Byg din egen hovedtelefonforstærker til Under $30-Kuosch NS-01

Byg din egen hovedtelefonforstærker til Under $30-Kuosch NS-01

en trinvis vejledning til montering af en højtydende forstærker om eftermiddagen for under $50.

Hvad er NS-01?

NS-01 er en lille DIY hovedtelefonforstærker. Det er ikke det enkleste mulige projekt, da det blev designet med størrelse og ydeevne i tankerne. Den version, der præsenteres her, skal være i stand til at udsende 90 mA ved 7 volt RMS og arbejde med endda lavimpedanshovedtelefoner.

for at holde den fysiske størrelse lille er brættet designet ved hjælp af overflademonteringskomponenter. Disse er ret små, så der kræves en vis omhu for ikke at miste nogen dele utilsigtet, men selve samlingen skal være relativt ligetil. Af hensyn til enkelheden holdes deltællingen minimal. For eksempel bruger standardkonfigurationen kun to forskellige modstandsværdier.

selve forstærkeren består af to trin:

1. et spændingsforstærkningstrin,
2. et buffertrin.

denne to-trins tilgang skal i teorien forbedre forvrængningsydelsen, da den samme enhed ikke behøver at beskæftige sig med både spænding og strømforstærkning. Resten af kredsløbet udgør strømforsyningen. Bestyrelsen vist her er revision D. senere revisioner kan indføre små ændringer, men den overordnede struktur bør forblive den samme.

der tales meget blandt hobbysamfundet om, hvordan SMT/SMD er vanskeligt at bruge, men min personlige erfaring er, at SMT faktisk er lettere at samle i hånden end gennemgående hulkomponenter. Den største hindring er størrelsen på komponenterne, men det kan hjælpes ved blot at bruge et forstørrelsesglas eller et mikroskop. For at holde tingene enkle er de mindste komponenter i NS – 01 i 0805 størrelse eller 2,0 * 1,2 mm.

metoder til lodning

der er mange forskellige metoder til lodning af SMD-komponenter. Nogle er lettere at gøre, men kan kræve specialudstyr. De fleste af disse bruger loddepasta, som i det væsentlige er en klæbrig pasta lavet af små loddekugler og strøm, som hjælper det smeltede lodde med at strømme. Fra den nemmeste til den sværeste metode:

genopvarmning af ovnen

fra konverterede brødristere til store industrielle systemer opvarmer disse brættet, indtil loddepastaen smelter, og overfladespændingen trækker komponenterne på plads. Brættet afkøles på en kontrolleret måde for at forhindre, at loddeforbindelserne bliver sprøde.

kogeplade / stegepande

dybest set en fattig mands version af ovnen. Kredsløbskortet opvarmes nedenunder, indtil temperaturen er høj nok til at smelte loddet og blæse komponenterne igen. Køling af brættet er svært at kontrollere. Det faktum, at glasfiber materiale kredsløbsplader er lavet af er en god termisk isolator gør denne metode ineffektiv samt. Den indledende opvarmningsperiode er ret lang, og der sker ikke noget, og så sker pludselig alt på en gang.

varmluftsblæsningsstation

blæser varm luft for at opvarme komponenterne og smelte loddepasta. Varmluftstationer er fremragende, når der er behov for små rettelser, da du kan fokusere varmen på et lille område, i modsætning til med en ovn, men du kan opvarme hele komponenten på en gang, i modsætning til med et jern. Desværre kan luftstrømmen flytte små komponenter rundt, så pleje er påkrævet.

loddejern

den gammeldags måde at gøre tingene på. Kræver mere indsats for at producere smukke resultater. Eneste metode i stand til at arbejde med fast lodde. Selv et billigt jern er nok, men sørg for, at det er temperaturstyret.

for metoder til ovn og varmeplade skal du placere alle komponenter først inden opvarmning. Med varmluftmetoden skal du arbejde i små grupper af komponenter, og med loddejern skal du kun placere et par komponenter ad gangen, så du har plads til at arbejde i.

for at placere en komponent skal du lægge en lille klat loddepasta på hver af puderne på printkortet og sætte komponenten på plads med en pincet. Afhængigt af komponentens størrelse kan det være en god ide at holde komponenten forsigtigt nede ved lodning med et strygejern.

i denne vejledning bruger jeg et loddejern og loddepasta. Dels fordi jeg vil vise, hvordan det gøres på den “hårde måde”, men mest fordi disse værktøjer er det, jeg har let adgang til.

Guide til opbygning af din egen hovedtelefonforstærker

• ting, du har brug for
• rækkefølge af lodning
• Trin 1: USB-stik
• Trin 2: Gain stage
• Trin 3: Buffer stages
• Trin 4: strøm
• Trin 5: Oprydning

ting du skal bruge

her er en kort liste over værktøjer og dele, der kræves til bygningen. Der er mange alternativer og flere leverandører, så tag kun følgende liste som et forslag. Hvis du ikke planlægger at bygge mere elektronik, er det værd at overveje at låne værktøjerne eller besøge et makerspace.

værktøj

• loddejern. Så længe det er temperaturstyret, har du det godt. Jeg bruger min 20-årige Veller, men TS100 har fået gode anmeldelser.
• loddepasta. Jeg brugte dette Chiphurtigt produkt, men andre mærker fungerer lige så godt.
• Multimeter. Så længe det kan måle modstand og spænding, skal du være i orden. For eksempel har ANENG anstændige billige modeller.
• pincet (ikke-magnetisk). Lige eller buet afhængigt af dine præferencer.
• lup eller mikroskop til inspektion
• gnidning af alkohol

komponenter

nedenfor er en liste over foreslåede elektroniske komponenter. Der er flere distributører, men for klarhedens skyld har jeg kun tilføjet link til en. Også i tilfælde af modstande og kondensatorer mv. det er muligt at erstatte dem med et andet produkt, så længe værdien og emballagen matcher. Nogle gange løber distributører tør for lager på visse varer, så nogle gange anbefales det at finde alternativer.

bemærk, at mængderne ovenfor er de komponenter, der er befolket i den færdige forstærker. Nogle gange sker der fejl, så det kan være klogt at købe en ekstra komponent eller to. I flere regioner tilbyder distributørerne også gratis forsendelse, hvis din ordre er stor nok, så kontroller, om de har noget, du vil have, du kan bruge til at padde din ordre. Jeg køber ofte forskellige farve LED ‘ er og forskellige lydstik.

Lodningsrækkefølge

den rækkefølge, i hvilken komponenter er bedst loddet, adskiller sig betydeligt mellem SMD-samling og gennemgående hulsamling. Traditionelt integrerede kredsløb har været de sidste komponenter til lodning, men med overflademontering skal ICS være nogle af de første komponenter, du monterer. Dette skyldes, at ICs har tendens til at være fladere og bredere end de fleste andre komponenter, og derfor er det lettere at montere dem først.

Trin 1: USB-stik

NS-01 bruger et mikro-USB-stik til strømindgang. Stikket er den vanskeligste del af bygningen, så det er et godt sted at starte. Jeg lægger en lille smule loddepasta på puderne, eller hvis du bruger loddetråd, fortinner puderne med så lidt lodde som muligt.

når stikket er loddet, kontrollerer jeg for shorts mellem strømstifterne med et multimeter. Hvis der ikke er nogen kortslutning mellem de centrale stifter på kontakten S1, er alt godt, og bygningen kan fortsætte. Hvis stifterne er kortsluttet sammen, skal du kontrollere lodningen og måle igen. I værste fald skal du fjerne stikket og lodde det igen.

Trin 2: Gain stage

når strømstikket er sikkert monteret, starter jeg med forstærkningstrinnet, fordi det er den mest centrale del af brættet og har flest komponenter til det.

forstærkningstrinnet tager indgangssignalet og forstærker det, hvilket øger lydsignalets spændingsniveau. Med andre ord gælder denne fase gevinst for signalet. Det udfører også en vis filtrering for at fjerne støj fra signalet, der kan forstyrre systemet, såsom radiofrekvenser. Forstærkningen udføres af en opa1656, som faktisk er to driftsforstærkere i en pakke, en af dem bruges til venstre og den anden til højre kanal.

jeg begynder med at placere operationsforstærkeren (op-amp) , og sørg for, at retningen er korrekt. Nogle gange for ICs er det nemmest at bruge en metode kaldet træk lodning, men for disse op-ampere er stiften stor nok til, at det er let at lodde en pin ad gangen. Jeg holder IC ‘ en forsigtigt ned med en pincet, vælger en af hjørnestifterne og lodder den. Så lodder jeg det modsatte hjørne og derefter resten af benene.

det er aldrig en dårlig ide at kontrollere, at ingen af stifterne er kortsluttet, før du fortsætter. Hvis du brugte for meget loddepasta, kan det have strømmet under komponenten og kan forårsage problemer.

næste tilføjer jeg afkoblingskondensatorerne . Disse er 100nf 0805 kondensatorer, så pas på ikke at få dem tabt. Disse kondensatorer tjener til at udjævne strømforsyningen til OP-amp og arbejde som et energireservoir i tilfælde af pludselig efterspørgsel. Uden dem er der en øget risiko for, at op-amp ville begynde at svinge.

næste er modstandene . Disse er alle 10 kOhm 0805 modstande. Efter dem loddes i 1 kondensatorer i 1206-størrelse, efterfulgt af fire 68pf-kondensatorer .

68pf-kondensatorerne danner to forskellige lavpasfiltre for hver kanal, den ene ved signalindgangen og den anden i feedback-sløjfen. Indgangsfilteret forhindrer radiofrekvensstøj i at komme ind i forstærkeren, og feedbackfilteret begrænser forstærkerens båndbredde, hvilket reducerer den samlede systemstøj.

hjørnefrekvensen (frekvensen, hvor filteret får signalniveauet til at være -3 dB) af feedbackfilteret er omkring 230 KHS. Det kunne justeres lavere ved at øge kondensatorværdien, men jeg ønskede at bruge den samme komponent som i det andet filter, og jeg ønskede ikke at høre nogen klager over, at forstærkeren “ruller ud af den høje ende”.

de 1 liter kondensatorer danner highpass-filtre på hver kanalindgang, hvilket blokerer for mulig DC-bias i indgangssignalet samt reducerer subsonisk rumbling. Hjørnefrekvensen for dette højpasfilter er 16 HS.

næste installerer jeg 10 kOhm modstande , efterfulgt af 1 liter kondensatorer . Modstandene danner feedback loop med, og kondensatorerne skaber high-pass filtre, hvilket reducerer forstærkerforstærkning ved DC til enhed. Dette filter har også 16 HS hjørnefrekvens.

forstærkerforstærkningen bestemmes af forholdet mellem R3 og R5 for den venstre kanal og forholdet mellem R4 og R6 for den højre kanal. Fordi alle disse modstande er af samme værdi, er forstærkerforstærkningen 2 eller + 6 dB. Det er muligt at justere forholdet mellem modstandene for den ønskede forstærkning, men man skal sørge for at holde det maksimale forstærkede signal under driftsspændingen på 10 volt.

til min brug er 6 dB mere end nok gevinst med moderne kilder, men dine behov kan være forskellige. Bemærk, at justering af forstærkningen også påvirker hjørnefrekvenserne for alle disse filtre, så det kan være nødvendigt at justere kondensatorværdierne.

Trin 3: Buffertrin

buffertrinnet tager det forstærkede signal fra forstærkningstrinnet og sender det til hovedtelefoner. I det væsentlige er det en forstærker med en gevinst på en. Således giver det ingen spændingsforøgelse, men det kan give strømforstærkning. Dette bliver vigtigt, især når du bruger lavimpedans hovedtelefoner.

hver kanal har sit eget buffertrin med 2 parallelle op-ampere(en fuld IC-pakke pr. Parallelle op-ampere betyder, at forstærkeren kan give mere strøm til hovedtelefonerne end en enkelt op-amp kunne.

fordi sektionerne er identiske, er de nemme at montere samtidigt

igen starter jeg med ICs .

næste i køen er kondensatorer . Disse fungerer som DC-blokkere og fjerner enhver bias, som spændingsforstærkningsstadiet måtte have skabt. De er funktionelt identiske med i forstærkningsfasen. Disse kan også erstattes med nul-ohm-links, men dette bør kun gøres, hvis du er ret sikker på, at input op-amp ikke introducerer betydelig bias.

næste er 100nf op-amp afkoblingshætter , efterfulgt af modstande, der giver jordbanen til bufferforstærkere.

endelige komponenter i buffertrinnet er 1 ohm outputmodstande . Disse hjælper med at afbalancere små forskelle i buffertrinnene og sikre, at op-amperne ikke forsøger at køre hinanden.

Trin 4: strøm

når signalvejen er klar, er det tid til at tackle strømafsnittet. Jeg starter med indikatoren LED, og det er begrænsende modstand . Efter min erfaring gør den nominelle strøm på 20 mA normalt lysdioder alt for lyse. Ideen er at indikere, at enheden er tændt, ikke for at lyse op i rummet.

R15 er 10 kOhm, hvilket er en ganske høj værdi, men fordi LED ‘ en er forbundet til-10V-strømskinnen, begrænser den strømmen til omkring 1 mA, hvilket burde være nok. En lavere værdi for R15 giver en lysere LED. Alt over 1 kOhm skal fungere godt. Eller hvis du ikke har brug for indikation, kan du lade D1 og R15 være ubefolket helt.

efter indikatoren befolker jeg strømforsyningskondensatorerne . Disse 2,2 Larf kondensatorer fungerer som energireservoirer og holder spændingsreguleringen stabil.

nu er det tid til at placere lav-dropout lineære spændingsregulatorer (LDO ‘ er). Jeg starter med den positive skinneregulator , der følger den med den negative spændingsmodel . Disse er forskellige komponenter med forskellige pinouts, så pas på ikke at bytte dem.

Dernæst kommer de tre afkoblings – /strømfiltreringskondensatorer . Lodning af disse 1 lutf-hætter skal være rutine nu.

det er ret nemt at lægge for meget loddepasta på puderne og forårsage en kort i LDO, så tjek med et multimeter. Jeg begik den fejl, og måtte erstatte en af LDO ‘ erne. Heldigvis havde jeg købt reservekomponenter, fordi de er lette at bryde, mens jeg prøver at ordne tingene.

jeg forlader DC/DC-konverteren til senere på grund af dens store størrelse og lodder i stedet resten af komponenterne først.

fra den inderste komponent i linjen med fire fodspor placerer jeg og lodder induktoren . Dette filtrerer den indkommende strøm og fjerner støj fra strømforsyningen. Så installerer jeg 4.7 Larf kondensatorer . Endelig lodder jeg i 1NF kondensatoren . Disse fire komponenter er en del af DC/DC konverter EMI filtrering.

nu er det tid til at lodde konverteren . Pakken er højere end resten, men det bør ikke være svært at finde den rigtige vinkel til lodning af puderne.

efter konverteren lodder jeg indgangs-og udgangsstikkene . Ved køb af komponenter var typen uden kontakt, der blev brugt i dette kredsløb (SJ-3523-SMT-TR), udsolgt, så jeg brugte modellen med kontakt (SJ-3524-SMT-TR) og bøjede de ekstra ben op med en tang, så de ikke ville røre ved andre komponenter .

strømafbryder

sidste er afbryderen . Dette sættes bedst sidst, fordi det er en gennemgående del, og benene kan få brættet til at Vingle efter installation (afhængigt af overfladen). Hvis du foretrækker at have enheden altid tændt, kan du tilslutte forbindelserne permanent. Tilslut midterpuden i begge rækker til puden tættest på usb-stikket. Puderne på indgangsstiksiden er ikke tilsluttet og kan ignoreres.

Trin 5: Oprydning

når alt er loddet sammen, er det tid til at rense brættet op. Jeg bruger isopropanol og en blød børste eller bomuldsbud til at fjerne strøm og loddepasta rester fra brættet. Denatureret alkohol fungerer også som erstatning for isopropanol, det er bare ikke så rart at bruge, og kan efterlade nogle rester på tavlen. Brug ikke acetone eller andre opløsningsmidler, da de kan beskadige komponenterne.

så bruger jeg multimeteret til at sikre, at der ikke er nogen kortslutninger mellem Strømskinner. En nem måde at gøre dette på er at måle modstanden på tværs af kondensatorer C1, C6, C9, C22, C23, C24 og C26. På grund af kondensatorhandling viser måleren modstanden, der ændrer sig under måling, men den bør aldrig være lavere end ca.en halv megaohm (værdien stiger, når kondensatorer oplades).

mål også modstanden mellem venstre og højre kanal og mellem hver kanal og jord, for både input og output. Disse skal alle læses som åbne kredsløb eller i det mindste have høj modstand.

uden shorts i kredsløbet tilsluttede jeg USB-kablet og tændte kontakten. Indikatorlampen lyser. Jeg brugte multimeteret til at kontrollere alle spændinger, og alt var ok. VCC bør være +10 og VEE -10, med 20 volt mellem stifter 4 og 8 af hver IC.