Stolno pojačalo sa audio vizualizacijom, binarnim satom i FM prijemnikom: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Volim pojačala i danas ću podijeliti svoje stolno pojačalo male snage koje sam nedavno napravio. Pojačalo koje sam dizajnirao ima neke zanimljive značajke. Ima integrirani binarni sat i može dati vrijeme i datum te može vizualizirati zvuk koji se često naziva analizator audio spektra. Možete ga koristiti kao FM prijemnik ili MP3 player. Ako vam se sviđa moje pojačalo sa satom, slijedite donje korake da biste napravili vlastitu kopiju.

Korak 1: Dobri savjeti za dizajn pojačala

Dizajniranje kvalitetnog audiosklopa bez buke zaista je teško čak i za iskusnog dizajnera. Stoga biste trebali slijediti neke savjete kako biste svoj dizajn učinili boljim.

Vlast

Pojačala za zvučnike obično se napajaju izravno iz napona glavnog sustava i zahtijevaju relativno visoku struju. Otpor u tragu rezultirat će padom napona koji smanjuje opskrbni napon pojačala i otpadnu snagu u sustavu. Otpor u tragovima također uzrokuje da se normalne fluktuacije u opskrbnoj struji pretvore u fluktuacije napona. Da biste povećali performanse, upotrijebite kratke široke tragove za sva napajanja pojačala.

Uzemljenje

Uzemljenje ima jedinu, najznačajniju ulogu u određivanju je li sustav postigao potencijal uređaja. Loše uzemljeni sustav vjerojatno će imati veliku distorziju, šum, preslušavanje i RF osjetljivost. Iako se može postaviti pitanje koliko vremena treba posvetiti uzemljenju sustava, pažljivo osmišljena shema uzemljenja sprječava da se veliki broj problema ikada pojavi.

Tlo u bilo kojem sustavu mora služiti dvije svrhe. Prvo, to je povratni put za sve struje koje teku prema uređaju. Drugo, to je referentni napon i za digitalne i za analogne krugove. Uzemljenje bi bilo jednostavna vježba ako bi napon na svim točkama uzemljenja mogao biti isti. U stvarnosti to nije moguće. Sve žice i tragovi imaju konačan otpor. To znači da će, kad god kroz zemlju teče struja, doći do odgovarajućeg pada napona. Svaka petlja žice također čini induktor. To znači da kad god struja teče iz baterije u opterećenje i natrag u bateriju, put struje ima neki induktivitet. Induktivnost povećava impedanciju tla na visokim frekvencijama.

Iako projektiranje najboljeg zemaljskog sustava za određenu primjenu nije jednostavan zadatak, neke opće smjernice vrijede za sve sustave.

1. Uspostavite kontinuiranu ravninu uzemljenja za digitalne krugove: Digitalna struja u ravnini uzemljenja teži istom rutom kojom je krenuo izvorni signal. Ova staza stvara najmanje područje petlje za struju, čime se minimiziraju učinci antene i induktivnost. Najbolji način da se osigura da svi tragovi digitalnih signala imaju odgovarajuću putanju uzemljenja je uspostaviti kontinuiranu ravninu uzemljenja na sloju neposredno uz signalni sloj. Ovaj sloj trebao bi pokriti isto područje kao i trag digitalnog signala i imati što manje prekida u svom kontinuitetu. Svi prekidi u ravnini uzemljenja, uključujući vias, uzrokuju da struja zemlje teče u većoj petlji nego što je idealno, čime se povećava zračenje i buka.
2. Držite uzemljene struje odvojene: Uzemljene struje za digitalne i analogne krugove moraju biti odvojene kako bi se spriječilo da digitalne struje dodaju šum analognim krugovima. Najbolji način za to je ispravno postavljanje komponenti. Ako su svi analogni i digitalni krugovi postavljeni na zasebne dijelove PCB -a, uzemljenje će prirodno biti izolirano. Da bi ovo dobro funkcioniralo, analogni odjeljak mora sadržavati samo analogna kola na svim slojevima PCB -a.
3. Upotrijebite tehniku uzemljenja zvjezdicom za analogna kola: pojačala zvuka imaju tendenciju da crpe relativno velike struje koje mogu negativno utjecati i na njihovu vlastitu i na druge reference uzemljenja u sustavu. Da biste spriječili ovaj problem, osigurajte namjenske povratne putove za uzemljenje s premošćenim pojačalom i uzemljenje za utičnicu za slušalice. Izolacija omogućuje tim strujama da se vraćaju u bateriju bez utjecaja na napon drugih dijelova uzemljenja. Upamtite da se ti namjenski povratni putevi ne smiju usmjeravati pod tragovima digitalnog signala jer bi mogli blokirati digitalne povratne struje.
4. Maksimalno povećajte učinkovitost zaobilaznih kondenzatora: Gotovo svi uređaji zahtijevaju zaobilazne kondenzatore kako bi osigurali trenutnu struju. Kako biste smanjili induktivitet između kondenzatora i napajanja uređaja, postavite ove kondenzatore što je moguće bliže opskrbnom pinu koji zaobilaze. Svaki induktivitet smanjuje učinkovitost zaobilaznog kondenzatora. Slično, kondenzator mora imati nisko impedancijsku vezu s masom kako bi se smanjila visokofrekventna impedancija kondenzatora. Izravno spojite uzemljenu stranu kondenzatora s ravninom uzemljenja, umjesto da je usmjerite kroz trag.
5. Poplavi svu neiskorištenu ploču PCB -a sa uzemljenjem: Kad god dva komada bakra prolaze jedan blizu drugog, između njih se stvara mala kapacitivna spojka. Pokretanjem tla u blizini tragova signala, neželjena visokofrekventna energija u signalnim vodovima može se preusmjeriti na tlo kroz kapacitivnu spregu.

Pokušajte držati napajanje, transformator i bučne digitalne krugove dalje od audio sklopova. Za audio krug upotrijebite zasebni uzemljeni priključak i dobro je ne koristiti ravnine uzemljenja za audio krugove. Uzemljenje (GND) povezivanja audio pojačala vrlo je važno u usporedbi s uzemljenjem drugih tranzistora, IC itd., Ako postoji buka uzemljenja između njih dva, pojačalo će ga izlaziti.

Razmislite o napajanju važnih IC -ova i svega osjetljivog pomoću 100R otpornika između njih i +V. Uključite električni kondenzator pristojne veličine (npr. 220uF) na IC strani otpornika. Ako će IC povući veliku snagu, pobrinite se da otpornik to podnese (odaberite dovoljno visoku snagu i po potrebi osigurajte zagrijavanje bakra iz PCB -a) i imajte na umu da će doći do pada napona na otporniku.

Za dizajne temeljene na transformatorima želite da ispravljački kondenzatori budu što je moguće bliže ispravljačkim pinovima i spojeni putem vlastitih debelih tragova zbog velikih struja punjenja na samom izgledu ispravljenog vala grijeha. Kako izlazni napon ispravljača prelazi opadajući napon kondenzatora, u krugu punjenja nastaje impulsni šum koji se može prenijeti u audio krug ako dijele isti komad bakra u bilo kojem od dalekovoda. Ne možete se riješiti struje impulsnog punjenja, pa je puno bolje držati kondenzator lokalno kod ispravljača mosta kako biste smanjili ove impulse energije velike struje. Ako je audio pojačalo u blizini ispravljača, nemojte locirati veliki kondenzator pokraj pojačala kako biste izbjegli da ovaj kondenzator uzrokuje ovaj problem, ali ako postoji mala udaljenost, onda je pojačalo vlastiti kondenzator dok pluta napuni iz napajanja i završi s relativno visokom impedancijom zbog duljine bakra.

Pronađite i regulatore napona koje koristi audio sklop u blizini ispravljača / ulaza PSU -a i spojite ih sa vlastitim vezama.

Signali

Gdje je moguće, izbjegavajte ulazne i izlazne audio signale prema i od IC -a koji paralelno rade na PCB -u jer to može uzrokovati oscilacije koje se vraćaju s izlaza natrag na ulaz. Upamtite da samo 5mV može izazvati puno brujanja!

Držite digitalne zrakoplove uzemljenja dalje od audio GND -a i općenito audio sklopova. Hum se može uvesti u zvuk jednostavno iz zapisa koji su previše blizu digitalnih aviona.

Prilikom povezivanja s drugom opremom, ako napajate neku drugu ploču koja uključuje audio sklop (koji će dati ili primiti audio signal), pobrinite se da postoji samo 1 točka u kojoj se GND spaja između 2 ploče, a to bi u idealnom slučaju trebalo biti na spoju audio analognog signala točka.

Za IO veze signala s drugim uređajima / vanjskim svijetom dobar je ideal koristiti otpornik od 100R između krugova GND i vanjskog svijeta GND za sve (uključujući digitalne dijelove kruga) kako bi se spriječilo stvaranje petlji uzemljenja.

Kondenzatori

Koristite ih gdje god želite izolirati odjeljke jedan od drugog. Vrijednosti za korištenje:- 220nF je tipično, 100nF je u redu ako želite smanjiti veličinu / cijenu, najbolje je da ne idete ispod 100nF.

Nemojte koristiti keramičke kondenzatore. Razlog je taj što će keramički kondenzatori dati piezoelektrični učinak izmjeničnom signalu koji uzrokuje šum. Upotrijebite neku vrstu poli - polipropilen je najbolji, ali bilo koji će biti dovoljan. Istinske audio glave također kažu da ne koriste elektrolitiku u liniji, ali mnogi dizajneri to rade bez problema-to je vjerojatno za aplikacije visoke čistoće, a ne općenito standardni audio dizajn.

Ne koristite tantalne kondenzatore nigdje unutar putanja audio signala (neki se dizajneri možda ne slažu, ali mogu uzrokovati užasne probleme)

Općenito prihvaćena zamjena za polikarbonat je PPS (polifenilen sulfid).

Visokokvalitetni polikarbonatni film i polistirenski film i teflonski kondenzatori i NPO/COG keramički kondenzatori imaju vrlo niske koeficijente napona kapaciteta, a time i vrlo niska izobličenja, a rezultati su vrlo jasni pomoću analizatora spektra, kao i ušiju.

Izbjegavajte visoko-K keramičke dielektrike, oni imaju visoki naponski koeficijent za koji pretpostavljam da bi mogao dovesti do izobličenja ako se koristi u fazi kontrole tona.

Postavljanje komponenti

Prvi korak svakog dizajna PCB -a je odabir mjesta za postavljanje komponenti. Taj se zadatak naziva "tlocrtno planiranje". Pažljivo postavljanje komponenti može olakšati usmjeravanje signala i podjelu tla. Smanjuje umanjivanje buke i potrebnu površinu ploče.

Mora se odabrati položaj komponente unutar analognog odjeljka. Komponente treba postaviti tako da minimiziraju udaljenost koju audio signali prelaze. Audio pojačalo postavite što je moguće bliže priključku za slušalice i zvučniku. Ovakvo pozicioniranje smanjit će EMI zračenje pojačala zvučnika klase D i minimizirati osjetljivost na šum signala slušalica niske amplitude. Uređaje koji isporučuju analogni zvuk postavite što je moguće bliže pojačalu kako biste smanjili šum na ulazima pojačala. Svi tragovi ulaznog signala djelovat će kao antene na RF signale, ali skraćivanje tragova pomaže u smanjenju učinkovitosti antene za frekvencije koje su tipično zabrinjavajuće.

Korak 2: Trebate…

1. IC pojačalo zvuka TEA2025B (ebay.com)

2. 6 kom 100uF elektrolitički kondenzator (ebay.com)

3. 2 kom 470uF elektrolitički kondenzator (ebay.com)

4. 2 kom 0,22uF kondenzator

5. 2 kom 0,15uF keramički kondenzator

6. Potenciometar za dvostruku kontrolu glasnoće (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 kom 4 ohm 2.5W zvučnik

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

9. LED matrica s upravljačkim sklopom (Adafruit.com)

10. Vero ploča i neke žice.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC modul (Adafruit.com)

Korak 3: Izrada kruga pojačala

Prema priloženom dijagramu kruga lemite cijele komponente u tiskanu ploču. Koristite točne vrijednosti za kondenzatore. Pazite na polaritet elektrolitskih kondenzatora. Pokušajte držati sav kondenzator što bliže IC -u kako biste smanjili šum. Izravno lemite IC bez upotrebe IC baze. Obavezno izrežite tragove između dvije strane IC pojačala. Svi lemni spojevi trebaju biti savršeni. Ovo je sklop audio pojačala, stoga budite profesionalni u vezi spoja za lemljenje, posebno uzemljenja (GND).

Korak 4: Testiranje kruga sa zvučnikom

Nakon dovršetka povezivanja i lemljenja, spojite dva 4 ohmska 2.5W zvučnika u krug pojačala. Spojite izvor zvuka na strujno kolo i uključite ga. Ako sve prođe dobro, ovdje ćete čuti zvuk bez buke.

Za pojačanje zvuka koristio sam IC pojačalo TEA2025B. To je lijep čip audio pojačala koji je radio u širokom rasponu napona (3 V do 9 V). Dakle, možete ga testirati s bilo kojim naponom unutar raspona. Koristim 9V adapter i radi dobro. IC može raditi s dvostrukim ili mostnim načinom spajanja. Za više pojedinosti o čipu pojačala provjerite podatkovnu tablicu.

Korak 5: Priprema prednje ploče matrične matrice

Za vizualizaciju audio signala i prikaz datuma i vremena postavio sam matrični prikaz na prednjoj strani kutije pojačala. Da bih lijepo obavio posao, pomoću rotacijskog alata izrezao sam okvir prema veličini matrice. Ako vaš zaslon nema integrirani upravljački čip, upotrijebite ga zasebno. Više volim dvobojnu matricu iz Adafruit-a. Nakon odabira savršenog matričnog prikaza namjestite zaslon na podlogu vrućim ljepilom.

Kasnije ćemo ga spojiti na Arduino ploču. Dvobojni zaslon tvrtke Adafruit koristi i2c protokol za komunikaciju s mikrokontrolerom. Dakle, spojit ćemo SCL i SDA pin upravljačkog sklopa IC na Arduino ploču.

Korak 6: Programiranje s Arduinom

Spojite Adafruit Smart dvobojni matrični zaslon s prikazom na sljedeće načine:

1. Spojite Arduino 5V pin na LED matricu + pin.
2. Spojite Arduino GND pin na pin GND mikrofonskog pojačala i LED matricu - pin.
3. Možete koristiti matičnu ploču za napajanje ili Arduino ima na raspolaganju više GND pinova. Spojite Arduino analogni pin 0 na pin audio signala.
4. Spojite Arduino igle SDA i SCL na matrični ruksak D (podaci) i C (sat) igle, respektivno.
5. Ranije Arduino ploče ne sadrže SDA i SCL pinove - umjesto toga koristite analogne pinove 4 i 5.
6. Prenesite priloženi program i provjerite radi li ili ne:

Počnite preuzimanjem Piccolo spremišta s Githuba. Odaberite gumb "preuzmi ZIP". Nakon što ovo završite, raspakirajte rezultirajuću ZIP datoteku na svom tvrdom disku. Unutra će biti dvije mape: “Piccolo” bi se trebao premjestiti u vašu uobičajenu mapu Arduino skica. "Ffft" treba premjestiti u vašu Arduino mapu "Knjižnice" (unutar mape sketchbook - ako je nema, stvorite je). Ako niste upoznati s instaliranjem Arduino knjižnica, slijedite ovaj vodič. I nikada nemojte instalirati u mapu Knjižnica uz samu aplikaciju Arduino … odgovarajuće mjesto uvijek je poddirektorij vaše kućne mape! Ako još niste instalirali biblioteku Adafruit LED ruksaka (za korištenje LED matrice), preuzmite i instalirajte Kad se mape i knjižnice smjeste, ponovno pokrenite Arduino IDE, a skica “Piccolo” trebala bi biti dostupna s izbornika Datoteka-> Sketchbook.

S otvorenom Piccolo skicom, odaberite vrstu Arduino ploče i serijski port s izbornika Alati. Zatim kliknite gumb Upload. Nakon nekoliko trenutaka, ako sve prođe u redu, vidjet ćete poruku "Prijenos je gotov". Ako sve prođe dobro, vidjet ćete audio spektar za bilo koji audio ulaz.

Ako vaš sustav radi dobro, prenesite skicu complete.ino u prilogu sa korakom za dodavanje binarnog sata sa audio vizualizacijom. Za svaki audio ulaz zvučnik će prikazati audio spektar, inače će prikazati vrijeme i datum.

Korak 7: Popravite sve stvari zajedno

Sada pričvrstite krug pojačala koji ste izgradili u prethodnoj fazi vrućim ljepilom. Slijedite slike priložene ovim korakom.

Nakon spajanja pojačala, sada spojite MP3 + FM prijemnik u kutiju. Prije pričvršćivanja ljepilom napravite test kako biste se uvjerili da radi. Ako radi dobro, popravite ga ljepilom. Audio izlaz MP3 modula trebao bi biti povezan s ulazom kruga pojačala.

Korak 8: Unutarnje veze i krajnji proizvod

Ako zvučnik primi i audio signal, on prikazuje audio spektar, inače prikazuje datum i vrijeme u BCD binarnom formatu. Ako volite programiranje i digitalnu tehnologiju, siguran sam da volite binarno. Volim binarni i binarni sat. Ranije sam napravio binarni ručni sat i format vremena je potpuno isti kao i moj prethodni sat. Tako sam za ilustraciju vremenskog formata dodao prethodnu sliku sata, a da nisam proizveo drugu.

Hvala vam.

Četvrta nagrada u konkurenciji krugova 2016

Prva nagrada na natjecanju pojačala i zvučnika 2016