsterkeren og sløser med strøm i systemet. Spormotstanden får også de normale svingningene i forsyningsstrømmen til å konvertere til svingninger i spenning. For å maksimere ytelsen, bruk korte brede spor for alle forsterkerens strømforsyninger.

Jording

Jording spiller den eneste, viktigste rollen for å avgjøre om enhetens potensial oppnås av systemet. Et dårlig jordet system vil sannsynligvis ha høy forvrengning, støy, krysstale og RF -følsomhet. Selv om man kan stille spørsmålstegn ved hvor mye tid som skal brukes til systemjording, forhindrer et nøye utformet jordingsopplegg et stort antall problemer.

Bakken i ethvert system må tjene to formål. For det første er det returbanen for alle strømmer som strømmer til en enhet. For det andre er det referansespenningen for både digitale og analoge kretser. Jording ville være en enkel øvelse hvis spenningen på alle punkter på bakken kunne være den samme. I virkeligheten er dette ikke mulig. Alle ledninger og spor har en begrenset motstand. Dette betyr at når det er strøm som strømmer gjennom bakken, vil det være et tilsvarende spenningsfall. Enhver trådsløyfe danner også en induktor. Dette betyr at når strømmen strømmer fra batteriet til en last, og tilbake til batteriet, har strømbanen en viss induktans. Induktansen øker bakkeimpedansen ved høye frekvenser.

Selv om det er ingen enkel oppgave å designe det beste bakkesystemet for en bestemt applikasjon, gjelder noen generelle retningslinjer for alle systemer.

1. Etablere et kontinuerlig bakkeplan for digitale kretser: Digital strøm i bakken har en tendens til å følge den samme ruten som det originale signalet tok. Denne banen skaper det minste sløyfeområdet for strømmen, og minimerer dermed antenneeffekter og induktans. Den beste måten å sikre at alle digitale signalspor har en tilsvarende bakkebane, er å etablere et kontinuerlig jordplan på laget like ved signallaget. Dette laget skal dekke det samme området som det digitale signalsporet og ha så få avbrudd i kontinuiteten som mulig. Alle avbrudd i jordplanet, inkludert vias, får jordstrømmen til å strømme i en større sløyfe enn det som er ideelt, og øker derved stråling og støy.
2. Hold jordstrømmer adskilt: Jordstrømmene for digitale og analoge kretser må skilles for å forhindre at digitale strømmer tilfører støy til de analoge kretsene. Den beste måten å oppnå dette på er gjennom riktig komponentplassering. Hvis alle de analoge og digitale kretsene er plassert på separate deler av kretskortet, vil jordstrømmene naturlig isoleres. For at dette skal fungere godt, må den analoge delen bare inneholde analoge kretser på alle lagene av kretskortet.
3. Bruk Star Grounding Technique for analoge kretser: Lydkraftforsterkere har en tendens til å trekke relativt store strømmer som kan påvirke både deres egne og andre bakkereferanser i systemet. For å forhindre dette problemet, må du tilby dedikerte returveier for strømforbindelser med broforsterker og bakre retur for hodetelefonkontakt. Isolasjon gjør at disse strømningene kan strømme tilbake til batteriet uten å påvirke spenningen til andre deler av grunnplanet. Husk at disse dedikerte returveiene ikke bør dirigeres under digitale signalspor fordi de kan blokkere de digitale returstrømmene.
4. Maksimer effektiviteten til bypass -kondensatorer: Nesten alle enheter krever bypass -kondensatorer for å gi øyeblikkelig strøm. For å minimere induktansen mellom kondensatoren og enhetens forsyningspinne, plasser disse kondensatorene så nært som mulig til forsyningspinnen som de omgår. Enhver induktans reduserer effektiviteten til bypass -kondensatoren. Tilsvarende må kondensatoren ha en lavimpedansforbindelse til jord for å minimere kondensatorens høyfrekvente impedans. Koble kondensatorens bakside direkte til jordplanet, i stedet for å føre den gjennom et spor.
5. Oversvøm alt ubrukt PCB -område med jord: Når to kobberstykker løper nær hverandre, dannes en liten kapasitiv kobling mellom dem. Ved å kjøre grunnflom nær signalspor, kan uønsket høyfrekvent energi i signallinjene shuntes til bakken gjennom den kapasitive koblingen.

Prøv å holde strømforsyninger, transformatorer og støyende digitale kretser borte fra lydkretsen din. Bruk en separat jordforbindelse for lydkrets, og det er bra å ikke bruke jordplan for lydkretser. Jordforbindelsen (GND) til lydforsterkeren er veldig viktig sammenlignet med bakken til andre transistorer, IC osv., Hvis det er jordstøy mellom de to, vil forsterkeren sende den ut.

Vurder å drive viktige IC -er og alt som er følsomt ved å bruke en 100R -motstand mellom dem og +V. Inkluder en anstendig kondensator (f.eks. 220uF) på IC -siden av motstanden. Hvis IC vil trekke mye strøm, må du sørge for at motstanden kan håndtere den (velg høy nok watt og gi PCB -kobber varmesink om nødvendig) og husk at det vil være spenningsfall over motstanden.

For transformatorbaserte design vil du at likeretterkondensatorene skal være så nær likeretterpinnene som mulig, og tilkoblet via sine egne tykke spor på grunn av de store ladestrømmene ved selve tittet på den utbedrede syndbølgen. Ettersom utgangsspenningen til likeretteren overskrider kondensatorens forfallne spenning, dannes impulsstøy i ladekretsen som kan overføres til lydkretsen hvis de deler det samme kobberstykket i en av kraftledningene. Du kan ikke bli kvitt pulsladestrømmen, så det er mye bedre å holde kondensatoren lokal til broens likeretter for å minimere disse høye strømpulsene. Hvis en lydforsterker er i nærheten av likeretteren, må du ikke finne en stor kondensator ved siden av forsterkeren for å unngå at denne kondensatoren forårsaker dette problemet, men hvis det er litt avstand, er det fint å gi forsterkeren sin egen kondensator når den flyter ladet fra strømforsyningen og ender opp med å ha en relativt høy impedans på grunn av kobberlengden.

Finn og spenningsregulatorer som brukes av lydkretsene i nærheten av likerettere / PSU -innganger, og koble dem også til sine egne tilkoblinger.

Signaler

Hvis det er mulig, unngå inn og ut lydsignaler til og fra IC -er som kjører parallelt på kretskortet, da dette kan forårsake svingninger som mates fra utgang tilbake til inngang. Husk at bare 5mV kan gi mye brum!

Hold digitale bakkenivåer borte fra lyd -GND og lydkretser generelt. Hum kan bli introdusert i lyd ganske enkelt fra spor som er for nær digitale fly.

Når du kobler til annet utstyr, hvis du driver et annet kort som inkluderer lydkretser (skal gi eller motta et lydsignal), må du sørge for at det bare er ett punkt der GND kobles til mellom de to kortene, og dette bør ideelt sett være ved den analoge lydsignalforbindelsen punkt.

For signal IO -tilkoblinger til andre enheter / omverdenen er det et godt ideal å bruke en 100R -motstand mellom kretsene GND og omverdenen GND for alt (inkludert digitale deler av kretsen) for å stoppe jordsløyfer.

Kondensatorer

Bruk dem uansett hvor du vil isolere seksjoner fra hverandre. Verdier å bruke:- 220nF er typisk, 100nF er greit hvis du vil redusere størrelsen / kostnaden, best å ikke gå under 100nF.

Ikke bruk keramiske kondensatorer. Årsaken er at keramiske kondensatorer vil gi en piezoelektrisk effekt til et AC -signal som forårsaker støy. Bruk en poly av noen type - Polypropylen er best, men noen vil gjøre. Ekte lydhoder sier også at du ikke må bruke elektrolytikk in-line, men mange designere gjør det uten problemer-dette er sannsynligvis for applikasjoner med høy renhet, ikke generell standard lyddesign.

Ikke bruk tantalkondensatorer noe sted innenfor lydsignalbaner (noen designere kan være uenige, men de kan forårsake fryktelige problemer)

En allment akseptert erstatning for polykarbonat er PPS (polyfenylensulfid).

Polykarbonatfilm og polystyrenfilm og teflonkondensatorer av høy kvalitet og NPO/COG -keramiske kondensatorer har meget lave spenningskoeffisienter for kapasitans og dermed svært lav forvrengning, og resultatene er veldig klare både ved bruk av spektrumanalysatorer og ører.

Unngå de høye K keramiske dielektriske, de har en høyspenningskoeffisient som jeg antar kan føre til en viss forvrengning hvis de ble brukt i et tonekontrollstadium.

Komponentplassering

Det første trinnet i en hvilken som helst PCB -design er å velge hvor komponentene skal plasseres. Denne oppgaven kalles "gulvplanlegging". Forsiktig komponentplassering kan lette signalruting og bakkepartisjonering. Det minimerer støyopptak og nødvendig brettområde.

Komponentplasseringen i den analoge delen må velges. Komponenter bør plasseres for å minimere avstanden som lydsignaler reiser. Finn lydforsterkeren så nær hodetelefonkontakten og høyttaleren som mulig. Denne posisjoneringen vil minimere EMI-stråling fra høyttalerforsterkere i klasse D, og minimere støyfølsomheten til hodetelefonsignaler med lav amplitude. Plasser enhetene som leverer analog lyd så nær forsterkeren som mulig for å minimere støyopptak på forsterkerinngangene. Alle inngangssignalspor vil fungere som antenner til RF -signaler, men å forkorte sporene bidrar til å redusere antenneffektiviteten for frekvenser som vanligvis er bekymringsfulle.

Trinn 2: Du trenger …

1. TEA2025B lydforsterker IC (ebay.com)

2. 6 stk 100uF elektrolytisk kondensator (ebay.com)

3. 2 stk. 470uF elektrolytisk kondensator (ebay.com)

4. 2 stk 0.22uF kondensator

5. 2 stk 0.15uF keramisk kondensator

6. Potensiometer for dobbelt volumkontroll (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 stk 4 ohm 2,5 W høyttaler

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

9. LED Matrix With Driver IC (Adafruit.com)

10. Vero Board & Noen ledninger.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC -modul (Adafruit.com)

Trinn 3: Lag forsterkerkretsen

I henhold til det vedlagte kretsdiagrammet loddes alle komponentene inn i kretskortet. Bruk nøyaktig verdi for kondensatorene. Vær forsiktig med polariteten til de elektrolytiske kondensatorene. Prøv å holde all kondensatoren så nær IC som mulig for å minimere støyen. Direkte lodde IC uten å bruke IC base. Sørg for å kutte sporene mellom de to sidene av forsterkerens IC. All loddetinn skal være perfekt. Dette er en lydforsterkerkrets, så vær profesjonell om loddetilkoblingen, spesielt om bakken (GND).

Trinn 4: Test kretsen med høyttaler

Etter at du har fullført all tilkobling og lodding, kobler du to 4 ohm 2,5 W høyttaler til forsterkerkretsen. Koble en lydkilde til kretsen og slå den på. Hvis alt går bra vil du her den støyfrie lyden.

Jeg brukte TEA2025B lydforsterker IC for lydforsterkning. Det er en fin lydforsterkerbrikke som opererer i et bredt spenningsområde (3 V til 9 V). Så du kan teste den med hvilken som helst spenning innenfor området. Jeg bruker 9V adapter og fungerer fint. IC kan betjene dobbelt- eller brotilkoblingsmodus. For mer informasjon om forsterkerbrikken, vennligst sjekk databladet.

Trinn 5: Forbered Dot Matrix Front Panel

For visualisering av lydsignal og visning av dato og klokkeslett satte jeg en prikkmatrisedisplay på forsiden av forsterkerboksen. For å gjøre jobben pent brukte jeg roterende verktøy for å kutte rammen i henhold til størrelsen på matrisen. Hvis skjermen ikke har noen integrert driverbrikke, bruk en separat. Jeg foretrekker tofarget matrise fra Adafruit. Etter å ha valgt perfekt matriseskjerm, juster skjermen til basen med varmt lim.

Vi kobler det til Arduino -kortet senere. To-fargedisplayet fra Adafruit bruker i2c-protokollen for å kommunisere med mikrokontroller. Så, vi vil koble SCL og SDA -pinne til driver -IC til Arduino -kortet.

Trinn 6: Programmering med Arduino

Koble Adafruit Smart Bi-color dot matrix display som:

1. Koble Arduino 5V -pinnen til LED -matrisen + pinnen.
2. Koble Arduino GND -pinnen til både mikrofonforsterkerens GND -pinne og LED -matrisepinnen.
3. Du kan bruke en brødbrettskinne, eller Arduino har flere GND -pinner tilgjengelig. Koble Arduino analog pin 0 til lydsignalpinnen.
4. Koble Arduino -pinnene SDA og SCL til henholdsvis matrissekken D (data) og C (klokke).
5. Tidligere Arduino -kort inkluderer ikke SDA- og SCL -pinner - bruk i stedet analoge pinner 4 og 5.
6. Last opp det vedlagte programmet og test om det enten fungerer eller ikke:

Begynn med å laste ned Piccolo -depotet fra Github. Velg "last ned ZIP" -knappen. Når dette er ferdig, komprimerer du den resulterende ZIP -filen på harddisken. Det vil være to mapper inne: "Piccolo" skal flyttes til din vanlige Arduino skissebokmappe. "Ffft" bør flyttes til Arduino "Libraries" -mappen (inne i skissebokmappen - hvis den ikke er der, opprett en). Hvis du ikke er kjent med å installere Arduino -biblioteker, kan du følge denne opplæringen. Og aldri installere i biblioteksmappen ved siden av selve Arduino -applikasjonen … riktig plassering er alltid en undermappe i hjemmemappen din! Hvis du ikke allerede har installert Adafruit LED -ryggsekkbiblioteket (for bruk av LED -matrisen), kan du laste ned og installere Når mappene og bibliotekene er plassert, starter du Arduino IDE på nytt, og "Piccolo" -skissen skal være tilgjengelig fra File-> Sketchbook-menyen.

Med Piccolo -skissen åpen, velger du Arduino -korttype og seriell port fra Verktøy -menyen. Klikk deretter på Last opp -knappen. Etter et øyeblikk, hvis alt går bra, ser du meldingen "Ferdig med opplasting". Hvis alt går bra, vil du se lydspekteret for alle lydinnganger.

Hvis systemet ditt fungerer bra, last opp den komplette.ino -skissen vedlagt trinnet for å legge til binær klokke med lydvisualiseringen. For enhver lydinngang vil høyttaleren vise lydspekter, ellers vil den vise tid og dato.

Trinn 7: Å fikse alle tingene sammen

Fest nå forsterkerkretsen du bygde i forrige trinn til esken med varmt lim. Følg bildene som er vedlagt med dette trinnet.

Etter tilkobling av forsterkerkretsen, kobler du nå MP3 + FM -mottakermodulen til esken. Gjør en test før du fikser det med lim for å sikre at det fungerer. Hvis det fungerer fint, fikser du det med lim. MP3 -modulens lydutgang bør kobles til inngangen til forsterkerkretsen.

Trinn 8: Interne tilkoblinger og sluttprodukt

Hvis høyttaleren mottar og lydsignal, viser den lydspekteret ellers viser dato og klokkeslett i binært BCD -format. Hvis du liker programmering og digital teknologi, så er jeg sikker på at du liker binært. Jeg liker binær og binær klokke. Tidligere laget jeg et binært armbåndsur, og tidsformatet er nøyaktig det samme som min forrige klokke. Så, for illustrasjon om tidsformat, la jeg til forrige bilde av klokken min uten å produsere et annet.

Takk skal du ha.

Fjerde pris i kretskonkurransen 2016

Førstepremie i Amps and Speakers Contest 2016