Skrivebordsforstærker med lydvisualisering, binært ur og FM -modtager: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Jeg kan godt lide forstærkere, og i dag vil jeg dele min skrivebordsforstærker med lav effekt, jeg lavede for nylig. Forstærkeren jeg designede har nogle interessante funktioner. Det har et integreret binært ur og kan give tid og dato, og det kan visualisere lyd, der ofte kaldes lydspektrumanalysator. Du kan bruge den som FM -modtager eller MP3 -afspiller. Hvis du kan lide min urforstærker, skal du følge nedenstående trin for at lave din egen kopi.

Trin 1: Gode forstærkerdesigntip

At designe et støjfrit lydkredsløb af god kvalitet er virkelig svært selv for en erfaren designer. Så du bør følge nogle tips til at gøre dit design bedre.

Strøm

Højttalerforstærkere drives typisk direkte fra hovedsystemspændingen og kræver relativt høj strøm. Modstand i sporet vil resultere i spændingsfald, der reducerer forsyningsspændingen til forstærkeren og spilder strøm i systemet. Spormodstanden får også de normale udsving i forsyningsstrøm til at konvertere til udsving i spænding. For at maksimere ydelsen skal du bruge korte brede spor til alle forstærkerens strømforsyninger.

Jordforbindelse

Jording spiller den eneste, mest betydningsfulde rolle for at afgøre, om enhedens potentiale opnås af systemet. Et dårligt jordet system vil sandsynligvis have høj forvrængning, støj, krydstale og RF -modtagelighed. Selvom man kan stille spørgsmålstegn ved, hvor meget tid der skal bruges på systemjording, forhindrer en omhyggeligt designet jordforbindelse en lang række problemer nogensinde.

Jorden i ethvert system skal tjene to formål. For det første er det returvejen for alle strømme, der strømmer til en enhed. For det andet er det referencespændingen for både digitale og analoge kredsløb. Jordforbindelse ville være en simpel øvelse, hvis spændingen på alle punkter i jorden kunne være den samme. I virkeligheden er dette ikke muligt. Alle ledninger og spor har en begrænset modstand. Det betyder, at når der strømmer gennem jorden, vil der være et tilsvarende spændingsfald. Enhver trådsløjfe danner også en induktor. Det betyder, at når strømmen strømmer fra batteriet til en belastning og tilbage til batteriet, har den aktuelle vej en vis induktans. Induktansen øger jordimpedansen ved høje frekvenser.

Selvom det ikke er nogen enkel opgave at designe det bedste jordsystem til en bestemt applikation, gælder nogle generelle retningslinjer for alle systemer.

1. Etabler et kontinuerligt jordplan for digitale kredsløb: Digital strøm i jordplanet har en tendens til at følge den samme rute, som det originale signal tog. Denne sti skaber det mindste loopområde for strømmen og minimerer dermed antenneeffekter og induktans. Den bedste måde at sikre, at alle digitale signalspor har en tilsvarende jordsti, er at etablere et kontinuerligt jordplan på laget umiddelbart ved siden af signallaget. Dette lag skal dække det samme område som det digitale signalspor og have så få afbrydelser i dets kontinuitet som muligt. Alle afbrydelser i jordplanet, herunder vias, får jordstrømmen til at strømme i en større sløjfe, end det er ideelt, hvilket øger stråling og støj.
2. Hold jordstrømme adskilt: Jordstrømmene til digitale og analoge kredsløb skal adskilles for at forhindre, at digitale strømme tilføjer støj til de analoge kredsløb. Den bedste måde at opnå dette på er ved korrekt komponentplacering. Hvis alle de analoge og digitale kredsløb er placeret på separate dele af printkortet, vil jordstrømmene naturligt blive isoleret. For at dette kan fungere godt, må den analoge sektion kun indeholde analoge kredsløb på alle lag af printkortet.
3. Brug Star Grounding Technique til analoge kredsløb: Lydforstærkere har en tendens til at trække relativt store strømme, der kan påvirke både deres egne og andre jordreferencer i systemet negativt. For at forhindre dette problem skal du tilvejebringe dedikerede returveje til strømforbindelser til broforstærker og jordforbindelser til hovedtelefonstik. Isolation tillader disse strømme at strømme tilbage til batteriet uden at påvirke spændingen i andre dele af jordplanet. Husk, at disse dedikerede returveje ikke bør dirigeres under digitale signalspor, fordi de kunne blokere de digitale returstrømme.
4. Maksimer effektiviteten af bypass -kondensatorer: Næsten alle enheder kræver bypass -kondensatorer for at levere øjeblikkelig strøm. For at minimere induktansen mellem kondensatoren og enhedens forsyningsstift skal du placere disse kondensatorer så tæt som muligt på forsyningstappen, som de omgår. Enhver induktans reducerer effektiviteten af bypass -kondensatoren. Tilsvarende skal kondensatoren have en lavimpedansforbindelse til jorden for at minimere kondensatorens højfrekvente impedans. Tilslut kondensatorens jordside direkte til jordplanet i stedet for at føre den gennem et spor.
5. Oversvøm alt ubrugt PCB -område med jord: Når to kobberstykker løber nær hinanden, dannes en lille kapacitiv kobling mellem dem. Ved at køre jordoversvømmelse nær signalspor kan uønsket højfrekvent energi i signallinjerne shuntes til jorden gennem den kapacitive kobling.

Prøv at holde strømforsyninger, transformere og støjende digitale kredsløb væk fra dit lydkredsløb. Brug en separat jordforbindelse til lydkredsløb, og det er godt ikke at bruge jordplaner til lydkredsløb. Jordforbindelsen (GND) til lydforstærkeren er meget vigtig sammenlignet med jord for andre transistorer, IC osv., Hvis der er jordstøj mellem de to, så vil forstærkeren udsende den.

Overvej at drive vigtige IC'er og alt følsomt ved hjælp af en 100R -modstand mellem dem og +V. Inkluder en anstændig kondensator (f.eks. 220uF) på IC -siden af modstanden. Hvis IC vil trække meget strøm, skal du sikre dig, at modstanden kan klare det (vælg en høj nok watt og sørg for PCB -kobbervarmesænkning, hvis det er nødvendigt) og husk på, at der vil være spændingsfald over modstanden.

For transformatorbaserede designs vil du have ensretterens kondensatorer til at være så tæt på ensretterstifterne som muligt og forbundet via deres egne tykke spor på grund af de store ladestrømme ved selve kigget på den udbedrede syndbølge. Da ensretterens udgangsspænding overstiger kondensatorens forfaldne spænding, frembringes der impulsstøj i opladningskredsløbet, som kan overføres til lydkredsløbet, hvis de deler det samme stykke kobber i en af elledningerne. Du kan ikke slippe af med pulsladestrømmen, så det er meget bedre at holde kondensatoren lokal for broens ensretter for at minimere disse høje strømimpulser. Hvis en lydforstærker er i nærheden af ensretteren, skal du ikke lokalisere en stor kondensator ved siden af forstærkeren for at undgå, at denne kondensator forårsager dette problem, men hvis der er lidt afstand, er det fint at give forstærkeren sin egen kondensator, da den bliver flydende oplades fra strømforsyningen og ender med at have en relativt høj impedans på grund af kobberens længde.

Find og spændingsregulatorer, der bruges af lydkredsløbene tæt på ensrettere / PSU -indgang, og forbind også med deres egne forbindelser.

Signaler

Undgå om muligt ind og ud lydsignaler til og fra IC'er, der kører parallelt på printkortet, da dette kan forårsage svingninger, der strømmer fra output tilbage til input. Husk, at kun 5mV kan forårsage masser af brummen!

Hold digitale jordplaner væk fra lyd -GND og lydkredsløb generelt. Hum kan indføres i lyd simpelthen fra spor, der er for tæt på digitale fly.

Ved tilslutning til andet udstyr, hvis der drives et andet kort, der indeholder lydkredsløb (vil give eller modtage et lydsignal), skal du sikre, at der kun er 1 punkt, hvor GND forbinder mellem de 2 kort, og dette bør ideelt set være ved den analoge lydsignalforbindelse punkt.

For signal IO -forbindelser til andre enheder / omverdenen er det et godt ideal at bruge en 100R -modstand mellem kredsløbene GND og omverdenens GND til alt (inklusive digitale dele af kredsløbet) for at stoppe jordsløjfer.

Kondensatorer

Brug dem, hvor du vil isolere sektioner fra hinanden. Værdier at bruge:- 220nF er typisk, 100nF er fint, hvis du vil reducere størrelse / omkostninger, bedst ikke at gå under 100nF.

Brug ikke keramiske kondensatorer. Årsagen er, at keramiske kondensatorer vil give en piezoelektrisk effekt til et AC -signal, der forårsager støj. Brug en poly af en eller anden type - Polypropylen er bedst, men enhver vil gøre. Ægte lydhoveder siger også, at du ikke skal bruge elektrolytik in-line, men mange designere gør uden problemer-dette er sandsynligvis for applikationer med høj renhed, ikke generelt standardlyddesign.

Brug ikke tantalkondensatorer nogen steder inden for lydsignalstier (nogle designere kan være uenige, men de kan forårsage frygtelige problemer)

En generelt accepteret erstatning for polycarbonat er PPS (Polyphenylensulfid).

Højkvalitets polycarbonatfilm og polystyrenfilm og teflon kondensatorer og NPO/COG keramiske kondensatorer har meget lave spændingskoefficienter for kapacitans og dermed meget lav forvrængning, og resultaterne er meget klare ved hjælp af spektrumanalysatorer såvel som ører.

Undgå de høj-K keramiske dielektriske, de har en højspændingskoefficient, som jeg gætter på kan føre til en vis forvrængning, hvis de blev brugt i et tonestyringstrin.

Komponentplacering

Det første trin i ethvert PCB -design er at vælge, hvor komponenterne skal placeres. Denne opgave kaldes "gulvplanlægning". Omhyggelig komponentplacering kan lette signal routing og jordpartitionering. Det minimerer støjoptagelse og det nødvendige bordområde.

Komponentplaceringen i den analoge sektion skal vælges. Komponenter skal placeres for at minimere den afstand, lydsignaler kører. Find lydforstærkeren så tæt på hovedtelefonstikket og højttaleren som muligt. Denne positionering vil minimere EMI-stråling fra højttalerforstærkere i klasse D og minimere støjfølsomheden ved hovedtelefonsignaler med lav amplitude. Placer enhederne, der leverer den analoge lyd, så tæt på forstærkeren som muligt for at minimere støjoptagelse på forstærkerens indgange. Alle indgangssignalspor vil fungere som antenner til RF -signaler, men afkortning af sporene hjælper med at reducere antennens effektivitet for frekvenser, der typisk er bekymrende.

Trin 2: Du har brug for …

1. TEA2025B lydforstærker IC (ebay.com)

2. 6 stk. 100uF elektrolytkondensator (ebay.com)

3. 2 stk. 470uF elektrolytkondensator (ebay.com)

4. 2 stk 0.22uF kondensator

5. 2 stk 0.15uF Keramisk kondensator

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

7. 2 stk. 4 ohm 2,5 W højttaler

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

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

10. Vero Board & Nogle ledninger.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC -modul (Adafruit.com)

Trin 3: Lav forstærkerkredsløbet

Ifølge det vedlagte kredsløbsdiagram loddes alle komponenterne ind i printkortet. Brug nøjagtig værdi for kondensatorerne. Vær forsigtig med polariteten af de elektrolytiske kondensatorer. Prøv at holde al kondensatoren så tæt som muligt på IC'en for at minimere støjen. Direkte lodning IC uden brug af IC base. Sørg for at skære sporene mellem de to sider af forstærkerens IC. Alle loddemateriale skal være perfekte. Dette er et lydforstærkerkredsløb, så vær professionel med loddeforbindelsen, især om jord (GND).

Trin 4: Test af kredsløbet med højttaler

Efter at alle forbindelser og lodninger er afsluttet, skal du slutte to 4 ohm 2,5 W højttaler til forstærkerkredsløbet. Tilslut en lydkilde til kredsløbet, og tænd for den. Hvis alt går godt, vil du her den støjfrie lyd.

Jeg brugte TEA2025B lydforstærker IC til lydforstærkning. Det er en dejlig lydforstærkerchip, der opererede i et bredt spændingsområde (3 V til 9 V). Så du kan teste det med enhver spænding inden for området. Jeg bruger en 9V adapter og fungerer fint. IC'en kan betjene dobbelt- eller broforbindelsestilstand. For flere detaljer om forstærkerchippen, se databladet.

Trin 5: Forberedelse af Dot Matrix Front Panel

Til visualisering af lydsignal og visning af dato og klokkeslæt satte jeg et dot matrix display på forsiden af forstærkerboksen. For at udføre jobbet pænt brugte jeg roterende værktøj til at skære rammen i henhold til matrixens størrelse. Hvis din skærm ikke har en integreret driverchip, skal du bruge en separat. Jeg foretrækker tofarvet matrix fra Adafruit. Efter valg af perfekt matrix display justeres displayet til basen med varm lim.

Vi forbinder det senere med Arduino -kortet. Bifarvedisplayet fra Adafruit bruger i2c-protokol til at kommunikere med mikrokontroller. Så vi forbinder SCL- og SDA -pin på driver -IC'en til Arduino -kortet.

Trin 6: Programmering med Arduino

Tilslut Adafruit Smart Bi-color dot matrix display som:

1. Tilslut Arduino 5V pin til LED matrix + pin.
2. Tilslut Arduino GND -pin til både mikrofonforstærkerens GND -pin og LED -matrix -pin.
3. Du kan bruge en brødbrætskinne, eller Arduino har flere GND -stifter til rådighed. Tilslut Arduino analog pin 0 til lydsignalstiften.
4. Tilslut Arduino -ben SDA og SCL til henholdsvis matrix -rygsæk D (data) og C (ur) ben.
5. Tidligere Arduino -tavler indeholder ikke SDA- og SCL -ben - brug i stedet analoge stifter 4 og 5.
6. Upload det vedhæftede program, og test, om det enten virker eller ej:

Start med at downloade Piccolo -depotet fra Github. Vælg knappen "download ZIP". Når dette er færdigt, skal du komprimere den resulterende ZIP -fil på din harddisk. Der vil være to mapper inde: "Piccolo" skal flyttes til din sædvanlige Arduino sketchbook -mappe. "Ffft" skal flyttes til din Arduino "Libraries" -mappe (inde i skitsebogsmappen - hvis den ikke er der, skal du oprette en). Hvis du ikke er bekendt med at installere Arduino -biblioteker, skal du følge denne vejledning. Og installer aldrig i biblioteksmappen ved siden af selve Arduino -applikationen … den rigtige placering er altid en undermappe i din hjemmemappe! Hvis du ikke allerede har installeret Adafruit LED -rygsækbiblioteket (til brug af LED -matrixen), skal du downloade og installere det også. Når mapperne og bibliotekerne er placeret, skal du genstarte Arduino IDE, og "Piccolo" -skitsen skal være tilgængelig fra menuen Fil-> Skitsebog.

Med Piccolo -skitsen åben, skal du vælge din Arduino -korttype og serielle port i menuen Værktøjer. Klik derefter på knappen Upload. Efter et øjeblik, hvis alt går godt, ser du meddelelsen "Udført upload". Hvis alt går godt, vil du se lydspektret for ethvert lydindgang.

Hvis dit system fungerer godt, skal du uploade den komplette.ino -skitse vedhæftet trinnet til tilføjelse af binært ur med lydvisualiseringen. For enhver lydindgang vil højttaleren vise lydspektrum, ellers viser den tid og dato.

Trin 7: Fixing All Things Together

Nu skal du vedhæfte det forstærkerkredsløb, du byggede i forrige fase, til kassen med varm lim. Følg de vedhæftede billeder med dette trin.

Efter tilslutning af forstærkerkredsløb skal du nu tilslutte MP3 + FM -modtagermodul til boksen. Inden du fastgør det med lim, foretag en test for at sikre, at det virker. Hvis det fungerer fint, skal det repareres med lim. MP3 -modulets lydudgang skal tilsluttes indgangen til forstærkerkredsløbet.

Trin 8: Interne forbindelser og slutprodukt

Hvis højttaleren modtager og lydsignal, viser den lydspektret, ellers viser dato og klokkeslæt i BCD -binært format. Hvis du kan lide programmering og digital teknologi, så er jeg sikker på, at du kan lide binær. Jeg kan godt lide binært og binært ur. Tidligere lavede jeg et binært armbåndsur, og tidsformatet er nøjagtigt det samme som mit tidligere ur. Så til illustration om tidsformat tilføjede jeg tidligere billede af mit ur uden at producere et andet.

Tak skal du have.

Fjerde pris i kredsløbskonkurrencen 2016

Førstepræmie i Amps and Speakers Contest 2016