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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Volim pojačala i danas ću podijeliti svoje stolno pojačalo male snage koje sam nedavno napravio. Pojačalo koje sam dizajnirao ima neke zanimljive karakteristike. 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 sata, slijedite donje korake da biste napravili vlastitu kopiju.

Korak 1: Savjeti za dizajn dobrih pojačala

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

Snaga

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

Uzemljenje

Uzemljenje igra jednu, najznačajniju ulogu u određivanju da li sistem postiže potencijal uređaja. Loše uzemljen sistem će vjerovatno imati veliku distorziju, šum, preslušavanje i RF osjetljivost. Iako se može postaviti pitanje koliko vremena treba posvetiti uzemljenju sistema, pažljivo osmišljena shema uzemljenja sprječava nastanak velikog broja problema.

Teren u bilo kojem sistemu mora služiti dvije svrhe. Prvo, to je povratni put za sve struje koje teku prema uređaju. Drugo, to je referentni napon i za digitalna i za analogna kola. Uzemljenje bi bilo jednostavna vježba ako bi napon na svim mjestima 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. Bilo koja žica žice također čini induktor. To znači da kad god struja teče iz baterije u opterećenje i natrag u bateriju, putanja struje ima neki induktivitet. Induktivnost povećava impedanciju tla na visokim frekvencijama.

Iako projektiranje najboljeg zemaljskog sistema za određenu aplikaciju nije jednostavan zadatak, neke opće smjernice vrijede za sve sisteme.

1. Uspostavite kontinuiranu ravninu zemlje za digitalna kola: Digitalna struja u ravnini uzemljenja teži istom rutom kojom je išao originalni signal. Ova putanja stvara najmanju površinu petlje za struju, čime se minimiziraju efekti 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 bi trebao pokriti isto područje kao i trag digitalnog signala i imati što manje prekida u svom kontinuitetu. Svi prekidi u ravnini uzemljenja, uključujući vijase, uzrokuju da struja zemlje teče u većoj petlji nego što je idealno, čime se povećava zračenje i buka.
2. Držite uzemljene struje odvojene: Struje uzemljenja za digitalna i analogna kola moraju biti odvojena kako bi se spriječilo da digitalne struje dodaju šum analognim krugovima. Najbolji način da se to postigne je pravilnim postavljanjem 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 zvijezda 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 sistemu. Da biste spriječili ovaj problem, osigurajte namjenske povratne staze za uzemljenje napajanja premoštenog pojačala i uzemljenje priključka za slušalice. Izolacija omogućuje tim strujama da se vraćaju u bateriju bez utjecaja na napon drugih dijelova uzemljenja. Zapamtite da se te namjenske povratne staze ne smiju usmjeravati pod tragovima digitalnog signala jer bi mogle blokirati digitalne povratne struje.
4. Maksimalno povećajte učinkovitost zaobilaznih kondenzatora: Gotovo svi uređaji zahtijevaju zaobilazne kondenzatore kako bi osigurali trenutnu struju. Da biste smanjili induktivitet između kondenzatora i priključka za napajanje uređaja, postavite ove kondenzatore što je moguće bliže priključku za napajanje koji zaobilaze. Svaki induktivitet smanjuje učinkovitost bypass kondenzatora. Slično, kondenzator mora imati nisko impedansnu vezu sa masom kako bi se smanjila visokofrekventna impedansa kondenzatora. Izravno spojite uzemljenu stranu kondenzatora na ravninu 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 spojnica. 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 zvučnih kola. Za audio krug upotrijebite zasebnu vezu s uzemljenjem i dobro je ne koristiti ravnine uzemljenja za audio kola. Povezivanje uzemljenja (GND) audio pojačala je vrlo važno u usporedbi s uzemljenjem drugih tranzistora, IC -a itd. Ako postoji buka uzemljenja između dva pojačala će ga izlaziti.

Razmislite o napajanju važnih IC -ova i svega osjetljivog koristeći otpornik od 100R 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 PCB bakra) i imajte na umu da će doći do pada napona na otporniku.

Za dizajne zasnovane na transformatorima želite da ispravljački kondenzatori budu što je moguće bliže ispravljačkim pinovima i povezani preko vlastitih debelih tragova zbog velikih struja punjenja na sam pogled 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 mnogo bolje držati kondenzator lokalno uz ispravljač mosta kako biste smanjili ove impulse energije velike struje. Ako je audio pojačalo u blizini ispravljača, nemojte locirati veliki kondenzator pored pojačala kako biste izbjegli da ovaj kondenzator uzrokuje ovaj problem, ali ako postoji mala udaljenost, onda je pojačalo vlastiti kondenzator dok pluta napuni iz izvora napajanja i završi s relativno visokom impedansom zbog duljine bakra.

Locirajte i regulatore napona koje koristi audio sklop u blizini ispravljača / ulaza PSU -a i povežite se sa vlastitim vezama.

Signali

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

Držite digitalne uzemljene zrakoplove dalje od audio GND -a i općenito audio kola. Hum se može uvesti u zvuk jednostavno sa 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 povezuje između 2 ploče, a to bi idealno trebalo biti na priključku audio analognog signala tačka.

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.

Ne koristite keramičke kondenzatore. Razlog je taj što će keramički kondenzatori dati piezoelektrični učinak izmjeničnom signalu koji uzrokuje šum. Upotrijebite neku vrstu polipropilena - polipropilen je najbolji, ali bilo koji će poslužiti. 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 tantalske kondenzatore nigdje unutar putanja audio signala (neki se dizajneri mogu složiti s tim, 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 kapacitivnosti, a time i vrlo mala 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. Ovaj zadatak se naziva "tlocrtno planiranje". Pažljivo postavljanje komponenti može olakšati usmjeravanje signala i podjelu uzemljenja. Smanjuje hvatanje buke i potrebnu površinu ploče.

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

Korak 2: Treba vam…

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 sa upravljačkim sklopom (Adafruit.com)

10. Vero ploča i neke žice.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC modul (Adafruit.com)

Korak 3: Napravite krug pojačala

Prema priloženom dijagramu kruga lemite cijele komponente u tiskanu ploču. Koristite tačne 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 kola sa zvučnikom

Nakon što ste dovršili sve spajanje i lemljenje, spojite dva 4 ohmska 2.5W zvučnika na kolo pojačala. Spojite izvor zvuka na strujno kolo i uključite ga. Ako sve prođe dobro, ovdje ćete čuti zvuk bez buke.

Koristio sam IC pojačalo TEA2025B za audio pojačanje. 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 povezivanja. Za više detalja 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 posao obavio lijepo, pomoću rotacijskog alata izrezao sam okvir prema veličini matrice. Ako vaš zaslon nema integrirani upravljački čip, koristite 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 ekran iz Adafruit-a koristi i2c protokol za komunikaciju sa mikrokontrolerom. Dakle, spojit ćemo SCL i SDA pin upravljačkog sklopa upravljačkog programa na Arduino ploču.

Korak 6: Programiranje s Arduinom

Spojite Adafruit Smart dvobojni matrični ekran Adafruit kao:

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 matičnu ploču ili Arduino ima na raspolaganju više GND pinova. Spojite Arduino analogni pin 0 na pin audio signala.
4. Spojite Arduino iglice SDA i SCL na matrični ruksak D (podaci) i C (sat) pinove, 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 dugme "preuzmi ZIP". Nakon što ovo završite, raspakirajte rezultirajuću ZIP datoteku na vašem tvrdom disku. Unutra će biti dvije fascikle: “Piccolo” treba premjestiti u vašu uobičajenu mapu Arduino skica. “Ffft” treba premjestiti u vašu Arduino mapu “Biblioteke” (unutar mape sketchbook - ako je nema, stvorite je). Ako niste upoznati s instaliranjem Arduino biblioteka, slijedite ovaj vodič. I nikada nemojte instalirati u fasciklu Library pored same Arduino aplikacije … odgovarajuća lokacija uvijek je poddirektorij vaše matične mape! Ako već niste instalirali Adafruit LED Backpack Library (za korištenje LED matrice), preuzmite i instalirajte Kada se mape i biblioteke smjeste, ponovo pokrenite Arduino IDE, a skica “Piccolo” trebala bi biti dostupna iz izbornika Datoteka-> Sketchbook.

S otvorenom Piccolo skicom, odaberite vrstu Arduino ploče i serijski port iz izbornika Alati. Zatim kliknite na dugme Upload. Nakon nekog vremena, ako sve prođe kako treba, vidjet ćete poruku "Učitavanje je završeno". Ako sve prođe dobro, vidjet ćete audio spektar za bilo koji audio ulaz.

Ako vaš sistem radi dobro, prenesite skicu complete.ino u prilogu sa korakom za dodavanje binarnog sata sa audio vizualizacijom. Za bilo koji 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. Pratite 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: Interne 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 ti.

Četvrta nagrada na takmičenju u krugovima 2016

Prva nagrada na takmičenju pojačala i zvučnika 2016