Настолен усилвател с аудио визуализация, двоичен часовник и FM приемник: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Харесвам усилватели и днес ще споделя моя настолен усилвател с ниска мощност, който направих наскоро. Усилвателят, който проектирах, има някои интересни функции. Той има вграден двоичен часовник и може да дава час и дата и може да визуализира аудио често наричан анализатор на аудио спектър. Можете да го използвате като FM приемник или MP3 плейър. Ако харесвате моя часовник усилвател, следвайте стъпките по -долу, за да направите свое собствено копие.

Стъпка 1: Добри съвети за проектиране на усилватели

Проектирането на безшумна аудио схема с добро качество е наистина трудно дори за опитен дизайнер. Така че, трябва да следвате някои съвети, за да подобрите дизайна си.

Мощност

Усилвателите на високоговорителите обикновено се захранват директно от напрежението на основната система и изискват относително висок ток. Съпротивлението в следата ще доведе до падане на напрежението, което намалява захранващото напрежение на усилвателя и загубата на енергия в системата. Съпротивлението на следите също така кара нормалните колебания в захранващия ток да се преобразуват в колебания в напрежението. За да увеличите максимално производителността, използвайте къси широки следи за всички захранващи устройства на усилвателя.

Заземяване

Заземяването играе единствената, най -значима роля за определяне дали потенциалът на устройството е постигнат от системата. Лошо заземената система вероятно ще има големи изкривявания, шум, кръстосани смущения и RF чувствителност. Въпреки че може да се постави под въпрос колко време трябва да се отдели за заземяване на системата, внимателно проектираната схема на заземяване предотвратява възникването на голям брой проблеми.

Земята във всяка система трябва да служи за две цели. Първо, това е пътят на връщане за всички токове, протичащи към устройство. Второ, това е референтното напрежение както за цифрови, така и за аналогови схеми. Заземяването би било просто упражнение, ако напрежението във всички точки на земята може да бъде същото. В действителност това не е възможно. Всички проводници и следи имат ограничено съпротивление. Това означава, че когато през земята тече ток, ще има съответно спадане на напрежението. Всяка верига от тел също образува индуктор. Това означава, че когато токът тече от батерията към товар и обратно към батерията, пътят на тока има известна индуктивност. Индуктивността увеличава импеданса на земята при високи честоти.

Докато проектирането на най -добрата наземна система за конкретно приложение не е проста задача, някои общи насоки се прилагат за всички системи.

1. Установете непрекъсната земна равнина за цифрови схеми: Цифровият ток в заземяващата равнина има тенденция да следва същия маршрут, по който е поел оригиналният сигнал. Този път създава най -малката зона на контура за тока, като по този начин минимизира ефектите на антената и индуктивността. Най -добрият начин да се гарантира, че всички цифрови сигнални следи имат съответна земна пътека, е да се установи непрекъсната равнина на земята върху слоя, непосредствено в непосредствена близост до сигналния слой. Този слой трябва да обхваща същата област като проследяването на цифровия сигнал и да има възможно най -малко прекъсвания в неговата непрекъснатост. Всички прекъсвания в заземяващата равнина, включително проходите, карат земния ток да тече в по -голяма верига от идеалната, като по този начин увеличава радиацията и шума.
2. Дръжте земните токове отделни: Заземяващите токове за цифрови и аналогови вериги трябва да бъдат разделени, за да се предотврати добавянето на шум към цифровите токове към аналоговите вериги. Най -добрият начин да постигнете това е чрез правилното разположение на компонентите. Ако всички аналогови и цифрови вериги са поставени на отделни части на печатната платка, земните токове естествено ще бъдат изолирани. За да работи това добре, аналоговият участък трябва да съдържа само аналогови схеми на всички слоеве на печатната платка.
3. Използвайте техниката за заземяване със звезда за аналогови схеми: Усилвателите на аудио мощност са склонни да извличат относително големи токове, които могат да повлияят неблагоприятно както на техните собствени, така и на други заземяващи референции в системата. За да предотвратите този проблем, осигурете специални пътища за връщане за заземяването на мостовия усилвател и заземяването на жака за слушалки. Изолацията позволява на тези токове да се връщат обратно към акумулатора, без да влияят на напрежението на други части на заземителната равнина. Не забравяйте, че тези специални пътища за връщане не трябва да се маршрутизират под следи от цифрови сигнали, тъй като те могат да блокират цифровите връщащи токове.
4. Увеличете максимално ефективността на байпасните кондензатори: Почти всички устройства изискват байпасни кондензатори за осигуряване на мигновен ток. За да сведете до минимум индуктивността между кондензатора и захранващия щифт на устройството, разположете тези кондензатори възможно най -близо до захранващия щифт, който заобикалят. Всяка индуктивност намалява ефективността на байпасния кондензатор. По същия начин, кондензаторът трябва да бъде снабден с ниско съпротивление към земята, за да се сведе до минимум високочестотния импеданс на кондензатора. Директно свържете заземяващата страна на кондензатора към равнината на земята, вместо да го насочвате по следа.
5. Наводнете цялата неизползвана зона на печатни платки със заземяване: Всеки път, когато две парчета мед преминават близо един до друг, между тях се образува малка капацитивна връзка. Чрез пускане на наводнение в близост до следи от сигнали, нежелана високочестотна енергия в сигналните линии може да бъде намалена към земята чрез капацитивната връзка.

Опитайте се да държите захранващите устройства, трансформатора и шумните цифрови вериги далеч от вашата аудио схема. Използвайте отделна земна връзка за аудио верига и е добре да не използвате заземяващи равнини за аудио верига. Земната (GND) връзка на аудио усилвателя е много важна в сравнение със земята на други транзистори, IC и т.н., ако има заземен шум между двата, тогава усилвателят ще го изведе.

Помислете за захранване на важни интегрални схеми и всичко чувствително, като използвате резистор 100R между тях и +V. Включете кондензатор с приличен размер (напр. 220uF) от страната на IC на резистора. Ако IC ще издърпа много енергия, след това се уверете, че резисторът може да се справи с това (изберете достатъчно висока мощност и осигурете потъване на медта на печатни платки, ако е необходимо) и имайте предвид, че ще има спад на напрежението в резистора.

За конструкции, базирани на трансформатори, искате токоизправителните кондензатори да бъдат възможно най -близо до изправителните щифтове и свързани чрез техните собствени дебели коловози поради големите токове на зареждане в самия поглед на коригираната грешна вълна. Тъй като изходното напрежение на токоизправителя надвишава спадащото напрежение на кондензатора, в зареждащата верига се създава импулсен шум, който може да бъде прехвърлен в аудио веригата, ако те споделят едно и също парче мед в някоя от електропроводите. Не можете да се отървете от импулсния ток на зареждане, така че е много по -добре да държите кондензатора локално до мостовия токоизправител, за да сведете до минимум тези енергийни импулси с голям ток. Ако аудио усилвател е близо до токоизправителя, тогава не локализирайте голям кондензатор до усилвателя, за да избегнете този кондензатор, причиняващ този проблем, но ако има малко разстояние, тогава е добре да се даде на усилвателя собствен кондензатор, когато той плава зарежда се от захранването и завършва с относително висок импеданс поради дължината на медта.

Намерете регулатори на напрежение, които се използват от аудио схемата в близост до токоизправители / вход за захранване и се свържете със собствените си връзки.

Сигнали

Когато е възможно, избягвайте входящите и изходящите аудио сигнали към и от интегралната схема, работещи паралелно на печатната платка, тъй като това може да причини колебания, които се подават от изхода обратно към входа. Не забравяйте, че само 5mV може да предизвика много шум!

Пазете цифровите заземяващи самолети далеч от аудио GND и аудио схеми като цяло. Hum може да бъде въведен в аудиото просто от песни, които са твърде близо до цифрови самолети.

Когато се свързвате с друго оборудване, ако захранвате друга платка, която включва аудио схема (ще подава или приема аудио сигнал), уверете се, че има само 1 точка, в която GND се свързва между двете платки и това в идеалния случай трябва да бъде при връзката на аудио аналоговия сигнал точка.

За IO връзки на сигнали към други устройства / външния свят е добър идеал да се използва 100R резистор между веригите GND и GND на външния свят за всичко (включително цифрови части на веригата), за да се спре създаването на земни контури.

Кондензатори

Използвайте ги навсякъде, където искате да изолирате раздели един от друг. Стойности, които трябва да се използват:- 220nF е типично, 100nF е добре, ако искате да намалите размера / цената, най-добре е да не падате под 100nF.

Не използвайте керамични кондензатори. Причината е, че керамичните кондензатори ще дадат пиезоелектричен ефект на променлив сигнал, който причинява шум. Използвайте поли от някакъв вид - Полипропиленът е най -добрият, но всеки ще се справи. Истинските аудио глави също казват, че не използват електролитика в реално време, но много дизайнери правят това без проблем-това е вероятно за приложения с висока чистота, а не общ стандартен аудио дизайн.

Не използвайте танталови кондензатори навсякъде в пътищата на аудио сигнала (някои дизайнери може да не са съгласни, но могат да причинят ужасни проблеми)

Общоприет заместител на поликарбонат е PPS (полифенилен сулфид).

Висококачествените поликарбонатни филмови и полистиролни филмови и тефлонови кондензатори и керамични кондензатори NPO/COG имат много ниски коефициенти на напрежение на капацитета и следователно много ниски изкривявания, а резултатите са много ясни с помощта на анализатори на спектъра, както и уши.

Избягвайте керамичните диелектрици с високо съдържание на K, те имат висок коефициент на напрежение, което предполагам, че може да доведе до известни изкривявания, ако се използва в етап на контрол на тона.

Поставяне на компоненти

Първата стъпка от всеки дизайн на печатни платки е да изберете къде да поставите компонентите. Тази задача се нарича „етажно планиране“. Внимателното разположение на компонентите може да улесни маршрутизацията на сигнала и разделянето на земята. Той свежда до минимум шума и необходимата площ на дъската.

Трябва да бъде избрано разположението на компонентите в аналоговия раздел. Трябва да се поставят компоненти, за да се сведе до минимум разстоянието, което аудио сигналите изминават. Намерете аудио усилвателя възможно най -близо до жака за слушалки и високоговорителя. Това позициониране ще сведе до минимум излъчването на EMI от усилватели за високоговорители от клас D и ще сведе до минимум чувствителността към шума на сигналите на слушалките с ниска амплитуда. Поставете устройствата, подаващи аналогов звук, възможно най -близо до усилвателя, за да сведете до минимум шума на входовете на усилвателя. Всички следи от входни сигнали ще действат като антени към радиочестотни сигнали, но съкращаването на следите помага за намаляване на ефективността на антената за често срещаните честоти.

Стъпка 2: Имате нужда от …

1. IC усилвател на TEA2025B IC (ebay.com)

2. 6 бр 100uF електролитен кондензатор (ebay.com)

3. 2 бр. 470uF електролитен кондензатор (ebay.com)

4. 2 бр. 0,22uF кондензатор

5. 2 бр. Керамичен кондензатор 0,15uF

6. Потенциометър за двоен контрол на силата на звука (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 бр. 4 ома 2.5W високоговорител

8. Модул MP3 + FM приемник (ebay.com)

9. LED матрица с драйвер IC (Adafruit.com)

10. Vero Board & Някои проводници.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. Модул RTC DS1307 (Adafruit.com)

Стъпка 3: Осъществяване на веригата на усилвателя

Съгласно приложената електрическа схема запоявайте всички компоненти в печатната платка. Използвайте точна стойност за кондензаторите. Внимавайте за полярността на електролитните кондензатори. Опитайте се да държите всички кондензатори възможно най -близо до IC, за да намалите шума до минимум. Директно запояване на IC без използване на IC база. Уверете се, че сте изрязали следите между двете страни на усилвателя IC. Цялата спойка трябва да бъде перфектна. Това е схема на аудио усилвател, така че бъдете професионални относно връзката за запояване, особено относно земята (GND).

Стъпка 4: Тестване на веригата с високоговорител

След като завършите цялата връзка и запояване, свържете два 4 ома 2.5W високоговорителя към веригата на усилвателя. Свържете аудио източник към веригата и го включете. Ако всичко върви добре, тук ще имате безшумен звук.

Използвах TEA2025B аудио усилвател IC за аудио усилване. Това е хубав аудио усилвател чип, който работи в широк диапазон на напрежение (3 V до 9 V). Така че можете да го тествате с всяко напрежение в обхвата. Използвам 9V адаптер и работи добре. IC може да работи в режим на двойна или мостова връзка. За повече подробности относно чипа на усилвателя, моля, проверете листа с данни.

Стъпка 5: Подготовка на предния панел с матрична точка

За визуализация на аудио сигнал и показване на дата и час зададох матричен дисплей в предната страна на усилвателя. За да свърша добре работата, използвах въртящ се инструмент, за да изрежа рамката според размера на матрицата. Ако вашият дисплей няма интегриран драйвер чип, използвайте го отделно. Предпочитам двуцветна матрица от Adafruit. След като изберете перфектен матричен дисплей, настройте дисплея към основата с горещо лепило.

По -късно ще го свържем с дъската на Arduino. Двуцветният дисплей от Adafruit използва i2c протокол за комуникация с микроконтролер. Така че, ние ще свържем SCL и SDA щифт на IC драйвера към платката Arduino.

Стъпка 6: Програмиране с Arduino

Свържете Adafruit Smart двуцветен матричен дисплей като:

1. Свържете 5V щифта на Arduino към LED матрицата + щифт.
2. Свържете щифта GND на Arduino както към GND на микрофонния усилвател, така и към LED матрицата - щифт.
3. Можете да използвате захранваща шина или Arduino разполага с няколко GND пина. Свържете аналоговия щифт 0 на Arduino към щифта на аудио сигнала.
4. Свържете щифтовете на Arduino SDA и SCL към матричните раници D (данни) и C (часовник) съответно.
5. По -ранните платки Arduino не включват щифтове SDA и SCL - вместо това използвайте аналогови щифтове 4 и 5.
6. Качете приложената програма и тествайте дали работи или не:

Започнете, като изтеглите хранилището Piccolo от Github. Изберете бутона „изтегляне на ZIP“. След като това приключи, декомпресирайте получения ZIP файл на вашия твърд диск. Вътре ще има две папки: „Piccolo“трябва да бъде преместено в обичайната ви папка за скици на Arduino. „Ffft“трябва да бъде преместено във вашата папка „Библиотеки“на Arduino (в папката на sketchbook - ако не е там, създайте такава). Ако не сте запознати с инсталирането на библиотеки на Arduino, моля, следвайте този урок. И никога не инсталирайте в папката библиотека в непосредствена близост до самото приложение Arduino … правилното местоположение винаги е поддиректория на вашата домашна папка! Ако все още не сте инсталирали библиотеката Adafruit LED Backpack (за използване на LED матрицата), моля изтеглете и инсталирайте След като папките и библиотеките са разположени, рестартирайте Arduino IDE и скицата „Piccolo“трябва да е достъпна от менюто File-> Sketchbook.

С отворената скица на Piccolo изберете типа на вашата платка Arduino и серийния порт от менюто Инструменти. След това щракнете върху бутона Качване. След малко, ако всичко е наред, ще видите съобщението „Качването приключи“. Ако всичко върви добре, ще видите аудио спектъра за всеки аудио вход.

Ако вашата система работи добре, качете скицата complete.ino, приложена със стъпката за добавяне на двоичен часовник с аудио визуализацията. За всеки аудио вход високоговорителят ще покаже аудио спектър, в противен случай ще покаже часа и датата.

Стъпка 7: Поправете всички неща заедно

Сега прикрепете схемата на усилвателя, която сте изградили в предишния етап, към кутията с горещо лепило. Следвайте изображенията, приложени с тази стъпка.

След като свържете усилвателната верига, сега свържете MP3 + FM приемник в кутията. Преди да го фиксирате с лепило, направете тест, за да се уверите, че работи. Ако работи добре, поправете го с лепило. Аудио изходът на MP3 модула трябва да бъде свързан към входа на веригата на усилвателя.

Стъпка 8: Вътрешни връзки и краен продукт

Ако високоговорителят приема и аудио сигнал, той показва аудио спектър, в противен случай показва дата и час в двоичен формат BCD. Ако харесвате програмирането и цифровите технологии, тогава съм сигурен, че харесвате двоични. Харесвам двоичен и двоичен часовник. Преди това направих двоичен ръчен часовник и форматът на времето е абсолютно същият като предишния ми часовник. Така че, за илюстрация относно формата на времето, добавих предишно изображение на часовника си, без да създам друго.

Благодаря ти.

Четвърта награда в конкурса за вериги 2016

Първа награда в конкурса за усилватели и високоговорители 2016