Ses Görselleştirme, İkili Saat ve FM Alıcılı Masa Amplifikatörü: 8 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Amplifikatörleri severim ve bugün son zamanlarda yaptığım düşük güçlü masa amplifikatörümü paylaşacağım. Tasarladığım amplifikatörün bazı ilginç özellikleri var. Entegre bir ikili saate sahiptir ve saat ve tarih verebilir ve genellikle ses spektrumu analizörü olarak adlandırılan sesi görselleştirebilir. FM alıcı veya MP3 çalar olarak kullanabilirsiniz. Saat amplifikatörümü beğendiyseniz, kendi kopyanızı oluşturmak için aşağıdaki adımları izleyin.

Adım 1: İyi Amplifikatör Tasarım İpuçları

Gürültüsüz, kaliteli bir ses devresi tasarlamak, deneyimli bir tasarımcı için bile gerçekten zordur. Bu nedenle, tasarımınızı daha iyi hale getirmek için bazı ipuçlarını izlemelisiniz.

Güç

Hoparlör amplifikatörleri tipik olarak doğrudan ana sistem voltajından güç alır ve nispeten yüksek akım gerektirir. İzdeki direnç, amplifikatörün besleme voltajını ve sistemdeki atık gücü azaltan voltaj düşüşlerine neden olacaktır. İz direnci ayrıca besleme akımındaki normal dalgalanmaların voltajdaki dalgalanmalara dönüşmesine neden olur. Performansı en üst düzeye çıkarmak için tüm amplifikatör güç kaynakları için kısa geniş izler kullanın.

topraklama

Topraklama, cihazın potansiyelinin sistem tarafından gerçekleştirilip gerçekleştirilmediğini belirlemede tek ve en önemli rolü oynar. Kötü topraklanmış bir sistem muhtemelen yüksek bozulma, gürültü, karışma ve RF duyarlılığına sahip olacaktır. Sistem topraklamasına ne kadar zaman ayrılması gerektiği sorgulanabilse de, dikkatlice tasarlanmış bir topraklama şeması, çok sayıda sorunun oluşmasını engeller.

Herhangi bir sistemdeki zemin iki amaca hizmet etmelidir. Birincisi, bir cihaza akan tüm akımlar için dönüş yoludur. İkincisi, hem dijital hem de analog devreler için referans voltajıdır. Zeminin tüm noktalarındaki voltaj aynı olabilseydi, topraklama basit bir alıştırma olurdu. Gerçekte, bu mümkün değildir. Tüm teller ve izler sonlu bir dirence sahiptir. Bu, topraktan geçen akım olduğunda, buna karşılık gelen bir voltaj düşüşü olacağı anlamına gelir. Herhangi bir tel halkası da bir indüktör oluşturur. Bu, aküden bir yüke ve tekrar aküye akım aktığında, akım yolunun bir miktar endüktansa sahip olduğu anlamına gelir. Endüktans, yüksek frekanslarda toprak empedansını arttırır.

Belirli bir uygulama için en iyi zemin sistemini tasarlamak basit bir iş olmasa da, bazı genel yönergeler tüm sistemler için geçerlidir.

1. Dijital Devreler için Sürekli Bir Yer Düzlemi Oluşturun: Yer düzlemindeki dijital akım, orijinal sinyalin izlediği aynı rotayı izleme eğilimindedir. Bu yol, akım için en küçük döngü alanını yaratır, böylece anten etkilerini ve endüktansı en aza indirir. Tüm dijital sinyal izlerinin karşılık gelen bir yer yoluna sahip olmasını sağlamanın en iyi yolu, sinyal katmanının hemen bitişiğindeki katman üzerinde sürekli bir yer düzlemi oluşturmaktır. Bu katman, dijital sinyal izi ile aynı alanı kapsamalı ve sürekliliğinde mümkün olduğu kadar az kesintiye sahip olmalıdır. Yollar da dahil olmak üzere yer düzlemindeki tüm kesintiler, toprak akımının ideal olandan daha büyük bir döngüde akmasına neden olarak radyasyon ve gürültüyü artırır.
2. Toprak Akımlarını Ayrı Tutun: Dijital akımların analog devrelere gürültü eklemesini önlemek için dijital ve analog devreler için toprak akımları ayrılmalıdır. Bunu başarmanın en iyi yolu, doğru bileşen yerleşimidir. Tüm analog ve dijital devreler PCB'nin ayrı bölümlerine yerleştirilirse toprak akımları doğal olarak izole edilecektir. Bunun iyi çalışması için analog bölüm, PCB'nin tüm katmanlarında yalnızca analog devreler içermelidir.
3. Analog Devreler için Yıldız Topraklama Tekniğini kullanın: Ses güç amplifikatörleri, sistemdeki hem kendi hem de diğer toprak referanslarını olumsuz etkileyebilecek nispeten büyük akımlar çekme eğilimindedir. Bu sorunu önlemek için, köprülü amplifikatör güç toprakları ve kulaklık jakı toprak dönüşleri için özel dönüş yolları sağlayın. İzolasyon, bu akımların, yer düzleminin diğer bölümlerinin voltajını etkilemeden aküye geri akmasına izin verir. Dijital dönüş akımlarını engelleyebileceklerinden, bu özel dönüş yollarının dijital sinyal izleri altında yönlendirilmemesi gerektiğini unutmayın.
4. Baypas Kapasitörlerinin Etkinliğini En Üst Düzeye Çıkarın: Hemen hemen tüm cihazlar, anlık akım sağlamak için baypas kapasitörlerine ihtiyaç duyar. Kondansatör ve cihaz besleme pimi arasındaki endüktansı en aza indirmek için, bu kapasitörleri baypas ettikleri besleme pimine mümkün olduğunca yakın yerleştirin. Herhangi bir endüktans, baypas kapasitörünün etkinliğini azaltır. Benzer şekilde, kondansatörün yüksek frekanslı empedansını en aza indirmek için kapasitöre düşük empedanslı bir bağlantı sağlanmalıdır. Kondansatörün toprak tarafını bir iz üzerinden yönlendirmek yerine doğrudan yer düzlemine bağlayın.
5. Kullanılmayan Tüm PCB Alanını Toprakla Taşkın: İki bakır parçası birbirine yakın çalıştığında, aralarında küçük bir kapasitif bağlantı oluşur. Sinyal izlerinin yakınında yer selini çalıştırarak, sinyal hatlarındaki istenmeyen yüksek frekanslı enerji kapasitif kuplaj yoluyla toprağa yönlendirilebilir.

Güç kaynaklarını, transformatörü ve gürültülü dijital devreleri ses devrelerinizden uzak tutmaya çalışın. Ses devresi için ayrı bir toprak bağlantısı kullanın ve ses devresi için toprak düzlemleri kullanmamak iyidir. Ses yükselticisinin toprak (GND) bağlantısı, diğer transistörlerin topraklaması, IC vb. ile karşılaştırıldığında çok önemlidir, eğer ikisi arasında toprak gürültüsü varsa, amplifikatör bunu çıkışını yapacaktır.

Önemli IC'lere ve bunlar ile +V arasında 100R direnç kullanarak hassas olan her şeye güç vermeyi düşünün. Direncin IC tarafına uygun boyutta (örneğin 220uF) bir seçmeli kapasitör ekleyin. IC çok fazla güç çekecekse, direncin bunu kaldırabileceğinden emin olun (yeterince yüksek bir watt seçin ve gerekirse PCB bakır ısı emicisini sağlayın) ve direnç boyunca voltaj düşüşü olacağını unutmayın.

Transformatör tabanlı tasarımlar için, doğrultucu kapasitörlerinin doğrultucu pimlerine mümkün olduğunca yakın olmasını ve doğrultulmuş günah dalgasının en tepesindeki büyük şarj akımları nedeniyle kendi kalın rayları üzerinden bağlanmasını istersiniz. Doğrultucunun çıkış voltajı, kapasitörün azalan voltajını aştığından, şarj devresinde, herhangi bir güç hattında aynı bakır parçasını paylaşıyorlarsa ses devresine aktarılabilen darbe gürültüsü üretilir. Darbe şarj akımından kurtulamazsınız, bu nedenle bu yüksek akım enerji darbelerini en aza indirmek için kapasitörü köprü doğrultucuya yerel tutmak çok daha iyidir. Bir ses yükseltici doğrultucunun yakınındaysa, bu kapasitörün bu soruna neden olmasını önlemek için amfinin yanına büyük bir kapasitör yerleştirmeyin, ancak biraz mesafe varsa, amplifikatöre yüzerken kendi kapasitörünü vermenin cezası güç kaynağından şarj edilir ve bakırın uzunluğundan dolayı nispeten yüksek bir empedansa sahip olur.

Ses devrelerinin doğrultucu / PSU girişi yakınında kullandığı konum ve voltaj regülatörleri de kendi bağlantılarıyla bağlanır.

sinyaller

Mümkünse, çıkıştan girişe geri beslenen salınımlara neden olabileceğinden, PCB üzerinde paralel çalışan IC'lere gelen ve giden ses sinyallerinden kaçının. Sadece 5mV'nin bol miktarda uğultuya neden olabileceğini unutmayın!

Dijital yer düzlemlerini genel olarak ses GND'sinden ve ses devrelerinden uzak tutun. Vızıltı, dijital düzlemlere çok yakın olan parçalardan sese dahil edilebilir.

Diğer ekipmanlarla arabirim kurarken, ses devresi içeren (bir ses sinyali verecek veya alacak) başka bir karta güç veriyorsanız, GND'nin 2 kart arasında bağlandığı yalnızca 1 nokta olduğundan emin olun ve bu ideal olarak ses analog sinyal bağlantısında olmalıdır. puan.

Diğer cihazlara / dış dünyaya sinyal IO bağlantıları için, oluşturulan toprak döngülerini durdurmak için her şey için (devrenin dijital parçaları dahil) GND devreleri ile dış dünya GND arasında 100R direnç kullanmak iyi bir idealdir.

kapasitörler

Bölümleri birbirinden izole etmek istediğiniz her yerde kullanın. Kullanılacak değerler: - 220nF tipiktir, boyutu / maliyeti azaltmak istiyorsanız 100nF iyidir, en iyisi 100nF'nin altına düşmemek.

Seramik kapasitörler kullanmayın. Bunun nedeni, seramik kapasitörlerin, gürültüye neden olan bir AC sinyaline piezoelektrik etki vermesidir. Bir tür Poli kullanın - Polipropilen en iyisidir, ancak herhangi biri yapacaktır. Gerçek ses kafaları ayrıca, elektroliti hat içinde kullanmadığını söylüyor, ancak birçok tasarımcı sorunsuz kullanıyor - bu, genel standart ses tasarımı için değil, yüksek saflıktaki uygulamalar için olasıdır.

Ses sinyali yollarında herhangi bir yerde tantal kapasitör kullanmayın (bazı tasarımcılar aynı fikirde olmayabilir ancak korkunç sorunlara neden olabilirler)

Polikarbonat için genel olarak kabul edilen bir ikame, PPS'dir (Polifenilen Sülfür).

Yüksek kaliteli polikarbonat film ve polistiren film ve teflon kapasitörler ve NPO/COG seramik kapasitörler çok düşük voltaj kapasitans katsayılarına sahiptir ve bu nedenle çok düşük bozulma ve spektrum analizörleri ve kulaklar kullanılarak sonuçlar çok nettir.

Yüksek-K seramik dielektrik olanlardan kaçının, bir ton kontrol aşamasında kullanıldıklarında bir miktar bozulmaya yol açabileceğini tahmin ettiğim yüksek voltaj katsayısına sahipler.

Bileşen Yerleştirme

Herhangi bir PCB tasarımının ilk adımı, bileşenlerin nereye yerleştirileceğini seçmektir. Bu göreve "kat planlama" denir. Dikkatli bileşen yerleştirme, sinyal yönlendirmeyi ve toprak bölümlendirmeyi kolaylaştırabilir. Gürültü alımını ve gerekli pano alanını en aza indirir.

Analog bölüm içindeki bileşen yerleşimi seçilmelidir. Bileşenler, ses sinyallerinin kat ettiği mesafeyi en aza indirecek şekilde yerleştirilmelidir. Ses yükselticiyi kulaklık jakına ve hoparlöre mümkün olduğunca yakın bir yere yerleştirin. Bu konumlandırma, D Sınıfı hoparlör amplifikatörlerinden gelen EMI radyasyonunu en aza indirecek ve düşük genlikli kulaklık sinyallerinin gürültü duyarlılığını en aza indirecektir. Amplifikatör girişlerinde gürültü alımını en aza indirmek için analog ses sağlayan cihazları amplifikatöre mümkün olduğunca yakın yerleştirin. Tüm giriş sinyali izleri, RF sinyallerine anten görevi görecektir, ancak izlerin kısaltılması, tipik olarak ilgili frekanslar için anten verimliliğinin azaltılmasına yardımcı olur.

Adım 2: İhtiyacınız Var…

1. TEA2025B Ses Yükseltici IC (ebay.com)

2. 6 adet 100uF Elektrolitik Kondansatör (ebay.com)

3. 2 adet 470uF Elektrolitik Kondansatör (ebay.com)

4. 2 adet 0.22uF Kondansatör

5. 2 adet 0.15uF Seramik Kondansatör

6. Çift Ses Kontrol Potansiyometresi (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 adet 4 ohm 2.5W Hoparlör

8. MP3 + FM Alıcı Modülü (ebay.com)

9. Sürücü IC'li LED Matrisi (Adafruit.com)

10. Vero Kurulu ve Bazı teller.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. DS1307 RTC Modülü (Adafruit.com)

Adım 3: Amplifikatör Devresinin Yapılması

Ekteki devre şemasına göre tüm bileşenleri PCB'ye lehimleyin. Kondansatörler için doğru değeri kullanın. Elektrolitik kapasitörlerin polaritesine dikkat edin. Gürültüyü en aza indirmek için tüm kapasitörü IC'ye mümkün olduğunca yakın tutmaya çalışın. IC tabanını kullanmadan doğrudan IC'yi lehimleyin. Amplifikatör IC'nin iki tarafı arasındaki izleri kestiğinizden emin olun. Tüm lehim eklemi mükemmel olmalıdır. Bu bir ses yükseltici devresidir, bu nedenle özellikle topraklama (GND) konusunda lehimleme bağlantısı konusunda profesyonel olun.

Adım 4: Devreyi Hoparlörle Test Etme

Tüm bağlantı ve lehimleme işlemlerini tamamladıktan sonra iki adet 4 ohm 2.5W hoparlörü amplifikatör devresine bağlayın. Devreye bir ses kaynağı bağlayın ve açın. Her şey yolunda giderse, burada gürültüsüz ses alacaksınız.

Ses amplifikasyonu için TEA2025B ses yükseltici IC'yi kullandım. Geniş bir voltaj aralığında (3 V ila 9 V) çalışan güzel bir ses yükseltici çipidir. Böylece, aralık içindeki herhangi bir voltajla test edebilirsiniz. 9V adaptör kullanıyorum ve iyi çalışıyor. IC, ikili veya köprü bağlantı modunu çalıştırabilir. Amplifikatör çipi hakkında daha fazla ayrıntı için lütfen veri sayfasını kontrol edin.

Adım 5: Dot Matrix Ön Panelini Hazırlama

Ses sinyalinin görselleştirilmesi ve tarih ve saatin görüntülenmesi için amplifikatör kutusunun ön tarafına bir nokta vuruşlu ekran yerleştirdim. İşi güzel yapmak için çerçeveyi matrisin boyutuna göre kesmek için döner alet kullandım. Ekranınızda tümleşik sürücü yongası yoksa ayrı bir tane kullanın. Adafruit'ten Bi-color matrix'i tercih ederim. Mükemmel matris görüntüsünü seçtikten sonra, ekranı sıcak tutkalla tabana ayarlayın.

Arduino kartına daha sonra bağlayacağız. Adafruit'in iki renkli ekranı, mikrodenetleyici ile iletişim kurmak için i2c protokolünü kullanır. Böylece, sürücü IC'sinin SCL ve SDA pinini Arduino kartına bağlayacağız.

Adım 6: Arduino ile Programlama

Adafruit Smart Çift renkli nokta vuruşlu ekranı şu şekilde bağlayın:

1. Arduino 5V pinini LED matrix + pinine bağlayın.
2. Arduino GND pinini hem mikrofon amp GND pinine hem de LED matrix – pinine bağlayın.
3. Bir devre tahtası güç rayı kullanabilirsiniz veya Arduino'nun birden fazla GND pini vardır. Arduino analog pin 0'ı ses sinyali pinine bağlayın.
4. Arduino pinleri SDA ve SCL'yi sırasıyla matris sırt çantası D (veri) ve C (saat) pinlerine bağlayın.
5. Daha önceki Arduino kartları, SDA ve SCL pinlerini içermez - bunun yerine analog pin 4 ve 5'i kullanın.
6. Ekli programı yükleyin ve çalışıp çalışmadığını test edin:

Github'dan Piccolo deposunu indirerek başlayın. “ZIP indir” düğmesini seçin. Bu bittiğinde, elde edilen ZIP dosyasını sabit sürücünüzde açın. İçeride iki klasör olacak: “Piccolo”, normal Arduino eskiz defteri klasörünüze taşınmalıdır. "ffft", Arduino "Libraries" klasörünüze taşınmalıdır (eskiz defteri klasörünün içinde - orada değilse, bir tane oluşturun). Arduino kitaplıklarını yüklemeye aşina değilseniz, lütfen bu öğreticiyi izleyin. Ve asla Arduino uygulamasının yanındaki Library klasörüne kurmayın… doğru konum her zaman ana klasörünüzün bir alt dizinidir! Adafruit LED Backpack Library'yi henüz kurmadıysanız (LED matrisini kullanmak için), lütfen indirin ve kurun. Klasörler ve kitaplıklar yerleştirildikten sonra, Arduino IDE'yi yeniden başlatın ve “Piccolo” taslağı, Dosya->Sketchbook menüsünden erişilebilir olmalıdır.

Piccolo taslağı açıkken, Araçlar menüsünden Arduino kart tipinizi ve seri portunuzu seçin. Ardından Yükle düğmesini tıklayın. Bir süre sonra her şey yolunda giderse "Yükleme tamamlandı" mesajını görürsünüz. Her şey yolunda giderse, herhangi bir ses girişi için ses spektrumunu göreceksiniz.

Sisteminiz iyi çalışıyorsa, sesli görselleştirme ile ikili saat ekleme adımıyla birlikte ekli complete.ino taslağını yükleyin. Herhangi bir ses girişi için hoparlör ses spektrumunu gösterecek, aksi takdirde saat ve tarihi gösterecektir.

7. Adım: Her Şeyi Birlikte Düzeltmek

Şimdi, bir önceki aşamada kurduğunuz amplifikatör devresini sıcak tutkalla kutuya takın. Bu adımla ekli resimleri takip edin.

Amplifikatör devresini bağladıktan sonra şimdi MP3 + FM alıcı modülünü kutuya bağlayın. Tutkalla sabitlemeden önce, çalıştığından emin olmak için bir test yapın. İyi çalışıyorsa, yapıştırıcı ile düzeltin. MP3 modülünün ses çıkışı, amplifikatör devresinin girişine bağlanmalıdır.

Adım 8: Dahili Bağlantılar ve Nihai Ürün

Hoparlör ve ses sinyali alıyorsa, ses spektrumunu gösterir, aksi takdirde tarih ve saati BCD ikili formatında gösterir. Programlamayı ve dijital teknolojiyi seviyorsanız, eminim ki ikiliyi seviyorsunuzdur. İkili ve ikili saati severim. Daha önce ikili kol saati yapmıştım ve saat formatı önceki saatimle birebir aynı. Bu nedenle, saat formatı hakkında örnek vermek için saatimin önceki görüntüsünü başka bir üretmeden ekledim.

Teşekkürler.

2016 Devreler Yarışmasında Dördüncülük Ödülü

Amfiler ve Hoparlörler Yarışması 2016 Birincilik Ödülü