Galda pastiprinātājs ar audio vizualizāciju, bināro pulksteni un FM uztvērēju: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Man patīk pastiprinātāji, un šodien es dalīšos ar savu nesen ražoto mazjaudas galda pastiprinātāju. Manis izstrādātajam pastiprinātājam ir dažas interesantas funkcijas. Tam ir integrēts binārais pulkstenis, un tas var norādīt laiku un datumu, un tas var vizualizēt audio, ko bieži sauc par audio spektra analizatoru. To var izmantot kā FM uztvērēju vai MP3 atskaņotāju. Ja jums patīk mans pulksteņa pastiprinātājs, veiciet tālāk norādītās darbības, lai izveidotu savu kopiju.

1. solis: labi pastiprinātāja dizaina padomi

Labas kvalitātes audio ķēdes projektēšana ir patiešām grūta pat pieredzējušam dizainerim. Tātad, lai uzlabotu dizainu, jums jāievēro daži padomi.

Jauda

Skaļruņu pastiprinātāji parasti tiek darbināti tieši no galvenās sistēmas sprieguma, un tiem nepieciešama salīdzinoši liela strāva. Pretestība izsekošanas rezultātā izraisīs sprieguma kritumus, kas samazina pastiprinātāja barošanas spriegumu un patērē enerģiju sistēmā. Izsekošanas pretestība arī izraisa normālas barošanas strāvas svārstības, kas pārvēršas par sprieguma svārstībām. Lai palielinātu veiktspēju, visiem pastiprinātāja barošanas avotiem izmantojiet īsas plašas pēdas.

Zemējums

Zemēšanai ir vienīgā, visnozīmīgākā loma, nosakot, vai sistēma nodrošina ierīces potenciālu. Vāji iezemētai sistēmai, visticamāk, būs lieli izkropļojumi, troksnis, šķērsruna un jutība pret RF. Lai gan var apšaubīt, cik daudz laika vajadzētu veltīt sistēmas iezemēšanai, rūpīgi izstrādāta zemējuma shēma neļauj kādreiz rasties daudzām problēmām.

Zemei jebkurā sistēmā ir jākalpo diviem mērķiem. Pirmkārt, tas ir atgriešanās ceļš visām strāvām, kas plūst uz ierīci. Otrkārt, tas ir atskaites spriegums gan digitālajām, gan analogajām shēmām. Zemējums būtu vienkāršs uzdevums, ja spriegums visos zemes punktos varētu būt vienāds. Patiesībā tas nav iespējams. Visiem vadiem un pēdām ir ierobežota pretestība. Tas nozīmē, ka ikreiz, kad caur zemi plūst strāva, būs atbilstošs sprieguma kritums. Jebkura stieples cilpa veido arī induktoru. Tas nozīmē, ka ikreiz, kad strāva plūst no akumulatora uz slodzi un atpakaļ uz akumulatoru, strāvas ceļam ir zināma induktivitāte. Induktivitāte palielina zemes pretestību augstās frekvencēs.

Lai gan vislabākās zemes sistēmas izveide konkrētam lietojumam nav vienkāršs uzdevums, dažas vispārīgas vadlīnijas attiecas uz visām sistēmām.

1. Izveidojiet nepārtrauktu zemes plakni digitālajām shēmām: digitālajai strāvai iezemētajā plaknē ir tendence iet to pašu maršrutu, ko izmantoja sākotnējais signāls. Šis ceļš rada mazāko strāvas cilpas laukumu, tādējādi samazinot antenas efektus un induktivitāti. Labākais veids, kā nodrošināt, lai visām digitālajām signāla pēdām būtu atbilstošs zemes ceļš, ir izveidot nepārtrauktu iezemētu plakni slānī, kas atrodas tieši blakus signāla slānim. Šim slānim vajadzētu aptvert to pašu laukumu kā digitālā signāla izsekošanai, un tā nepārtrauktībai vajadzētu pēc iespējas mazāk pārtraukumu. Visi pārtraukumi iezemējuma plaknē, ieskaitot vias, izraisa zemes strāvas plūsmu lielākā cilpā, nekā ir ideāli, tādējādi palielinot starojumu un troksni.
2. Saglabājiet zemes strāvas atsevišķi: Zemes strāvas digitālajām un analogām shēmām ir jāatdala, lai novērstu to, ka digitālās strāvas rada troksni analogās ķēdēs. Labākais veids, kā to izdarīt, ir pareizs komponentu izvietojums. Ja visas analogās un digitālās shēmas tiek novietotas uz atsevišķām PCB daļām, zemes strāvas dabiski tiks izolētas. Lai tas darbotos labi, analogajā sadaļā visos PCB slāņos jābūt tikai analogām shēmām.
3. Analogajām shēmām izmantojiet zvaigžņu iezemēšanas paņēmienu: Audio jaudas pastiprinātāji mēdz uzņemt salīdzinoši lielas strāvas, kas var nelabvēlīgi ietekmēt gan viņu pašu, gan citas zemes atsauces sistēmā. Lai novērstu šo problēmu, nodrošiniet īpašus atgriešanās ceļus pastiprinātāja barošanas blokiem un austiņu ligzdas zemējuma atdevei. Izolācija ļauj šīm strāvām atgriezties akumulatorā, neietekmējot citu iezemētās plaknes daļu spriegumu. Atcerieties, ka šos īpašos atgriešanās ceļus nedrīkst novirzīt zem digitālā signāla pēdām, jo tie var bloķēt digitālās atgriešanās strāvas.
4. Maksimizējiet apvedceļa kondensatoru efektivitāti: Gandrīz visām ierīcēm ir nepieciešami apvedceļa kondensatori, lai nodrošinātu momentāno strāvu. Lai samazinātu induktivitāti starp kondensatoru un ierīces barošanas tapu, novietojiet šos kondensatorus pēc iespējas tuvāk barošanas tapai, kuru tie apiet. Jebkura induktivitāte samazina apvedceļa kondensatora efektivitāti. Līdzīgi kondensatoram ir jānodrošina zemas pretestības savienojums ar zemi, lai samazinātu kondensatora augstfrekvences pretestību. Tieši savienojiet kondensatora zemes pusi ar iezemēto plakni, nevis novirziet to caur izsekojamību.
5. Applūst visa neizmantotā PCB zona ar zemi: ikreiz, kad divi vara gabali skrien viens otram blakus, starp tiem veidojas mazs kapacitatīvs savienojums. Palaižot zemes plūdus pie signāla pēdām, nevēlamu augstfrekvences enerģiju signālu līnijās var novirzīt uz zemes caur kapacitatīvo savienojumu.

Mēģiniet turēt barošanas avotus, transformatorus un trokšņainas digitālās shēmas prom no audio shēmas. Audio shēmai izmantojiet atsevišķu zemējuma savienojumu, un ir labi neizmantot zemējuma plaknes audio shēmām. Audio pastiprinātāja zemes (GND) savienojums ir ļoti svarīgs salīdzinājumā ar citu tranzistoru, IC uc zemi, ja starp abiem ir zemes troksnis, pastiprinātājs to izvadīs.

Apsveriet iespēju barot svarīgus IC un visu jutīgo, izmantojot 100R rezistoru starp tiem un +V. Iekļaujiet pienācīga izmēra (piemēram, 220uF) elektrisko kondensatoru rezistora IC pusē. Ja IC patērēs daudz jaudas, pārliecinieties, ka rezistors to var apstrādāt (izvēlieties pietiekami lielu jaudu un, ja nepieciešams, nodrošiniet PCB vara siltuma nogremdēšanu) un paturiet prātā, ka rezistorā būs sprieguma kritums.

Uz transformatoriem balstītām konstrukcijām vēlaties, lai taisngrieža kondensatori būtu pēc iespējas tuvāk taisngrieža tapām un savienoti, izmantojot savus biezos sliežu ceļus, pateicoties lielajām uzlādes strāvām pašā rektificētā grēka viļņa virsotnē. Tā kā taisngrieža izejas spriegums pārsniedz kondensatora sabrukšanas spriegumu, uzlādes ķēdē rodas impulsa troksnis, kas var tikt pārnests audio ķēdē, ja tiem ir vienāds vara gabals jebkurā no elektropārvades līnijām. Jūs nevarat atbrīvoties no impulsa uzlādes strāvas, tāpēc ir daudz labāk turēt kondensatoru lokālu pie tilta taisngrieža, lai samazinātu šos augstas strāvas enerģijas impulsus. Ja audio pastiprinātājs atrodas taisngrieža tuvumā, tad neatrodiet blakus pastiprinātājam lielu kondensatoru, lai šis kondensators neradītu šo problēmu, bet, ja ir neliels attālums, tad ir labi, lai pastiprinātājs būtu pats kondensators, jo tas kļūst peldošs tiek uzlādēts no barošanas avota, un vara garuma dēļ tam ir salīdzinoši augsta pretestība.

Atrodiet un sprieguma regulatorus, kurus izmanto audio shēma, taisngriežu / PSU ieejas tuvumā un izveidojiet savienojumu arī ar saviem savienojumiem.

Signāli

Ja iespējams, izvairieties no skaņas signālu ievadīšanas un izvadīšanas uz un no IC paralēli PCB, jo tas var izraisīt svārstības, kas no izejas atgriežas ievadē. Atcerieties, ka tikai 5 mV var izraisīt daudz dūkoņas!

Turiet digitālās zemes lidmašīnas tālāk no audio GND un audio shēmām. Hum var ievest audio, vienkārši no ierakstiem, kas atrodas pārāk tuvu digitālajām lidmašīnām.

Saskaroties ar citu aprīkojumu, ja baro kādu citu plati, kurā ir audio shēma (dod vai saņem audio signālu), pārliecinieties, ka GND savieno tikai vienu punktu starp diviem dēļiem, un ideālā gadījumā tam vajadzētu būt audio analogā signāla savienojumā punkts.

Signāla IO savienojumiem ar citām ierīcēm / ārpasauli ir ideāli izmantot 100R rezistoru starp ķēdēm GND un ārpasauli GND visam (ieskaitot ķēdes digitālās daļas), lai apturētu zemes cilpu veidošanos.

Kondensatori

Izmantojiet tos visur, kur vēlaties izolēt sadaļas viena no otras. Izmantojamās vērtības:- 220nF ir tipiska, 100nF ir labi, ja vēlaties samazināt izmēru / izmaksas, vislabāk nav zemāk par 100nF.

Nelietojiet keramikas kondensatorus. Iemesls tam ir tas, ka keramikas kondensatori maiņstrāvas signālam piešķirs pjezoelektrisko efektu, kas rada troksni. Izmantojiet kāda veida poli - vislabākais ir polipropilēns, bet derēs jebkurš. Patiesas audio galvas arī saka, ka nelietojiet elektrolītiskos savienojumus tiešsaistē, taču daudzi dizaineri to dara bez problēmām-tas, visticamāk, attiecas uz augstas tīrības pakāpes lietojumprogrammām, nevis vispārēju standarta audio dizainu.

Nelietojiet tantala kondensatorus nekur audio signāla ceļos (daži dizaineri var nepiekrist, bet tie var radīt briesmīgas problēmas)

Vispārpieņemts polikarbonāta aizstājējs ir PPS (polifenilēna sulfīds).

Augstas kvalitātes polikarbonāta plēvei un polistirola plēves un teflona kondensatoriem un NPO/COG keramikas kondensatoriem ir ļoti zems sprieguma koeficients un līdz ar to ļoti zems izkropļojums, un rezultāti ir ļoti skaidri, izmantojot spektra analizatorus un ausis.

Izvairieties no augstas K keramikas dielektriķiem, tiem ir augsts sprieguma koeficients, kas, manuprāt, varētu izraisīt zināmus izkropļojumus, ja tos izmantotu toņu kontroles stadijā.

Komponentu izvietojums

Jebkura PCB dizaina pirmais solis ir komponentu izvietojuma izvēle. Šo uzdevumu sauc par "grīdas plānošanu". Rūpīga komponentu izvietošana var atvieglot signāla maršrutēšanu un zemes sadalīšanu. Tas samazina trokšņa uztveršanu un nepieciešamo dēļa laukumu.

Jāizvēlas komponentu izvietojums analogajā sadaļā. Sastāvdaļas jānovieto tā, lai samazinātu audio signālu pārvietošanās attālumu. Atrodiet audio pastiprinātāju pēc iespējas tuvāk austiņu ligzdai un skaļrunim. Šī pozicionēšana samazinās EMI starojumu no D klases skaļruņu pastiprinātājiem un samazinās trokšņa jutību pret zemas amplitūdas austiņu signāliem. Novietojiet ierīces, kas nodrošina analogo audio, pēc iespējas tuvāk pastiprinātājam, lai samazinātu trokšņa uztveršanu pastiprinātāja ieejās. Visas ieejas signāla pēdas darbosies kā RF signālu antenas, taču to saīsināšana palīdz samazināt antenas efektivitāti frekvencēm, kas parasti rada bažas.

2. solis: jums ir nepieciešams…

1. TEA2025B audio pastiprinātāja IC (ebay.com)

2. 6 gab. 100uF elektrolītiskais kondensators (ebay.com)

3. 2 gab. 470uF elektrolītiskais kondensators (ebay.com)

4. 2 gab 0,22uF kondensators

5. 2 gab. 0,15uF keramikas kondensators

6. Dual Volume Control potenciometrs (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 gab. 4 omi 2,5 W skaļrunis

8. MP3 + FM uztvērēja modulis (ebay.com)

9. LED matrica ar vadītāja IC (Adafruit.com)

10. Vero Board & Daži vadi.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC modulis (Adafruit.com)

3. darbība: pastiprinātāja shēmas izveide

Saskaņā ar pievienoto shēmas shēmu lodējiet visas sastāvdaļas PCB. Kondensatoriem izmantojiet precīzu vērtību. Uzmanieties no elektrolītisko kondensatoru polaritātes. Centieties visu kondensatoru turēt pēc iespējas tuvāk IC, lai samazinātu troksni. Tieši lodēt IC, neizmantojot IC bāzi. Noteikti nogrieziet pēdas starp pastiprinātāja IC abām pusēm. Visiem lodēšanas savienojumiem jābūt perfektiem. Šī ir audio pastiprinātāja shēma, tāpēc esiet profesionāls attiecībā uz lodēšanas savienojumu, jo īpaši attiecībā uz zemi (GND).

4. darbība: ķēdes pārbaude ar skaļruni

Pēc visu savienojumu pabeigšanas un lodēšanas pievienojiet pastiprinātāja ķēdei divus 4 omu 2,5 W skaļruņus. Pievienojiet ķēdē audio avotu un ieslēdziet to. Ja viss noritēs labi, jūs dzirdēsit skaņu bez trokšņa.

Audio pastiprināšanai izmantoju audio pastiprinātāja TEA2025B IC. Tā ir jauka audio pastiprinātāja mikroshēma, kas darbojās plašā sprieguma diapazonā (no 3 V līdz 9 V). Tātad, jūs varat to pārbaudīt ar jebkuru spriegumu diapazonā. Es izmantoju 9V adapteri un darbojas labi. IC var darboties divkāršā vai tilta savienojuma režīmā. Lai iegūtu sīkāku informāciju par pastiprinātāja mikroshēmu, lūdzu, pārbaudiet datu lapu.

5. solis: Dot Matrix priekšējā paneļa sagatavošana

Lai vizualizētu audio signālu un parādītu datumu un laiku, es uzstādīju punktu matricas displeju pastiprinātāja kārbas priekšpusē. Lai labi paveiktu darbu, es izmantoju rotējošu instrumentu, lai sagrieztu rāmi atbilstoši matricas izmēram. Ja displejā nav integrētas draivera mikroshēmas, izmantojiet to atsevišķi. Es dodu priekšroku divkrāsu matricai no Adafruit. Pēc perfekta matricas displeja izvēles pielāgojiet displeju pie pamatnes ar karstu līmi.

Mēs to vēlāk savienosim ar Arduino plati. Adafruit divkrāsu displejs saziņai ar mikrokontrolleri izmanto i2c protokolu. Tātad, mēs savienosim vadītāja IC SCL un SDA tapu ar Arduino plati.

6. darbība: programmēšana ar Arduino

Savienojiet Adafruit Smart divkrāsu punktu matricas displeju kā:

1. Pievienojiet Arduino 5V tapu LED matricai + tapai.
2. Pievienojiet Arduino GND tapu gan mikrofona pastiprinātāja GND tapai, gan LED matricas tapai.
3. Varat izmantot maizes dēļa barošanas sliedi, vai arī Arduino ir pieejamas vairākas GND tapas. Pievienojiet Arduino analogo tapu 0 audio signāla tapai.
4. Savienojiet Arduino tapas SDA un SCL ar matricas mugursomas D (dati) un C (pulksteņa) tapām.
5. Iepriekšējās Arduino plāksnēs nav SDA un SCL tapas - tā vietā izmantojiet analogās tapas 4 un 5.
6. Augšupielādējiet pievienoto programmu un pārbaudiet, vai tā darbojas vai nē:

Sāciet, lejupielādējot Piccolo krātuvi no Github. Atlasiet pogu “lejupielādēt ZIP”. Kad tas ir pabeigts, saspiediet iegūto ZIP failu cietajā diskā. Iekšpusē būs divas mapes: “Piccolo” jāpārvieto uz parasto Arduino skiču grāmatas mapi. “Ffft” jāpārvieto jūsu mapē Arduino “Bibliotēkas” (skiču grāmatas mapē - ja tā nav, izveidojiet to). Ja neesat pazīstams ar Arduino bibliotēku instalēšanu, lūdzu, izpildiet šo pamācību. Un nekad neinstalējiet bibliotēkas mapē, kas atrodas blakus pašai lietojumprogrammai Arduino … pareizā atrašanās vieta vienmēr ir jūsu mājas mapes apakšdirektorijs! Ja vēl neesat instalējis Adafruit LED mugursomu bibliotēku (LED matricas izmantošanai), lūdzu, lejupielādējiet un instalējiet Kad arī mapes un bibliotēkas ir atrastas, restartējiet Arduino IDE, un skicei “Piccolo” jābūt pieejamai izvēlnē File-> Sketchbook.

Kad Piccolo skice ir atvērta, izvēlnē Rīki izvēlieties savu Arduino plates veidu un seriālo portu. Pēc tam noklikšķiniet uz pogas Augšupielādēt. Pēc brīža, ja viss izdosies, jūs redzēsit ziņojumu “Augšupielāde pabeigta”. Ja viss iet labi, jūs redzēsit jebkuras audio ieejas audio spektru.

Ja jūsu sistēma darbojas labi, augšupielādējiet pilnu.ino skici, kas pievienota ar binārā pulksteņa pievienošanas soli ar audio vizualizāciju. Jebkurai audio ieejai skaļrunis parādīs audio spektru, pretējā gadījumā tas parādīs laiku un datumu.

7. solis: visu lietu sakārtošana kopā

Tagad pievienojiet iepriekšējā posmā uzbūvēto pastiprinātāja ķēdi kastē ar karstu līmi. Izpildiet attēlus, kas pievienoti, veicot šo darbību.

Pēc pastiprinātāja ķēdes pievienošanas tagad pievienojiet MP3 + FM uztvērēja moduli kastē. Pirms salabot to ar līmi, veiciet pārbaudi, lai pārliecinātos, ka tā darbojas. Ja tas darbojas labi, salabojiet to ar līmi. MP3 moduļa audio izejai jābūt savienotai ar pastiprinātāja ķēdes ieeju.

8. darbība. Iekšējie savienojumi un galaprodukts

Ja skaļrunis saņem un audio signāls, tas parāda audio spektru, pretējā gadījumā datums un laiks tiek parādīts BCD binārā formātā. Ja jums patīk programmēšana un digitālās tehnoloģijas, tad esmu pārliecināts, ka jums patīk binārā. Man patīk binārais un binārais pulkstenis. Iepriekš es izveidoju bināro rokas pulksteni, un laika formāts ir tieši tāds pats kā mans iepriekšējais pulkstenis. Tātad, ilustrācijai par laika formātu, es pievienoju sava pulksteņa iepriekšējo attēlu, neradot citu.

Paldies.

Ceturtā balva apļu konkursā 2016

Pirmā balva pastiprinātāju un skaļruņu konkursā 2016