Stalo stiprintuvas su garso vizualizacija, dvejetainiu laikrodžiu ir FM imtuvu: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Man patinka stiprintuvai ir šiandien pasidalinsiu neseniai pagamintu mažos galios staliniu stiprintuvu. Mano sukurtas stiprintuvas turi keletą įdomių savybių. Jis turi integruotą dvejetainį laikrodį, gali nurodyti laiką ir datą, taip pat gali vizualizuoti garsą, dažnai vadinamą garso spektro analizatoriumi. Galite naudoti kaip FM imtuvą arba MP3 grotuvą. Jei jums patinka mano laikrodžio stiprintuvas, atlikite toliau nurodytus veiksmus, kad padarytumėte savo kopiją.

1 žingsnis: geri stiprintuvo dizaino patarimai

Sukurti geros kokybės garso grandinę be triukšmo yra labai sunku net patyrusiam dizaineriui. Taigi, norėdami patobulinti savo dizainą, turėtumėte laikytis kelių patarimų.

Galia

Garsiakalbių stiprintuvai paprastai maitinami tiesiai iš pagrindinės sistemos įtampos ir reikalauja palyginti didelės srovės. Atsparumas pėdsakui sukels įtampos kritimą, kuris sumažins stiprintuvo maitinimo įtampą ir išeikvos energiją sistemoje. Atsparumas pėdsakams taip pat sukelia įprastus maitinimo srovės svyravimus, kurie virsta įtampos svyravimais. Norėdami padidinti našumą, naudokite trumpus plačius pėdsakus visuose stiprintuvo maitinimo šaltiniuose.

Įžeminimas

Įžeminimas atlieka vieną svarbiausių vaidmenų nustatant, ar sistema išnaudoja įrenginio potencialą. Prastai įžeminta sistema greičiausiai turės didelius iškraipymus, triukšmą, skersinius judesius ir jautrumą radijo dažniams. Nors galima suabejoti, kiek laiko reikia skirti sistemos įžeminimui, kruopščiai sukurta įžeminimo schema neleidžia atsirasti daugybei problemų.

Bet kurios sistemos pagrindas turi tarnauti dviem tikslais. Pirma, tai yra visų į prietaisą tekančių srovių grįžimo kelias. Antra, tai yra atskaitos įtampa tiek skaitmeninėms, tiek analoginėms grandinėms. Įžeminimas būtų paprastas pratimas, jei įtampa visuose žemės taškuose galėtų būti vienoda. Realybėje tai neįmanoma. Visi laidai ir pėdsakai turi ribotą atsparumą. Tai reiškia, kad kiekvieną kartą, kai srovė teka per žemę, atitinkamai sumažės įtampa. Bet kuri vielos kilpa taip pat sudaro induktorių. Tai reiškia, kad kai srovė teka iš akumuliatoriaus į krovinį ir atgal į akumuliatorių, srovės kelias turi tam tikrą induktyvumą. Induktyvumas padidina įžeminimo varžą aukštais dažniais.

Nors sukurti geriausią žemės sistemą konkrečiai programai nėra paprasta užduotis, kai kurios bendros gairės galioja visoms sistemoms.

1. Nustatykite nepertraukiamą įžeminimo plokštumą skaitmeninėms grandinėms: Skaitmeninė srovė įžeminimo plokštumoje paprastai eina tuo pačiu maršrutu, kuriuo ėjo pradinis signalas. Šis kelias sukuria mažiausią srovės kilpos plotą, taip sumažinant antenos efektus ir induktyvumą. Geriausias būdas užtikrinti, kad visi skaitmeninio signalo pėdsakai turi atitinkamą įžeminimo kelią, yra nustatyti ištisinę įžeminimo plokštumą ant sluoksnio, esančio greta signalo sluoksnio. Šis sluoksnis turėtų apimti tą pačią sritį kaip ir skaitmeninio signalo pėdsakas, o jo tęstinumas turėtų būti kuo mažiau nutrauktas. Dėl visų įžeminimo plokštumos pertraukų, įskaitant skylutes, įžeminimo srovė teka didesne kilpa nei idealu, todėl padidėja spinduliuotė ir triukšmas.
2. Laikykite žemės sroves atskirai: Skaitmeninių ir analoginių grandinių įžeminimo srovės turi būti atskirtos, kad skaitmeninės srovės nesukeltų triukšmo į analogines grandines. Geriausias būdas tai padaryti yra teisingai išdėstyti komponentus. Jei visos analoginės ir skaitmeninės grandinės bus dedamos ant atskirų PCB dalių, žemės srovės natūraliai bus izoliuotos. Kad tai gerai veiktų, analoginiame skyriuje turi būti tik analoginės grandinės visuose PCB sluoksniuose.
3. Analoginėms grandinėms naudokite žvaigždės įžeminimo techniką: Garso stiprintuvai linkę traukti gana dideles sroves, kurios gali neigiamai paveikti tiek jų pačių, tiek kitas sistemos nuorodas sistemoje. Kad išvengtumėte šios problemos, pateikite specialius grįžtamojo ryšio kelius, skirtus jungiamiesiems stiprintuvo maitinimo šaltiniams ir ausinių lizdo grąžinimui. Izoliacija leidžia šioms srovėms grįžti atgal į akumuliatorių, nepaveikiant kitų įžeminimo plokštės dalių įtampos. Atminkite, kad šie specialūs grįžimo keliai neturėtų būti nukreipti po skaitmeninio signalo pėdsakais, nes jie gali užblokuoti skaitmenines grįžtamąsias sroves.
4. Padidinkite apėjimo kondensatorių efektyvumą: beveik visiems įrenginiams reikia apėjimo kondensatorių, kad būtų užtikrinta momentinė srovė. Norėdami sumažinti induktyvumą tarp kondensatoriaus ir prietaiso maitinimo kaiščio, suraskite šiuos kondensatorius kuo arčiau tiekimo kaiščio, kurį jie apeina. Bet kokia induktyvumas sumažina apėjimo kondensatoriaus efektyvumą. Panašiai kondensatoriui turi būti įrengta žemos varžos jungtis prie žemės, kad būtų sumažinta aukšto dažnio kondensatoriaus varža. Tiesiogiai prijunkite kondensatoriaus įžeminimo pusę prie įžeminimo plokštumos, o ne nukreipkite ją per pėdsaką.
5. Užpilkite visą nepanaudotą PCB plotą su žeme: Kai du vario gabalai eina vienas šalia kito, tarp jų susidaro maža talpinė jungtis. Vykdant žemės potvynį šalia signalo pėdsakų, nepageidaujama aukšto dažnio energija signalo linijose gali būti nukreipta į žemę per talpinę jungtį.

Stenkitės, kad maitinimo šaltiniai, transformatorius ir triukšmingos skaitmeninės grandinės nebūtų nutolę nuo jūsų garso grandinių. Garso grandinei naudokite atskirą įžeminimo jungtį, o garso grandinėms gerai nenaudoti įžeminimo plokštumų. Garso stiprintuvo įžeminimas (GND) yra labai svarbus, palyginti su kitų tranzistorių, IC ir pan. Įžeminimu, jei tarp jų yra žemės triukšmas, stiprintuvas jį išves.

Apsvarstykite galimybę įjungti svarbius IC ir viską, kas jautri, naudojant 100R rezistorių tarp jų ir +V. Į rezistoriaus IC pusę įtraukite tinkamo dydžio (pvz., 220uF) elektrinį kondensatorių. Jei IC sunaudos daug energijos, įsitikinkite, kad rezistorius gali jį valdyti (pasirinkite pakankamai didelę galią ir, jei reikia, aprūpinkite PCB vario šilumą, ir atminkite, kad rezistoriuje sumažės įtampa.

Jei norite naudoti transformatorių, lygintuvo kondensatoriai turi būti kuo arčiau lygintuvo kaiščių ir prijungti per savo storus takelius dėl didelių įkrovimo srovių pačiame ištaisytos nuodangos bangos žvilgsnyje. Kadangi lygintuvo išėjimo įtampa viršija kondensatoriaus skilimo įtampą, įkrovimo grandinėje sklinda impulsinis triukšmas, kuris gali būti perkeltas į garso grandinę, jei jie turi tą patį vario gabalėlį bet kurioje elektros linijoje. Negalite atsikratyti impulsų įkrovimo srovės, todėl daug geriau laikyti kondensatorių prie tilto lygintuvo, kad sumažintumėte šiuos didelės srovės energijos impulsus. Jei garso stiprintuvas yra šalia lygintuvo, neraskite šalia kondensatoriaus didelio kondensatoriaus, kad šis kondensatorius nesukeltų šios problemos, tačiau jei yra šiek tiek atstumo, tai gerai, kad stiprintuvas būtų savo kondensatorius, nes jis plūduriuoja įkraunamas iš maitinimo šaltinio ir dėl vario ilgio turi gana didelę varžą.

Suraskite ir įtampos reguliatorius, kuriuos naudoja garso grandinė, šalia lygintuvų / maitinimo šaltinio įvesties ir taip pat prijunkite prie savo jungčių.

Signalai

Jei įmanoma, venkite garso signalų į ir iš IC veikimo lygiagrečiai PCB, nes tai gali sukelti svyravimus, kurie pereina iš išvesties į įvestį. Atminkite, kad vos 5 mV gali sukelti daug ūžesio!

Skaitmenines antžemines plokštumas laikykite atokiau nuo garso GND ir apskritai garso grandinių. „Hum“gali būti įtrauktas į garsą tiesiog iš takelių, esančių per arti skaitmeninių plokštumų.

Sujungdami su kita įranga, maitindami kokią nors kitą plokštę, kurioje yra garso grandinė (ketinama duoti ar priimti garso signalą), įsitikinkite, kad tarp dviejų plokščių GND jungiasi tik 1 taškas, o idealiu atveju tai turėtų būti analoginio garso signalo jungtis taškas.

Signalo IO jungtims su kitais prietaisais / išoriniu pasauliu tinka naudoti 100R rezistorių tarp grandinių GND ir išorinio pasaulio GND viskam (įskaitant skaitmenines grandinės dalis), kad būtų sustabdytos antžeminių kilpų kūrimas.

Kondensatoriai

Naudokite juos visur, kur norite atskirti sekcijas viena nuo kitos. Naudojamos vertės:- 220nF yra tipiška, 100nF yra gerai, jei norite sumažinti dydį / kainą, geriausia neviršyti 100nF.

Nenaudokite keraminių kondensatorių. Priežastis ta, kad keraminiai kondensatoriai kintamosios srovės signalui, kuris sukelia triukšmą, suteiks pjezoelektrinį efektą. Naudokite tam tikro tipo „Poly“- geriausias yra polipropilenas, bet tinka. Tikros garso galvutės taip pat sako, kad nenaudokite elektrolitikų iš eilės, tačiau daugelis dizainerių tai daro be problemų-tai greičiausiai taikoma didelio grynumo programoms, o ne bendram standartiniam garso dizainui.

Nenaudokite tantalo kondensatorių niekur garso signalo keliuose (kai kurie dizaineriai gali nesutikti, tačiau jie gali sukelti siaubingų problemų)

Visuotinai priimtas polikarbonato pakaitalas yra PPS (polifenileno sulfidas).

Aukštos kokybės polikarbonato plėvelė ir polistireno plėvelė bei tefloniniai kondensatoriai ir NPO/COG keraminiai kondensatoriai turi labai žemos įtampos talpos koeficientus, taigi ir labai mažą iškraipymą, o rezultatai yra labai aiškūs naudojant spektro analizatorius ir ausis.

Venkite aukštos K keramikos dielektrinių, jie turi aukštos įtampos koeficientą, kuris, manau, gali sukelti tam tikrų iškraipymų, jei jie būtų naudojami tonų valdymo etape.

Komponentų išdėstymas

Pirmasis bet kokio PCB dizaino žingsnis yra pasirinkti, kur sudėti komponentus. Ši užduotis vadinama „grindų planavimu“. Kruopštus komponentų išdėstymas gali palengvinti signalų nukreipimą ir žemės padalijimą. Tai sumažina triukšmo padidėjimą ir reikalingą plokštės plotą.

Turi būti pasirinktas komponentų išdėstymas analoginiame skyriuje. Komponentai turėtų būti dedami taip, kad būtų sumažintas garso signalų keliamas atstumas. Raskite garso stiprintuvą kuo arčiau ausinių lizdo ir garsiakalbio. Ši padėtis sumažins D klasės garsiakalbių stiprintuvų EMI spinduliuotę ir sumažins mažos amplitudės ausinių signalų jautrumą triukšmui. Įrenginius, tiekiančius analoginį garsą, statykite kuo arčiau stiprintuvo, kad sumažintumėte triukšmą stiprintuvo įvestyse. Visi įvesties signalo pėdsakai veiks kaip RF signalų antenos, tačiau sutrumpinus pėdsakus, sumažėja dažniausiai nerimą keliančių dažnių antenos efektyvumas.

2 žingsnis: jums reikia…

1. TEA2025B garso stiprintuvo IC (ebay.com)

2. 6 vnt. 100uF elektrolitinis kondensatorius (ebay.com)

3. 2 vnt. 470uF elektrolitinis kondensatorius (ebay.com)

4. 2 vnt 0,22uF kondensatorius

5. 2 vnt 0,15uF keramikos kondensatorius

6. Dvigubas garsumo valdymo potenciometras (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 vnt 4 omų 2,5 W garsiakalbis

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

9. LED matrica su vairuotojo IC (Adafruit.com)

10. „Vero Board“ir kai kurie laidai.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC modulis (Adafruit.com)

3 žingsnis: Stiprintuvo grandinės sukūrimas

Pagal pridėtą grandinės schemą visus komponentus prilituokite prie PCB. Kondensatoriams naudokite tikslią vertę. Būkite atsargūs dėl elektrolitinių kondensatorių poliškumo. Stenkitės, kad visas kondensatorius būtų kuo arčiau IC, kad būtų sumažintas triukšmas. Tiesiogiai lituokite IC nenaudodami IC bazės. Būtinai nupjaukite pėdsakus tarp dviejų stiprintuvo IC pusių. Visos litavimo jungtys turi būti tobulos. Tai garso stiprintuvo grandinė, todėl būkite profesionalūs dėl litavimo jungties, ypač dėl žemės (GND).

4 žingsnis: grandinės patikrinimas naudojant garsiakalbį

Užbaigus visą prijungimą ir litavimą, prie stiprintuvo grandinės prijunkite du 4 omų 2,5 W garsiakalbius. Prijunkite garso šaltinį prie grandinės ir įjunkite. Jei viskas klostysis gerai, čia bus be triukšmo.

Garso stiprinimui naudojau garso stiprintuvo TEA2025B IC. Tai puikus garso stiprintuvo lustas, veikiantis plačiame įtampos diapazone (nuo 3 V iki 9 V). Taigi, galite išbandyti bet kokią įtampą diapazone. Aš naudoju 9V adapterį ir viskas gerai. IC gali veikti dvigubo arba tiltinio ryšio režimu. Norėdami gauti daugiau informacijos apie stiprintuvo mikroschemą, patikrinkite duomenų lapą.

5 žingsnis: Paruoškite taškinės matricos priekinį skydelį

Garso signalo vizualizavimui ir datos bei laiko rodymui aš nustatiau taškinės matricos ekraną priekinėje stiprintuvo dėžutės pusėje. Norėdami gerai atlikti darbą, aš naudoju sukamąjį įrankį, kad supjaustyčiau rėmą pagal matricos dydį. Jei jūsų ekrane nėra integruoto tvarkyklės lusto, naudokite jį atskirai. Man labiau patinka dviejų spalvų matrica iš „Adafruit“. Pasirinkę tobulą matricos ekraną, sureguliuokite ekraną prie pagrindo karštais klijais.

Vėliau prijungsime jį prie „Arduino“plokštės. Dviejų spalvų ekranas iš „Adafruit“naudoja „i2c“protokolą, kad galėtų bendrauti su mikrovaldikliu. Taigi, mes prijungsime tvarkyklės IC SCL ir SDA kaištį prie „Arduino“plokštės.

6 veiksmas: programavimas naudojant „Arduino“

Prijunkite „Adafruit Smart“dviejų spalvų taškų matricos ekraną taip:

1. Prijunkite „Arduino 5V“kaištį prie LED matricos + kaiščio.
2. Prijunkite „Arduino GND“kaištį prie mikrofono stiprintuvo GND kaiščio ir LED matricos kaiščio.
3. Galite naudoti maitinimo plokštę, arba „Arduino“turi kelis GND kaiščius. Prijunkite „Arduino“analoginį kaištį 0 prie garso signalo kaiščio.
4. Prijunkite „Arduino“kaiščius SDA ir SCL prie matricos kuprinės D (duomenys) ir C (laikrodis).
5. Ankstesnėse „Arduino“plokštėse nėra SDA ir SCL kaiščių - vietoj to naudokite 4 ir 5 analoginius kaiščius.
6. Įkelkite pridėtą programą ir patikrinkite, ar ji veikia, ar ne:

Pradėkite atsisiųsdami „Piccolo“saugyklą iš „Github“. Pasirinkite mygtuką „atsisiųsti ZIP“. Kai tai bus baigta, suspauskite gautą ZIP failą kietajame diske. Viduje bus du aplankai: „Piccolo“turėtų būti perkeltas į įprastą „Arduino“eskizų knygos aplanką. „Ffft“turėtų būti perkeltas į jūsų „Arduino“bibliotekų aplanką (eskizų knygos aplanke - jei jo nėra, sukurkite jį). Jei nesate susipažinę su „Arduino“bibliotekų diegimu, vadovaukitės šia pamoka. Ir niekada neįdiekite bibliotekos aplanke, esančiame greta pačios „Arduino“programos … tinkama vieta visada yra jūsų namų aplanko pakatalogas! Jei dar neįdiegėte „Adafruit“LED kuprinių bibliotekos (norint naudoti LED matricą), atsisiųskite ir įdiekite kai aplankai ir bibliotekos yra, iš naujo paleiskite „Arduino IDE“, o „Piccolo“eskizas turėtų būti pasiekiamas meniu Failas-> Sketchbook.

Atidarę „Piccolo“eskizą, meniu „Įrankiai“pasirinkite „Arduino“plokštės tipą ir nuoseklųjį prievadą. Tada spustelėkite mygtuką Įkelti. Po kurio laiko, jei viskas bus gerai, pamatysite pranešimą „Įkėlimas baigtas“. Jei viskas gerai, matysite bet kokio garso įvesties garso spektrą.

Jei jūsų sistema veikia gerai, įkelkite visą.ino eskizą, pridėtą prie dvejetainio laikrodžio pridėjimo su garso vizualizacija žingsnio. Garso įvesties atveju garsiakalbis parodys garso spektrą, priešingu atveju - laiką ir datą.

7 žingsnis: sutvarkykite visus dalykus kartu

Dabar prie dėžutės karštais klijais pritvirtinkite stiprintuvo grandinę, kurią sukūrėte ankstesniame etape. Atlikite šiuo veiksmu pridėtus vaizdus.

Prijungę stiprintuvo grandinę, dabar prie dėžutės prijunkite MP3 + FM imtuvo modulį. Prieš tvirtindami klijais, patikrinkite, ar jis veikia. Jei viskas gerai, pataisykite jį klijais. MP3 modulio garso išvestis turi būti prijungta prie stiprintuvo grandinės įvesties.

8 žingsnis: vidiniai ryšiai ir galutinis produktas

Jei garsiakalbis gauna ir garso signalas rodo garso spektrą, kitaip rodoma data ir laikas BCD dvejetainiu formatu. Jei jums patinka programavimas ir skaitmeninės technologijos, tada esu tikras, kad jums patinka dvejetainis. Man patinka dvejetainis ir dvejetainis laikrodis. Anksčiau sukūriau dvejetainį riešo laikrodį, o laiko formatas yra toks pat kaip ir mano ankstesnio laikrodžio. Taigi, iliustracijai apie laiko formatą pridėjau ankstesnį laikrodžio vaizdą, nepateikdamas kito.

Ačiū.

Ketvirtasis prizas „Circuits“konkurse 2016 m

Pirmasis prizas stiprintuvų ir garsiakalbių konkurse 2016 m