Skrivbordsförstärkare med ljudvisualisering, binär klocka och FM -mottagare: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Jag gillar förstärkare och idag delar jag med mig av min effektförstärkare som jag gjorde nyligen. Förstärkaren jag designade har några intressanta funktioner. Den har en integrerad binär klocka och kan ge tid och datum och den kan visualisera ljud som ofta kallas ljudspektrumanalysator. Du kan använda den som FM -mottagare eller MP3 -spelare. Om du gillar min klockförstärkare, följ sedan stegen nedan för att göra din egen kopia.

Steg 1: Bra designtips för förstärkare

Att designa en ljudfri krets av bra kvalitet är riktigt svårt även för en erfaren designer. Så du bör följa några tips för att göra din design bättre.

Kraft

Högtalarförstärkare drivs vanligtvis direkt från huvudsystemets spänning och kräver relativt hög ström. Motstånd i spåret kommer att resultera i spänningsfall som minskar förstärkarens matningsspänning och slöseri i systemet. Spårmotståndet gör också att de normala fluktuationerna i matningsströmmen omvandlas till fluktuationer i spänning. För att maximera prestanda, använd korta breda spår för alla förstärkare.

Grundstötning

Jordning spelar den enda viktigaste rollen för att avgöra om enhetens potential uppnås av systemet. Ett dåligt jordat system kommer sannolikt att ha hög distorsion, buller, överhörning och RF -mottaglighet. Även om man kan ifrågasätta hur mycket tid som ska läggas på systemjordning, förhindrar ett noggrant utformat jordningsschema att ett stort antal problem någonsin uppstår.

Marken i alla system måste tjäna två syften. För det första är det returvägen för alla strömmar som strömmar till en enhet. För det andra är det referensspänningen för både digitala och analoga kretsar. Jordning skulle vara en enkel övning om spänningen vid alla punkter på marken kan vara densamma. I verkligheten är detta inte möjligt. Alla ledningar och spår har ett begränsat motstånd. Detta betyder att när det är ström som strömmar genom marken kommer det att finnas ett motsvarande spänningsfall. Varje trådslinga bildar också en induktor. Detta betyder att när strömmen strömmar från batteriet till en belastning och tillbaka till batteriet, har strömvägen viss induktans. Induktansen ökar markimpedansen vid höga frekvenser.

Även om det inte är en enkel uppgift att utforma det bästa marksystemet för en viss applikation, gäller vissa allmänna riktlinjer för alla system.

1. Upprätta ett kontinuerligt markplan för digitala kretsar: Digital ström i markplanet tenderar att följa samma väg som den ursprungliga signalen tog. Denna väg skapar det minsta slingområdet för strömmen, vilket minimerar antenneffekter och induktans. Det bästa sättet att säkerställa att alla digitala signalspår har en motsvarande markväg är att etablera ett kontinuerligt markplan på skiktet omedelbart intill signalskiktet. Detta lager ska täcka samma område som den digitala signalspårningen och ha så få avbrott i dess kontinuitet som möjligt. Alla avbrott i markplanet, inklusive vias, får markströmmen att flöda i en större slinga än vad som är idealiskt, vilket ökar strålning och buller.
2. Håll markströmmar åtskilda: Jordströmmarna för digitala och analoga kretsar måste separeras för att förhindra att digitala strömmar lägger till brus i de analoga kretsarna. Det bästa sättet att uppnå detta är genom korrekt komponentplacering. Om alla analoga och digitala kretsar placeras på separata delar av kretskortet kommer naturligtvis jordströmmarna att isoleras. För att detta ska fungera bra måste den analoga sektionen endast innehålla analoga kretsar på alla lager av kretskortet.
3. Använd Star Grounding Technique för analoga kretsar: Ljudförstärkare tenderar att dra relativt stora strömmar som kan påverka både deras egna och andra markreferenser i systemet. För att förhindra detta problem, tillhandahåll dedikerade returvägar för överbryggade förstärkareffekter och hörlurar. Isolering gör att dessa strömmar kan flöda tillbaka till batteriet utan att påverka spänningen i andra delar av markplanet. Kom ihåg att dessa dedikerade returvägar inte ska dirigeras under digitala signalspår eftersom de kan blockera de digitala returströmmarna.
4. Maximera effektiviteten hos förbikopplingskondensatorer: Nästan alla enheter kräver förbikopplingskondensatorer för att ge omedelbar ström. För att minimera induktansen mellan kondensatorn och enhetens matningsstift, lokalisera dessa kondensatorer så nära som möjligt till matningsstiftet som de kringgår. Varje induktans minskar effektiviteten hos förbikopplingskondensatorn. På samma sätt måste kondensatorn tillhandahållas en lågimpedansanslutning till jord för att minimera kondensatorns högfrekventa impedans. Anslut kondensatorns grundsida direkt till jordplanet, snarare än att leda den genom ett spår.
5. Översvämma allt oanvänt PCB -område med mark: När två koppar bitar löper nära varandra, bildas en liten kapacitiv koppling mellan dem. Genom att köra markflod nära signalspår kan oönskad högfrekvent energi i signalledningarna shuntas till marken genom den kapacitiva kopplingen.

Försök att hålla strömförsörjningar, transformatorer och bullriga digitala kretsar borta från dina ljudkretsar. Använd en separat jordanslutning för ljudkrets och det är bra att inte använda markplan för ljudkretsar. Jordförbindelsen (GND) för ljudförstärkaren är mycket viktig jämfört med andra transistors jord, IC etc, om det finns markbrus mellan de två kommer förstärkaren att mata ut den.

Överväg att driva viktiga IC: er och allt som är känsligt med ett 100R -motstånd mellan dem och +V. Inkludera en anständig kondensator (t.ex. 220uF) på IC -sidan av motståndet. Om IC kommer att dra mycket ström så se till att motståndet kan hantera det (välj tillräckligt hög effekt och ge PCB koppar värmesänkning om det behövs) och tänk på att det kommer att finnas spänningsfall över motståndet.

För transformatorbaserade konstruktioner vill du att likriktarkondensatorerna ska vara så nära likriktartapparna som möjligt och anslutna via sina egna tjocka spår på grund av de stora laddningsströmmarna vid själva kikningen av den rättade syndvågen. Eftersom likriktarens utspänning överskrider kondensatorns sönderfallsspänning alstras impulsljud i laddningskretsen som kan överföras till ljudkretsen om de delar samma kopparbit i någon av kraftledningarna. Du kan inte bli av med pulsladdningsströmmen så det är mycket bättre att hålla kondensatorn lokal för brygglikriktaren för att minimera dessa höga strömpulser av energi. Om en ljudförstärkare är nära likriktaren, lokalisera inte en stor kondensator bredvid förstärkaren för att undvika att denna kondensator orsakar detta problem, men om det är lite avstånd är det bra att ge förstärkaren en egen kondensator när den flyter laddas från strömförsörjningen och slutar ha en relativt hög impedans på grund av kopparens längd.

Leta upp och spänningsregulatorer som används av ljudkretsarna nära likriktare / PSU -ingång och anslut också med sina egna anslutningar.

Signaler

Om möjligt undvik in och ut ljudsignaler till och från IC: s som körs parallellt på kretskortet eftersom detta kan orsaka svängningar som matas från utgång tillbaka till ingång. Kom ihåg att bara 5mV kan orsaka mycket hum!

Håll digitala markplan borta från ljud -GND och ljudkretsar i allmänhet. Hum kan introduceras i ljud helt enkelt från spår som är för nära digitala plan.

Vid anslutning till annan utrustning, om du driver ett annat kort som innehåller ljudkretsar (kommer att ge eller ta emot en ljudsignal), se till att det bara finns en punkt där GND ansluter mellan de två korten och detta bör helst vara vid den analoga ljudsignalanslutningen punkt.

För signal IO -anslutningar till andra enheter / omvärlden är det ett bra ideal att använda ett 100R -motstånd mellan kretsarna GND och omvärldens GND för allt (inklusive digitala delar av kretsen) för att stoppa jordslingor.

Kondensatorer

Använd dem var du vill isolera sektioner från varandra. Värden att använda:- 220nF är typiskt, 100nF är bra om du vill minska storlek / kostnad, bäst att inte gå under 100nF.

Använd inte keramiska kondensatorer. Anledningen är att keramiska kondensatorer ger en piezoelektrisk effekt till en AC -signal som orsakar brus. Använd en poly av någon typ - Polypropylen är bäst men alla kommer att göra. Sanna ljudhuvuden säger också att du inte ska använda elektrolyt in-line, men många designers klarar sig utan problem-det är troligt för applikationer med hög renhet, inte för allmän standard ljuddesign.

Använd inte tantalkondensatorer någonstans inom ljudsignalvägar (vissa designers kan inte hålla med men de kan orsaka fruktansvärda problem)

Ett allmänt accepterat substitut för polykarbonat är PPS (polyfenylensulfid).

Högkvalitativ polykarbonatfilm och polystyrenfilm och teflonkondensatorer och NPO/COG -keramiska kondensatorer har mycket låga spänningskoefficienter för kapacitans och därmed mycket låg distorsion och resultaten är mycket tydliga med hjälp av spektrumanalysatorer samt öron.

Undvik de hög-K keramiska dielektriska, de har en högspänningskoefficient som jag antar kan leda till viss snedvridning om de används i ett tonkontrollstadium.

Komponentplacering

Det första steget i en PCB -design är att välja var komponenterna ska placeras. Denna uppgift kallas "golvplanering". Noggrann placering av komponenter kan underlätta signalöverföring och markpartitionering. Det minimerar bullerupptagning och styrelseområdet som krävs.

Komponentplaceringen i det analoga avsnittet måste väljas. Komponenter bör placeras för att minimera avståndet som ljudsignaler färdas. Leta upp ljudförstärkaren så nära hörlursuttaget och högtalaren som möjligt. Denna positionering kommer att minimera EMI-strålning från högtalarförstärkare i klass D och minimera bullerkänsligheten hos hörlurarsignaler med låg amplitud. Placera enheterna som levererar det analoga ljudet så nära förstärkaren som möjligt för att minimera brusupptagning på förstärkarens ingångar. Alla insignalspår fungerar som antenner till RF -signaler, men att förkorta spåren hjälper till att minska antenneffektiviteten för frekvenser som vanligtvis oroar.

Steg 2: Du behöver …

1. TEA2025B Ljudförstärkare IC (ebay.com)

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

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

4. 2 st 0.22uF kondensator

5. 2 st 0.15uF Keramisk kondensator

6. Potentiometer för dubbel volymkontroll (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 st 4 ohm 2,5 W högtalare

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

9. LED -matris med förar -IC (Adafruit.com)

10. Vero Board & Några ledningar.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC -modul (Adafruit.com)

Steg 3: Gör förstärkarkretsen

Enligt det bifogade kretsdiagrammet löds hela komponenterna i kretskortet. Använd exakt värde för kondensatorerna. Var försiktig med polariteten hos de elektrolytiska kondensatorerna. Försök att hålla all kondensator så nära IC som möjligt för att minimera bullret. Löd direkt IC utan att använda IC -bas. Se till att du skär av spåren mellan förstärkarens två sidor. All lödfog ska vara perfekt. Detta är en ljudförstärkarkrets, så var professionell om lödanslutningen, särskilt om jord (GND).

Steg 4: Testa kretsen med högtalare

Efter avslutad anslutning och lödning ansluter du två 4 ohm 2,5 W högtalare till förstärkarkretsen. Anslut en ljudkälla till kretsen och slå på den. Om allt går bra kommer du här det bullerfria ljudet.

Jag använde TEA2025B ljudförstärkare IC för ljudförstärkning. Det är ett trevligt ljudförstärkarkrets som fungerar i ett brett spänningsområde (3 V till 9 V). Så du kan testa den med valfri spänning inom intervallet. Jag använder en 9V adapter och fungerar bra. IC: n kan använda dubbel- eller brygganslutningsläge. Mer information om förstärkarkretsen finns i databladet.

Steg 5: Förbereda Dot Matrix Frontpanel

För visualisering av ljudsignal och visning av datum och tid ställde jag in en punktmatrisdisplay på förstärkarboxens framsida. För att göra jobbet snyggt använde jag roterande verktyg för att skära ramen efter matrisens storlek. Om din bildskärm inte har något integrerat drivrutinschip använder du en separat. Jag föredrar tvåfärgsmatris från Adafruit. Efter att ha valt perfekt matrisdisplay justerar du displayen till basen med varmt lim.

Vi kommer att ansluta den till Arduino -kortet senare. Tvåfärgsskärmen från Adafruit använder i2c-protokollet för att kommunicera med mikrokontroller. Så, vi kommer att ansluta SCL- och SDA -stiftet på förarens IC till Arduino -kortet.

Steg 6: Programmering med Arduino

Anslut Adafruit Smart Bi-color dot matrix display som:

1. Anslut Arduino 5V -stiftet till LED -matrisen + stiftet.
2. Anslut Arduino GND -stift till både mikrofonförstärkarens GND -stift och LED -matrisstiften.
3. Du kan använda en breadboard power rail, eller Arduino har flera GND -stift tillgängliga. Anslut Arduino analog pin 0 till ljudsignalstiftet.
4. Anslut Arduino -stift SDA och SCL till matrisryggsäcken D (data) respektive C (klocka).
5. Tidigare Arduino -kort innehåller inte SDA- och SCL -stift - använd istället analoga stift 4 och 5.
6. Ladda upp det bifogade programmet och testa att det antingen fungerar eller inte:

Börja med att ladda ner Piccolo -förvaret från Github. Välj knappen "ladda ner ZIP". När detta är klart, komprimera den resulterande ZIP -filen på din hårddisk. Det kommer att finnas två mappar inuti: "Piccolo" ska flyttas till din vanliga Arduino -skissbokmapp. "Ffft" bör flyttas till din Arduino "Libraries" -mapp (inuti skissbok -mappen - om den inte finns där, skapa en). Om du inte är bekant med att installera Arduino -bibliotek, följ den här självstudien. Och installera aldrig i biblioteksmappen intill själva Arduino -programmet … rätt plats är alltid en underkatalog till din hemmapp! Om du inte redan har installerat Adafruit LED -ryggsäckbiblioteket (för att använda LED -matrisen), ladda ner och installera När mapparna och biblioteken är placerade startar du om Arduino IDE och "Piccolo" -skissen ska vara tillgänglig från menyn Arkiv-> Skissbok.

Med Piccolo -skissen öppen väljer du din Arduino -korttyp och serieport från menyn Verktyg. Klicka sedan på knappen Ladda upp. Efter en stund, om allt går bra, ser du meddelandet "Klar att ladda upp". Om allt går bra ser du ljudspektrumet för alla ljudingångar.

Om ditt system fungerar bra, ladda upp complete.ino -skissen bifogad med steget för att lägga till binär klocka med ljudvisualiseringen. För alla ljudingångar kommer högtalaren att visa ljudspektrum annars visar den tid och datum.

Steg 7: Fixa alla saker tillsammans

Fäst förstärkarkretsen som du byggde i föregående steg till lådan med varmt lim. Följ bilderna som bifogas med detta steg.

Efter anslutning av förstärkarkretsen ansluter du nu MP3 + FM -mottagarmodulen till lådan. Gör ett test innan du fixar det med lim för att se till att det fungerar. Om det fungerar bra fixa det med lim. MP3 -modulens ljudutgång bör anslutas till ingången till förstärkarkretsen.

Steg 8: Interna anslutningar och slutprodukt

Om högtalaren tar emot och ljudsignal visar den ljudspektrum annars visar datum och tid i binärt BCD -format. Om du gillar programmering och digital teknik, så är jag säker på att du gillar binär. Jag gillar binär och binär klocka. Tidigare gjorde jag en binär armbandsur och tidsformatet är exakt samma som min tidigare klocka. Så för illustration om tidsformat lade jag till föregående bild av min klocka utan att producera en annan.

Tack.

Fjärde priset i kretstävlingen 2016

Första priset i Amps and Speakers Contest 2016