Amplificator de birou cu vizualizare audio, ceas binar și receptor FM: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Îmi plac amplificatoarele și astăzi, voi împărtăși amplificatorul meu de birou cu putere redusă pe care l-am făcut recent. Amplificatorul pe care l-am proiectat are câteva caracteristici interesante. Are un ceas binar integrat și poate da ora și data și poate vizualiza sunetul numit adesea analizor de spectru audio. Îl puteți folosi ca receptor FM sau MP3 player. Dacă vă place amplificatorul meu de ceas, urmați pașii de mai jos pentru a vă crea propria copie.

Pasul 1: Sfaturi bune pentru proiectarea amplificatorului

Proiectarea unui circuit audio de bună calitate fără zgomot este foarte grea chiar și pentru un designer cu experiență. Deci, ar trebui să urmați câteva sfaturi pentru a vă îmbunătăți designul.

Putere

Amplificatoarele pentru difuzoare sunt de obicei alimentate direct de la tensiunea principală a sistemului și necesită curent relativ mare. Rezistența la urmă va avea ca rezultat căderi de tensiune care reduc tensiunea de alimentare a amplificatorului și risipă puterea din sistem. Rezistența la urmă determină, de asemenea, fluctuațiile normale ale curentului de alimentare să se transforme în fluctuații de tensiune. Pentru a maximiza performanța, utilizați urme scurte și largi pentru toate sursele de alimentare ale amplificatorului.

Împământare

Împământarea joacă rolul unic și cel mai semnificativ în a determina dacă potențialul dispozitivului este atins de sistem. Un sistem slab împământat va avea probabil distorsiuni ridicate, zgomot, diafragmă și susceptibilitate la RF. Deși se poate pune la îndoială cât de mult timp ar trebui să fie dedicat împământării sistemului, o schemă de împământare atent concepută împiedică să apară vreodată un număr mare de probleme.

Terenul din orice sistem trebuie să servească două scopuri. În primul rând, este calea de retur pentru toți curenții care curg către un dispozitiv. În al doilea rând, este tensiunea de referință atât pentru circuitele digitale, cât și pentru cele analogice. Împământarea ar fi un exercițiu simplu dacă tensiunea în toate punctele solului ar putea fi aceeași. În realitate, acest lucru nu este posibil. Toate firele și urmele au o rezistență finită. Aceasta înseamnă că ori de câte ori curentul curge prin sol, va exista o cădere de tensiune corespunzătoare. Orice buclă de sârmă formează, de asemenea, un inductor. Aceasta înseamnă că ori de câte ori curentul curge de la baterie la o sarcină și înapoi la baterie, calea curentului are o anumită inductanță. Inductanța crește impedanța la sol la frecvențe înalte.

În timp ce proiectarea celui mai bun sistem de sol pentru o anumită aplicație nu este o sarcină simplă, unele linii directoare generale se aplică tuturor sistemelor.

1. Stabiliți un plan de masă continuu pentru circuite digitale: curentul digital în planul de masă tinde să urmeze același traseu pe care l-a luat semnalul original. Această cale creează cea mai mică zonă de buclă pentru curent, reducând astfel efectele și inductanța antenei. Cea mai bună modalitate de a vă asigura că toate urmele digitale ale semnalului au o cale corespunzătoare la sol este stabilirea unui plan de masă continuu pe stratul imediat adiacent stratului de semnal. Acest strat ar trebui să acopere aceeași zonă cu urmărirea semnalului digital și să aibă cât mai puține întreruperi în continuitate posibil. Toate întreruperile din planul de la sol, inclusiv viale, fac ca curentul de la sol să curgă într-o buclă mai mare decât este ideal, crescând astfel radiația și zgomotul.
2. Păstrați curenții la sol separați: curenții la sol pentru circuitele digitale și analogice trebuie separate pentru a preveni curenții digitali să adauge zgomot la circuitele analogice. Cel mai bun mod de a realiza acest lucru este prin plasarea corectă a componentelor. Dacă toate circuitele analogice și digitale sunt plasate pe părți separate ale PCB-ului, curenții la sol vor fi în mod natural izolați. Pentru ca acest lucru să funcționeze bine, secțiunea analogică trebuie să conțină numai circuite analogice pe toate straturile PCB-ului.
3. Utilizați tehnica Star Grounding pentru circuite analogice: Amplificatoarele de putere audio tind să atragă curenți relativ mari care pot afecta negativ atât referințele lor la sol, cât și alte referințe la sol din sistem. Pentru a preveni această problemă, asigurați căi de retur dedicate pentru rețelele de alimentare ale amplificatorului cu punte și reîntoarcerile la sol ale mufei pentru căști. Izolarea permite acestor curenți să curgă înapoi la baterie fără a afecta tensiunea altor părți ale planului de masă. Amintiți-vă că aceste căi de retur dedicate nu ar trebui să fie direcționate sub urme de semnal digital, deoarece ar putea bloca curenții de retur digitale.
4. Maximizați eficiența condensatoarelor de bypass: Aproape toate dispozitivele necesită condensatoare de bypass pentru a furniza curent instantaneu. Pentru a minimiza inductanța dintre condensator și pinul de alimentare al dispozitivului, localizați acești condensatori cât mai aproape posibil de pinul de alimentare pe care îl ocolesc. Orice inductanță reduce eficiența condensatorului de bypass. În mod similar, condensatorului trebuie să i se furnizeze o conexiune cu impedanță redusă la masă pentru a minimiza impedanța de înaltă frecvență a condensatorului. Conectați direct partea de masă a condensatorului la planul de masă, mai degrabă decât să o direcționați printr-o urmă.
5. Inundați toate zonele PCB neutilizate cu sol: Ori de câte ori două bucăți de cupru se apropie una de cealaltă, se formează o mică cuplare capacitivă între ele. Prin rularea inundațiilor la sol lângă urmele de semnal, energia nedorită de înaltă frecvență din liniile de semnal poate fi manevrată la sol prin cuplajul capacitiv.

Încercați să păstrați sursele de alimentare, transformatorul și circuitele digitale zgomotoase departe de circuitele audio. Utilizați o conexiune de împământare separată pentru circuitul audio și este bine să nu utilizați planuri de masă pentru circuitele audio. Conexiunea la sol (GND) a amplificatorului audio este foarte importantă în comparație cu masa altor tranzistori, IC etc., dacă există zgomot la sol între cele două, atunci amplificatorul îl va emite.

Luați în considerare alimentarea IC-urilor importante și a oricăror elemente sensibile folosind un rezistor 100R între ele și + V. Includeți un condensator ales de dimensiuni decente (de ex. 220uF) pe partea IC a rezistorului. Dacă IC va trage multă putere, atunci asigurați-vă că rezistența o poate rezolva (selectați o putere suficient de mare și furnizați scufundarea căldurii PCB din cupru, dacă este necesar) și rețineți că va exista o cădere de tensiune pe rezistor.

Pentru proiectele bazate pe transformatoare, doriți ca condensatoarele redresoare să fie cât mai aproape de pinii redresoarelor și să fie conectați prin propriile piste groase, datorită curenților mari de încărcare, chiar în ochiul undei de păcat rectificate. Deoarece tensiunea de ieșire a redresorului depășește tensiunea de descompunere a condensatorului, se produce zgomot de impuls în circuitul de încărcare, care poate fi transferat în circuitul audio dacă împart aceeași bucată de cupru în oricare dintre liniile de alimentare. Nu puteți scăpa de curentul de încărcare a impulsurilor, deci este mult mai bine să păstrați condensatorul local la redresorul de punte, pentru a minimiza aceste impulsuri de curent ridicat de energie. Dacă un amplificator audio este aproape de redresor, atunci nu localizați un condensator mare lângă amplificator pentru a evita acest condensator care provoacă această problemă, dar dacă există un pic de distanță, atunci este bine ca amplificatorul să fie propriul condensator pe măsură ce devine plutitor. încărcat de la sursa de alimentare și ajunge să aibă o impedanță relativ mare datorită lungimii cuprului.

Localizați și regulatoarele de tensiune care sunt utilizate de circuitele audio în apropierea redresoarelor / intrării PSU și conectați-vă și cu propriile conexiuni.

Semnale

Unde este posibil, evitați intrarea și ieșirea semnalelor audio către și de la IC-uri care rulează în paralel pe PCB, deoarece acest lucru poate provoca oscilații care se alimentează de la ieșire înapoi la intrare. Nu uitați că doar 5mV pot provoca o mulțime de zumzet!

Păstrați planurile de masă digitale la distanță de GND audio și de circuitele audio în general. Hum poate fi introdus în audio pur și simplu de pe piese care sunt prea aproape de planuri digitale.

Când interfațați cu alte echipamente, dacă alimentați o altă placă care include circuite audio (va da sau primi un semnal audio) asigurați-vă că există doar 1 punct în care GND se conectează între cele două plăci și acest lucru ar trebui să fie în mod ideal la conexiunea de semnal audio analogic punct.

Pentru conexiunile de semnal IO la alte dispozitive / lumea exterioară este un bun ideal să folosiți un rezistor 100R între circuitele GND și lumea exterioară GND pentru orice (inclusiv părțile digitale ale circuitului) pentru a opri crearea buclelor de masă.

Condensatoare

Folosiți-le oriunde doriți pentru a izola secțiunile una de cealaltă. Valori de utilizat: - 220nF este tipic, 100nF este bine dacă doriți să reduceți dimensiunea / costul, cel mai bine să nu coborâți sub 100nF.

Nu folosiți condensatori ceramici. Motivul este că condensatorii ceramici vor da un efect piezoelectric unui semnal de curent alternativ care provoacă zgomot. Utilizați un poli de un anumit tip - polipropilena este cea mai bună, dar oricare va face. Adevăratele capete audio spun, de asemenea, că nu folosesc electrolitice în linie, dar mulți designeri o fac fără probleme - acest lucru este probabil pentru aplicațiile cu puritate ridicată, nu pentru designul audio standard general.

Nu utilizați condensatori de tantal nicăieri în căile de semnal audio (unii designeri pot să nu fie de acord, dar pot cauza probleme oribile)

Un substitut general acceptat pentru policarbonat este PPS (polifenilen sulfură).

Filmele de policarbonat de înaltă calitate și filmele din polistiren și condensatoarele din teflon și condensatoarele ceramice NPO / COG au coeficienți de tensiune foarte scăzută ai capacității și, prin urmare, o distorsiune foarte scăzută, iar rezultatele sunt foarte clare utilizând analizoare de spectru, precum și urechi.

Evitați-le pe cele dinelectrice ceramice de înaltă K, au un coeficient de înaltă tensiune care cred că ar putea duce la o anumită distorsiune dacă ar fi utilizate într-o etapă de control al tonului.

Plasarea componentelor

Primul pas al oricărui design PCB este alegerea locului de amplasare a componentelor. Această sarcină se numește „planificarea podelei”. Amplasarea atentă a componentelor poate ușura direcționarea semnalului și partiționarea la sol. Minimizează captarea zgomotului și suprafața necesară a plăcii.

Amplasarea componentei în secțiunea analogică trebuie selectată. Componentele trebuie plasate pentru a minimiza distanța pe care o parcurg semnalele audio. Localizați amplificatorul audio cât mai aproape de mufa pentru căști și difuzor. Această poziționare va reduce la minimum radiațiile EMI de la amplificatoarele de difuzoare de clasa D și va minimiza sensibilitatea la zgomot a semnalelor căștilor cu amplitudine mică. Amplasați dispozitivele care furnizează sunet analogic cât mai aproape de amplificator pentru a minimiza captarea zgomotului la intrările amplificatorului. Toate urmele semnalului de intrare vor acționa ca antene la semnalele RF, dar scurtarea urmelor ajută la reducerea eficienței antenei pentru frecvențele de obicei preocupante.

Pasul 2: Ai nevoie de …

1. IC amplificator audio TEA2025B (ebay.com)

2. 6 buc 100uF condensator electrolitic (ebay.com)

3. 2 buc 470uF condensator electrolitic (ebay.com)

4. 2 buc 0.22uF Condensator

5. 2 buc 0.15uF Condensator ceramic

6. Potențiometru cu control dublu al volumului (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 buc 4 ohm 2.5W Difuzor

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

9. LED Matrix cu driver IC (Adafruit.com)

10. Vero Board & Unele fire.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. Modulul RTC DS1307 (Adafruit.com)

Pasul 3: Realizarea circuitului amplificatorului

Conform schemei de circuit atașate, lipiți toate componentele în PCB. Folosiți o valoare exactă pentru condensatori. Aveți grijă la polaritatea condensatoarelor electrolitice. Încercați să păstrați tot condensatorul cât mai aproape de IC pentru a minimiza zgomotul. Lipiți direct IC fără a utiliza baza IC. Asigurați-vă că ați tăiat urmele dintre cele două părți ale IC-ului amplificatorului. Toate îmbinările de lipit trebuie să fie perfecte. Acesta este un circuit de amplificare audio, deci fiți profesioniști în legătură cu conexiunea de lipit, în special cu privire la masă (GND).

Pasul 4: Testarea circuitului cu difuzor

După finalizarea întregii conexiuni și lipire, conectați două difuzoare de 4 ohmi 2,5W la circuitul amplificatorului. Conectați o sursă audio la circuit și alimentați-o. Dacă totul merge bine, veți auzi sunetul fără zgomot.

Am folosit TEA2025B amplificator audio IC pentru amplificare audio. Este un cip de amplificare audio care funcționează într-o gamă largă de tensiune (3 V până la 9 V). Deci, îl puteți testa cu orice tensiune din interval. Folosesc adaptor de 9V și funcționează bine. IC-ul poate opera modul de conectare dual sau bridge. Pentru mai multe detalii despre cipul amplificatorului, vă rugăm să verificați fișa tehnică.

Pasul 5: Pregătirea panoului frontal Matrix Dot

Pentru vizualizarea semnalului audio și afișarea datei și orei am setat un afișaj cu matrice de puncte în partea din față a cutiei amplificatorului. Pentru a face treaba frumos, am folosit unealtă rotativă pentru a tăia cadrul în funcție de dimensiunea matricei. Dacă afișajul dvs. nu are un cip de driver integrat, utilizați unul separat. Prefer matricea Bi-color de la Adafruit. După selectarea afișajului matricial perfect, reglați afișajul la bază cu adeziv fierbinte.

O vom conecta la placa Arduino mai târziu. Afișajul bicolor de la Adafruit utilizează protocolul i2c pentru a comunica cu microcontrolerul. Deci, vom conecta SCL și pinul SDA al driverului IC la placa Arduino.

Pasul 6: Programarea cu Arduino

Conectați afișajul matricial de puncte Adafruit Smart Bi-color ca:

1. Conectați pinul Arduino 5V la matricea LED + pin.
2. Conectați pinul Arduino GND atât la pinul GND al amplificatorului microfon, cât și la pinul matricei LED.
3. Puteți utiliza o șină de alimentare pentru panou sau Arduino are mai mulți pini GND disponibili. Conectați pinul analogic Arduino 0 la pinul de semnal audio.
4. Conectați pinii Arduino SDA și SCL la rucsacul matricial D (date) și respectiv C (ceas) pinii.
5. Plăcile Arduino anterioare nu includ pinii SDA și SCL - în schimb, utilizați pinii analogici 4 și 5.
6. Încărcați programul atașat și testați dacă funcționează sau nu:

Începeți prin descărcarea depozitului Piccolo din Github. Selectați butonul „descărcați ZIP”. Odată ce acest lucru este terminat, decomprimați fișierul ZIP rezultat pe hard diskul dvs. Vor fi două foldere în interior: „Piccolo” ar trebui mutat în folderul obișnuit al schițelor Arduino. „Ffft” trebuie mutat în folderul „Biblioteci” Arduino (în dosarul caietului de schițe - dacă nu este acolo, creați unul). Dacă nu sunteți familiarizați cu instalarea bibliotecilor Arduino, vă rugăm să urmați acest tutorial. Și nu instalați niciodată în folderul Library adiacent aplicației Arduino în sine … locația corectă este întotdeauna un subdirector al folderului dvs. de acasă! Odată ce folderele și bibliotecile sunt situate, reporniți Arduino IDE, iar schița „Piccolo” ar trebui să fie disponibilă din meniul File-> Sketchbook.

Cu schița Piccolo deschisă, selectați tipul plăcii Arduino și portul serial din meniul Instrumente. Apoi faceți clic pe butonul Încărcare. După un moment, dacă totul merge bine, veți vedea mesajul „Încărcare finalizată”. Dacă totul merge bine, veți vedea spectrul audio pentru orice intrare audio.

Dacă sistemul dvs. funcționează bine, încărcați schița complete.ino atașată cu pasul pentru adăugarea ceasului binar cu vizualizarea audio. Pentru orice intrare audio difuzorul va afișa spectrul audio în caz contrar va afișa ora și data.

Pasul 7: Fixarea tuturor lucrurilor împreună

Acum, atașați circuitul amplificator pe care l-ați construit în etapa anterioară la cutia cu adeziv fierbinte. Urmați imaginile atașate cu acest pas.

După conectarea circuitului amplificatorului, conectați acum modulul receptor MP3 + FM în cutie. Înainte de a-l fixa cu adeziv, faceți un test pentru a vă asigura că funcționează. Dacă funcționează bine, fixați-l cu lipici. Ieșirea audio a modulului MP3 trebuie conectată la intrarea circuitului amplificatorului.

Pasul 8: Conexiuni interne și produs final

Dacă difuzorul primește și semnalul audio, acesta arată spectrul audio, altfel arată data și ora în format binar BCD. Dacă vă place programarea și tehnologia digitală, atunci sunt sigur că vă place binarul. Îmi place ceasul binar și binar. Anterior am realizat un ceas de mână binar și formatul orei este exact același cu cel anterior. Deci, pentru ilustrații despre formatul orei, am adăugat imaginea anterioară a ceasului meu fără să produc altul.

Mulțumesc.

Premiul al patrulea la concursul de circuite 2016

Premiul I la Concursul de amplificatori și difuzoare 2016