Penguat Meja Dengan Visualisasi Audio, Jam Biner & Penerima FM: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Saya suka amplifier dan hari ini, saya akan membagikan amplifier meja berdaya rendah yang saya buat baru-baru ini. Amplifier yang saya rancang memiliki beberapa fitur menarik. Ini memiliki jam biner terintegrasi dan dapat memberikan waktu dan tanggal dan dapat memvisualisasikan audio yang sering disebut penganalisis spektrum audio. Anda dapat menggunakannya sebagai penerima FM atau pemutar MP3. Jika Anda menyukai amplifier jam saya, ikuti langkah-langkah di bawah ini untuk membuat salinan Anda sendiri.

Langkah 1: Tips Desain Amplifier yang Baik

Merancang sirkuit audio berkualitas baik yang bebas noise sangat sulit bahkan untuk desainer berpengalaman. Jadi, Anda harus mengikuti beberapa tips untuk membuat desain Anda lebih baik.

Kekuasaan

Amplifier loudspeaker biasanya ditenagai langsung dari tegangan sistem utama dan membutuhkan arus yang relatif tinggi. Perlawanan dalam jejak akan mengakibatkan penurunan tegangan yang mengurangi tegangan suplai penguat dan pemborosan daya dalam sistem. Resistensi jejak juga menyebabkan fluktuasi normal pada arus suplai untuk diubah menjadi fluktuasi tegangan. Untuk memaksimalkan kinerja, gunakan jejak lebar pendek untuk semua catu daya amplifier.

landasan

Pembumian memainkan peran tunggal yang paling signifikan dalam menentukan apakah potensi perangkat dicapai oleh sistem. Sistem ground yang buruk kemungkinan akan memiliki distorsi, noise, crosstalk, dan kerentanan RF yang tinggi. Meskipun orang dapat mempertanyakan berapa banyak waktu yang harus dicurahkan untuk grounding sistem, skema grounding yang dirancang dengan hati-hati mencegah sejumlah besar masalah yang pernah terjadi.

Dasar dalam sistem apapun harus melayani dua tujuan. Pertama, ini adalah jalur balik untuk semua arus yang mengalir ke perangkat. Kedua, ini adalah tegangan referensi untuk sirkuit digital dan analog. Pembumian akan menjadi latihan sederhana jika tegangan di semua titik tanah bisa sama. Pada kenyataannya, ini tidak mungkin. Semua kabel dan jejak memiliki resistansi yang terbatas. Ini berarti bahwa setiap kali ada arus yang mengalir melalui tanah, akan ada penurunan tegangan yang sesuai. Setiap loop kawat juga membentuk induktor. Ini berarti bahwa setiap kali arus mengalir dari baterai ke beban, dan kembali ke baterai, jalur arus memiliki beberapa induktansi. Induktansi meningkatkan impedansi tanah pada frekuensi tinggi.

Meskipun merancang sistem ground terbaik untuk aplikasi tertentu bukanlah tugas yang mudah, beberapa pedoman umum berlaku untuk semua sistem.

1. Menetapkan Bidang Tanah Berkelanjutan untuk Sirkuit Digital: Arus digital di bidang tanah cenderung mengikuti rute yang sama dengan yang diambil sinyal aslinya. Jalur ini menciptakan area loop terkecil untuk arus, sehingga meminimalkan efek antena dan induktansi. Cara terbaik untuk memastikan bahwa semua jejak sinyal digital memiliki jalur ground yang sesuai adalah dengan membuat ground plane kontinu pada lapisan yang berbatasan langsung dengan lapisan sinyal. Lapisan ini harus mencakup area yang sama dengan jejak sinyal digital dan memiliki sesedikit mungkin interupsi dalam kontinuitasnya. Semua gangguan di bidang tanah, termasuk vias, menyebabkan arus tanah mengalir dalam loop yang lebih besar dari yang ideal, sehingga meningkatkan radiasi dan kebisingan.
2. Jauhkan Arus Ground Terpisah: Arus ground untuk sirkuit digital dan analog harus dipisahkan untuk mencegah arus digital menambahkan noise ke sirkuit analog. Cara terbaik untuk mencapai ini adalah melalui penempatan komponen yang benar. Jika semua sirkuit analog dan digital ditempatkan pada bagian PCB yang terpisah, arus ground secara alami akan diisolasi. Agar ini berfungsi dengan baik, bagian analog harus hanya berisi sirkuit analog pada semua lapisan PCB.
3. Gunakan Teknik Pembumian Bintang untuk Sirkuit Analog: Amplifier daya audio cenderung menarik arus yang relatif besar yang dapat mempengaruhi baik referensi ardenya sendiri maupun referensi arde lainnya dalam sistem. Untuk mencegah masalah ini, sediakan jalur pengembalian khusus untuk arde daya amplifier yang dijembatani dan pengembalian arde jack headphone. Isolasi memungkinkan arus ini mengalir kembali ke baterai tanpa mempengaruhi tegangan bagian lain dari ground plane. Ingatlah bahwa jalur pengembalian khusus ini tidak boleh dirutekan di bawah jejak sinyal digital karena dapat memblokir arus balik digital.
4. Maksimalkan Efektivitas Kapasitor Bypass: Hampir semua perangkat memerlukan kapasitor bypass untuk menyediakan arus seketika. Untuk meminimalkan induktansi antara kapasitor dan pin suplai perangkat, letakkan kapasitor ini sedekat mungkin dengan pin suplai yang dilewatinya. Setiap induktansi mengurangi efektivitas kapasitor bypass. Demikian pula, kapasitor harus disediakan koneksi impedansi rendah ke ground untuk meminimalkan impedansi frekuensi tinggi kapasitor. Hubungkan langsung sisi arde kapasitor ke bidang arde, alih-alih merutekannya melalui jejak.
5. Banjiri Semua Area PCB yang Tidak Digunakan dengan Tanah: Setiap kali dua potong tembaga saling berdekatan, kopling kapasitif kecil terbentuk di antara mereka. Dengan menjalankan ground flood di dekat jejak sinyal, energi frekuensi tinggi yang tidak diinginkan di jalur sinyal dapat dialihkan ke ground melalui kopling kapasitif.

Cobalah untuk menjauhkan catu daya, transformator, dan sirkuit digital yang bising dari sirkuit audio Anda. Gunakan koneksi ground terpisah untuk sirkuit audio dan sebaiknya tidak menggunakan ground plane untuk sirkuit audio. Koneksi ground (GND) penguat audio sangat penting dibandingkan dengan ground transistor lain, IC dll, jika ada ground noise di antara keduanya maka amplifier akan mengeluarkannya.

Pertimbangkan untuk memberi daya pada IC penting dan apa pun yang sensitif menggunakan resistor 100R di antara mereka dan +V. Sertakan kapasitor pilihan berukuran layak (misalnya 220uF) di sisi IC resistor. Jika IC akan menarik banyak daya maka pastikan resistor dapat menanganinya (pilih watt yang cukup tinggi dan berikan heat sink tembaga PCB jika perlu) dan ingat akan ada penurunan tegangan pada resistor.

Untuk desain berbasis transformator, Anda ingin kapasitor penyearah berada sedekat mungkin dengan pin penyearah, dan terhubung melalui jalur tebalnya sendiri karena arus pengisian yang besar di puncak gelombang sin yang diperbaiki. Karena tegangan keluaran penyearah melebihi tegangan kapasitor yang membusuk, kebisingan impuls dihasilkan di sirkuit pengisian daya yang dapat ditransfer ke sirkuit audio jika mereka berbagi bagian tembaga yang sama di salah satu saluran listrik. Anda tidak dapat menghilangkan arus pengisian pulsa sehingga jauh lebih baik untuk menjaga kapasitor tetap lokal ke penyearah jembatan untuk meminimalkan pulsa energi arus tinggi ini. Jika penguat audio berada di dekat penyearah maka jangan letakkan kapasitor besar di sebelah amp untuk menghindari kapasitor ini menyebabkan masalah ini, tetapi jika ada sedikit jarak maka baik untuk memberikan penguat adalah kapasitor sendiri karena akan mengapung dibebankan dari catu daya dan akhirnya memiliki impedansi yang relatif tinggi karena panjang tembaga.

Cari dan pengatur tegangan yang digunakan oleh sirkuit audio di dekat penyearah / input PSU dan sambungkan dengan koneksi mereka sendiri juga.

Sinyal

Jika memungkinkan, hindari sinyal audio masuk dan keluar ke dan dari IC yang berjalan secara paralel pada PCB karena hal ini dapat menyebabkan osilasi yang diumpankan dari output kembali ke input. Ingat hanya 5mV dapat menyebabkan banyak dengungan!

Jauhkan pesawat darat digital dari GND audio dan sirkuit audio secara umum. Hum dapat dimasukkan ke dalam audio hanya dari trek yang terlalu dekat dengan bidang digital.

Saat menghubungkan ke peralatan lain, jika menyalakan beberapa papan lain yang mencakup sirkuit audio (akan memberi atau menerima sinyal audio) pastikan hanya ada 1 titik di mana GND menghubungkan antara 2 papan dan ini idealnya berada di koneksi sinyal analog audio titik.

Untuk koneksi sinyal IO ke perangkat lain / dunia luar, idealnya adalah menggunakan resistor 100R antara sirkuit GND dan GND dunia luar untuk semuanya (termasuk bagian digital dari sirkuit) untuk menghentikan loop ground yang sedang dibuat.

Kapasitor

Gunakan di mana pun Anda ingin mengisolasi bagian satu sama lain. Nilai untuk digunakan:- 220nF adalah tipikal, 100nF baik-baik saja jika Anda ingin mengurangi ukuran / biaya, sebaiknya jangan di bawah 100nF.

Jangan gunakan kapasitor keramik. Pasalnya, kapasitor keramik akan memberikan efek piezoelektrik pada sinyal AC yang menimbulkan noise. Gunakan Poli dari beberapa jenis - Polipropilena adalah yang terbaik tetapi apa pun bisa dilakukan. Head audio sejati juga mengatakan jangan gunakan elektrolit in-line tetapi banyak desainer melakukannya tanpa masalah – ini mungkin untuk aplikasi dengan kemurnian tinggi, bukan desain audio standar umum.

Jangan gunakan kapasitor tantalum di mana saja dalam jalur sinyal audio (beberapa desainer mungkin tidak setuju tetapi mereka dapat menyebabkan masalah yang mengerikan)

Pengganti polikarbonat yang diterima secara umum adalah PPS (Polyphenylene Sulfida).

Film polikarbonat berkualitas tinggi dan film polistiren serta kapasitor teflon dan kapasitor keramik NPO/COG memiliki koefisien tegangan kapasitansi yang sangat rendah dan karenanya distorsi yang sangat rendah dan hasilnya sangat jelas menggunakan penganalisis spektrum serta telinga.

Hindari yang dielektrik keramik K tinggi, mereka memiliki koefisien tegangan tinggi yang saya kira dapat menyebabkan beberapa distorsi jika digunakan dalam tahap kontrol nada.

Penempatan Komponen

Langkah pertama dari setiap desain PCB adalah memilih tempat untuk menempatkan komponen. Tugas ini disebut "perencanaan lantai". Penempatan komponen yang hati-hati dapat memudahkan perutean sinyal dan partisi ground. Ini meminimalkan pickup kebisingan dan area papan yang dibutuhkan.

Penempatan komponen dalam bagian analog harus dipilih. Komponen harus ditempatkan untuk meminimalkan jarak perjalanan sinyal audio. Cari amplifier audio sedekat mungkin dengan jack headphone dan loudspeaker. Pemosisian ini akan meminimalkan radiasi EMI dari amplifier speaker Kelas D, dan meminimalkan kerentanan kebisingan dari sinyal headphone amplitudo rendah. Tempatkan perangkat yang memasok audio analog sedekat mungkin dengan amplifier untuk meminimalkan pengambilan suara pada input amplifier. Semua jejak sinyal input akan bertindak sebagai antena untuk sinyal RF, tetapi memperpendek jejak membantu mengurangi efisiensi antena untuk frekuensi yang biasanya menjadi perhatian.

Langkah 2: Anda Perlu…

1. IC Penguat Audio TEA2025B (ebay.com)

2. 6 pcs 100uF Kapasitor Elektrolit (ebay.com)

3. 2 buah Kapasitor Elektrolit 470uF (ebay.com)

4. 2 buah Kapasitor 0.22uF

5. 2 pcs 0.15uF Kapasitor Keramik

6. Potensiometer Kontrol Volume Ganda (50 - 100K) (ebay.com)

7. 2 buah 4 ohm 2.5W Speaker

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

9. Matriks LED Dengan IC Driver (Adafruit.com)

10. Papan Vero & Beberapa kabel.

11. Arduino UNO (Adafruit.com)

12. Modul RTC DS1307 (Adafruit.com)

Langkah 3: Membuat Rangkaian Amplifier

Menurut diagram sirkuit terlampir solder seluruh komponen ke dalam PCB. Gunakan nilai yang akurat untuk kapasitor. Hati-hati dengan polaritas kapasitor elektrolitik. Cobalah untuk menjaga semua kapasitor sedekat mungkin dengan IC untuk meminimalkan kebisingan. Langsung solder IC tanpa menggunakan basis IC. Pastikan Anda memotong jejak di antara kedua sisi IC amplifier. Semua sambungan solder harus sempurna. Ini adalah rangkaian penguat audio, jadi profesionallah tentang sambungan solder terutama tentang ground (GND).

Langkah 4: Menguji Sirkuit Dengan Speaker

Setelah menyelesaikan semua penyambungan dan penyolderan, sambungkan dua buah speaker 4 ohm 2.5W ke rangkaian amplifier. Hubungkan sumber audio ke sirkuit dan nyalakan. Jika semuanya berjalan dengan baik, Anda akan mendapatkan suara bebas kebisingan di sini.

Saya menggunakan IC penguat audio TEA2025B untuk amplifikasi audio. Ini adalah chip penguat audio yang bagus yang beroperasi dalam rentang tegangan lebar (3 V hingga 9 V). Jadi, Anda dapat mengujinya dengan tegangan apa pun dalam kisaran tersebut. Saya menggunakan adaptor 9V dan berfungsi dengan baik. IC dapat mengoperasikan mode koneksi ganda atau jembatan. Untuk detail lebih lanjut tentang chip amplifier, silakan periksa lembar data.

Langkah 5: Mempersiapkan Panel Depan Dot Matrix

Untuk visualisasi sinyal audio dan tampilan tanggal dan waktu saya mengatur tampilan dot matrix di sisi depan kotak amplifier. Untuk melakukan pekerjaan dengan baik saya menggunakan alat putar untuk memotong bingkai sesuai dengan ukuran matriks. Jika layar Anda tidak memiliki chip driver terintegrasi, gunakan satu secara terpisah. Saya lebih suka matriks Bi-warna dari Adafruit. Setelah memilih tampilan matriks yang sempurna sesuaikan tampilan ke alasnya dengan lem panas.

Nanti kita sambungkan ke board Arduino. Tampilan dua warna dari Adafruit menggunakan protokol i2c untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler. Jadi, kita akan menghubungkan pin SCL dan SDA dari IC driver ke board Arduino.

Langkah 6: Pemrograman Dengan Arduino

Hubungkan tampilan dot matrix Adafruit Smart Bi-color sebagai:

1. Hubungkan pin Arduino 5V ke matriks LED + pin.
2. Hubungkan pin Arduino GND ke pin mic amp GND dan pin matriks LED.
3. Anda dapat menggunakan power rail papan tempat memotong roti, atau Arduino memiliki beberapa pin GND yang tersedia. Hubungkan pin analog 0 Arduino ke pin sinyal audio.
4. Hubungkan pin Arduino SDA dan SCL masing-masing ke pin ransel matriks D (data) dan C (jam).
5. Papan Arduino sebelumnya tidak menyertakan pin SDA dan SCL - sebagai gantinya, gunakan pin analog 4 dan 5.
6. Unggah program terlampir dan uji apakah berfungsi atau tidak:

Mulailah dengan mengunduh repositori Piccolo dari Github. Pilih tombol "unduh ZIP". Setelah ini selesai, buka kompresi file ZIP yang dihasilkan pada hard drive Anda. Akan ada dua folder di dalamnya: "Piccolo" harus dipindahkan ke folder sketchbook Arduino Anda yang biasa. “ffft” harus dipindahkan ke folder “Libraries” Arduino Anda (di dalam folder sketchbook - jika tidak ada, buatlah). Jika Anda tidak terbiasa menginstal library Arduino, ikuti tutorial ini. Dan jangan pernah menginstal di folder Library yang berdekatan dengan aplikasi Arduino itu sendiri…lokasi yang tepat selalu merupakan subdirektori dari folder rumah Anda! Jika Anda belum menginstal Library Backpack LED Adafruit (untuk menggunakan matriks LED), silakan unduh dan instal itu juga. Setelah folder dan perpustakaan berada, restart Arduino IDE, dan sketsa "Piccolo" harus tersedia dari menu File-> Sketchbook.

Dengan sketsa Piccolo terbuka, pilih jenis papan Arduino Anda dan port serial dari menu Alat. Kemudian klik tombol Unggah. Setelah beberapa saat, jika semuanya berjalan dengan baik, Anda akan melihat pesan “Selesai mengunggah.” Jika semuanya berjalan dengan baik, Anda akan melihat spektrum audio untuk input audio apa pun.

Jika sistem Anda bekerja dengan baik maka unggah sketsa complete.ino yang dilampirkan dengan langkah untuk menambahkan jam biner dengan visualisasi audio. Untuk input audio apa pun, speaker akan menampilkan spektrum audio jika tidak, ia akan menunjukkan waktu dan tanggal.

Langkah 7: Memperbaiki Semua Hal Bersama

Sekarang, pasang rangkaian amplifier yang Anda buat pada tahap sebelumnya ke kotak dengan lem panas. Ikuti gambar yang dilampirkan dengan langkah ini.

Setelah menghubungkan rangkaian amplifier, sekarang sambungkan modul penerima MP3 + FM ke dalam kotak. Sebelum memperbaikinya dengan lem, lakukan tes untuk memastikannya berfungsi. Jika berfungsi dengan baik, perbaiki dengan lem. Output audio modul MP3 harus dihubungkan dengan input rangkaian amplifier.

Langkah 8: Koneksi Internal dan Produk Akhir

Jika speaker menerima dan sinyal audio itu menunjukkan spektrum audio sebaliknya menunjukkan tanggal dan waktu dalam format biner BCD. Jika Anda menyukai pemrograman dan teknologi digital, maka saya yakin Anda menyukai biner. Saya suka jam biner dan biner. Sebelumnya saya membuat jam tangan biner dan format waktunya sama persis dengan jam tangan saya sebelumnya. Jadi, untuk ilustrasi tentang format waktu saya menambahkan gambar jam tangan saya sebelumnya tanpa membuat yang lain.

Terima kasih.

Juara IV Lomba Sirkuit 2016

Juara Pertama Kontes Ampli dan Speaker 2016