Rakenna oma kuulokevahvistin Alle 30 dollarilla – Kuosch NS-01

Rakenna oma kuulokevahvistin Alle 30 dollarilla – Kuosch NS-01

askel askeleelta opas korkean suorituskyvyn vahvistimen kokoamiseen iltapäivällä alle 50 dollarilla.

mikä on NS-01?

NS-01 on pieni DIY-kuulokevahvistin. Se ei ole yksinkertaisin mahdollinen projekti, koska se on suunniteltu koko ja suorituskyky mielessä. Tässä esitetty versio pitäisi pystyä lähtö 90 mA 7 volttia RMS, ja työskennellä jopa matala-impedanssi kuulokkeet.

fyysisen koon pitämiseksi pienenä levy on suunniteltu pintaliitoskomponenttien avulla. Nämä ovat melko pieniä, joten jonkin verran huolellisuutta tarvitaan ei menetä mitään osia vahingossa, mutta kokoonpano itse pitäisi olla suhteellisen suoraviivainen. Yksinkertaisuuden vuoksi osamäärä pidetään minimaalisena. Esimerkiksi oletusasetuksissa käytetään vain kahta eri vastusarvoa.

itse vahvistin koostuu kahdesta vaiheesta:

1. jännitevahvistusvaihe,
2. puskurivaihe.

tämän kaksivaiheisen lähestymistavan pitäisi teoriassa parantaa särön suorituskykyä, sillä saman laitteen ei tarvitse käsitellä sekä jännitteen että virran vahvistusta. Loput piirit muodostavat virtalähteen. Tässä esitetty taulu on revisio D. myöhemmät tarkistukset voivat tuoda mukanaan pieniä muutoksia, mutta kokonaisrakenteen pitäisi pysyä samana.

harrastajayhteisössä puhutaan paljon siitä, miten SMT/SMD: tä on vaikea käyttää, mutta oma kokemukseni on, että SMT on itse asiassa helpompi koota käsin kuin läpireikäiset komponentit. Suurin este on komponenttien koko, mutta siihen voidaan auttaa yksinkertaisesti suurennuslasin tai mikroskoopin avulla. Jotta asiat pysyisivät yksinkertaisina, NS-01: n pienimmät komponentit ovat kooltaan 0805 eli 2,0 x 1,2 mm.

Juottamismenetelmät

SMD-komponenttien juottamiseen on monia erilaisia menetelmiä. Jotkut ovat helpompia tehdä, mutta saattavat vaatia erikoislaitteita. Useimmat näistä käyttävät juotospastaa, joka on lähinnä tahmea tahna, joka on valmistettu pienistä juotospalloista ja fluxista, joka auttaa sulaa juotetta virtaamaan. Helpoimmasta vaikeimpaan menetelmään:

Reflow-uuni

muunnetuista leivänpaahtimista suuriin teollisuusjärjestelmiin nämä lämmittävät levyä, kunnes juotospasta sulaa ja pintajännitys vetää komponentit paikoilleen. Lauta jäähdytetään hallitusti, jotta juotosliitokset eivät haurastu.

keittolevy / paistinpannu

periaatteessa köyhän miehen versio reflow-uunista. Piirilevy kuumennetaan alta, kunnes lämpötila on tarpeeksi korkea sulattamaan juote ja reflow komponentit. Levyn jäähdytystä on vaikea hallita. Se, että lasikuitu materiaali piirilevyt on valmistettu on hyvä lämpöeriste tekee tämän menetelmän tehoton samoin. Alkulämmitysjakso on aika pitkä eikä mitään tapahdu, ja sitten yhtäkkiä kaikki tapahtuu kerralla.

kuuman ilman reflow-asema

puhaltaa kuumaa ilmaa kuumentaakseen komponentit ja sulattaakseen juotospastan. Kuumailma-asemat ovat erinomaisia silloin, kun tarvitaan pieniä korjauksia, sillä voit keskittää lämmön pienelle alueelle, toisin kuin uunissa, mutta voit lämmittää koko komponentin kerralla, toisin kuin silitysraudalla. Valitettavasti ilmavirtaus voi liikuttaa pieniä komponentteja ympäriinsä, joten huolellisuutta tarvitaan.

juotin

vanhanaikainen tapa tehdä asioita. Vaatii enemmän vaivaa tuottaa kauniita tuloksia. Ainoa menetelmä voi työskennellä kiinteä juote. Halvakin rauta riittää, mutta varmista, että se on lämpötilasäädelty.

uuni-ja keittolevymenetelmissä kaikki osat asetetaan etusijalle ennen lämmitystä. Kuumailmamenetelmällä työskentele pienissä osissa ja juottamalla vain muutama komponentti kerrallaan, jotta sinulla on tilaa työskennellä.

aseta komponentti, laita pieni möykky juotospastaa jokaiselle piirilevyn tyynylle ja laita komponentti paikalleen pinseteillä. Komponentin koosta riippuen voi olla hyvä idea pitää komponentti varovasti alas juotettaessa silitysraudalla.

tässä oppaassa käytän juotosrautaa ja juotospastaa. Osittain siksi, että haluan näyttää, miten se on tehty ”kovalla tavalla”, mutta lähinnä siksi, että ne työkalut ovat mitä minulla on helppo pääsy.

opas Oman kuulokevahvistimen rakentamiseen

• asiat joita tarvitset
• Juottamisjärjestys
• Vaihe 1: USB-liitin
• Vaihe 2: vahvistusvaihe
• Vaihe 3: Puskurivaiheet
• Vaihe 4: teho
• Vaihe 5:

asiat, joita tarvitset

tässä on lyhyt lista rakentamiseen tarvittavista työkaluista ja osista. Vaihtoehtoja on monia ja toimittajia useita, joten ota seuraava lista vain ehdotuksena. Jos et aio rakentaa lisää elektroniikkaa, kannattaa harkita lainaamalla työkaluja tai käymällä makerspace.

Työkalut

• juotin. Kunhan se on lämpötilasäädelty, pärjäät kyllä. Käytän 20-vuotiasta Welleriä, mutta TS100 on saanut hyvät arvostelut.
• juotospasta. Käytin tätä ChipQuick-tuotetta, mutta muut merkit toimivat yhtä hyvin.
• yleismittari. Niin kauan kuin se voi mitata vastus ja jännite, sinun pitäisi olla kunnossa. Esimerkiksi ANENGILLA on kunnolliset edulliset mallit.
• pinsetit (ei-magneettiset). Suora tai kaareva riippuen mieltymyksestäsi.
• Luuppi tai mikroskooppi tarkastusta varten
• Hankausalkoholi

komponentit

alla on luettelo ehdotetuista elektronisista komponenteista. Jakelijoita on useita, mutta selkeyden vuoksi olen lisännyt linkin vain yhteen. Myös kun kyseessä on vastukset ja kondensaattorit jne. ne on mahdollista korvata toisella tuotteella, kunhan arvo ja pakkaus täsmäävät. Joskus jakelijat loppuvat varastossa tiettyjä kohteita, joten joskus löytää vaihtoehtoja on suositeltavaa.

huomaa, että määrät edellä ovat komponentteja asuttu valmis vahvistin. Joskus sattuu virheitä, joten voi olla viisasta ostaa lisäosa tai kaksi. Useilla alueilla jakelijat tarjoavat myös ilmainen toimitus, jos tilauksesi on tarpeeksi suuri, joten tarkista, jos heillä on jotain haluat voit käyttää pad tilauksesi. Ostan usein erivärisiä LEDejä ja erilaisia ääniliittimiä.

Juottamisjärjestys

järjestys, jossa komponentit parhaiten juotetaan, vaihtelee huomattavasti SMD-kokoonpanon ja läpireikäkokoonpanon välillä. Perinteisesti mikropiirit ovat olleet viimeinen osa juottaa, mutta pinta-asennus, ICs pitäisi olla joitakin ensimmäisiä komponentteja voit asentaa. Tämä johtuu siitä, että ICs on yleensä tasaisempi ja laajempi kuin useimmat muut osat, ja siksi on helpompi asentaa ne ensin.

Vaihe 1: USB-liitin

NS-01 käyttää mikro-USB-liitintä virtalähteeseen. Liitin on hankalin osa rakentaa, joten se on hyvä paikka aloittaa. Asetan pienen palan juotospastaa tyynyille, tai jos käytät juotoslankaa, Pre-tin tyynyjä mahdollisimman pienellä juotoksella.

kun liitin on juotettu, etsin yleismittarilla shortseja virtatappien välistä. Jos SW1-Kytkimen keskeisten tapien välillä ei ole oikosulkua, kaikki on hyvin ja rakentaminen voi edetä. Jos nastat ovat oikosulussa yhteen, tarkista juottaminen ja mittaa uudelleen. Pahimmassa tapauksessa irrota liitin ja juottaa se uudelleen.

Vaihe 2: vahvistusvaihe

kun virtaliitin on turvallisesti asennettu, aloitan vahvistusvaiheesta, koska se on levyn keskeisin osa ja siinä on eniten komponentteja.

vahvistusvaihe ottaa tulosignaalin ja vahvistaa sitä nostaen äänisignaalin jännitetasoa. Toisin sanoen tässä vaiheessa sovelletaan voitto signaalin. Se suorittaa myös jonkin verran suodatusta poistaakseen signaalista kohinaa, joka voisi häiritä järjestelmää, kuten radiotaajuuksia. Vahvistuksen suorittaa OPA1656, joka on oikeastaan kaksi operaatiovahvistinta yhdessä paketissa, joista toista käytetään vasemmalle ja toista oikealle kanavalle.

aloitan asettamalla operaatiovahvistimen (op-amp) varmistaen, että suunta on oikea. Joskus ICs on helpoin käyttää menetelmää kutsutaan vedä juotos, mutta näiden op-ampeeria pin piki on tarpeeksi suuri, että se on helppo juottaa yksi pin kerrallaan. Pidän IC varovasti alas pinseteillä, poimia yksi kulma nastat ja juottaa se. Sitten juottelen vastakkaisen kulman, ja sitten loput jalat.

ei ole koskaan huono idea tarkistaa, että yksikään nasta ei ole oikosulussa ennen kuin jatketaan. Jos käytät liikaa juotospastaa, se on saattanut virrata komponentin alle ja saattaa aiheuttaa ongelmia.

seuraavaksi lisään irrotettavat kondensaattorit . Nämä ovat 100nf 0805 kondensaattorit, joten varo saada ne menetetty. Nämä kondensaattorit toimivat tasoittaa virtalähde op-amp ja toimivat energiasäiliön tapauksessa äkillinen kysyntä. Ilman niitä on suurempi riski, että op-amp alkaisi värähtelemään.

seuraavaksi ovat vastukset . Nämä ovat kaikki 10 kOhm 0805 vastuksia. Niiden jälkeen juottaa 1µf 1206-kokoinen kondensaattorit, jonka jälkeen neljä 68pF kondensaattorit .

68pF-kondensaattorit muodostavat kullekin kanavalle kaksi erilaista alipäästösuotinta, joista toinen on signaalitulossa ja toinen takaisinkytkentäsilmukassa. Tulosuodatin estää radiotaajuisen kohinan pääsyn vahvistimeen ja takaisinkytkentäsuodatin rajoittaa vahvistimen kaistanleveyttä vähentäen järjestelmän yleistä melua.

takaisinkytkentäsuodattimen kulmataajuus (taajuus, jolla suodatin aiheuttaa signaalitason olevan -3 dB) on noin 230 kHz. Sitä voitaisiin säätää alemmas lisäämällä kondensaattorin arvoa, mutta halusin käyttää samaa komponenttia kuin toisessa suodattimessa, enkä halunnut kuulla valituksia siitä, että vahvistin on ”rolling off the high end”.

1 µF kondensaattorit muodostavat highpass-suodattimia kunkin kanavan tuloon, estäen mahdollisen DC-Biasin tulosignaalissa sekä vähentäen aliäänistä jyrinää. Tämän ylipäästösuodattimen kulmataajuus on 16 Hz.

seuraavaksi asennan 10 kohmin vastusta, jonka jälkeen 1 µF kondensaattoreita . Vastukset muodostavat takaisinkytkentä silmukka, ja kondensaattorit luoda ylipäästö suodattimia, vähentää vahvistin voitto DC yhtenäisyyttä. Tällä suodattimella on myös 16 Hz: n kulmataajuus.

vahvistinvahvuus määräytyy vasemman kanavan R3: n ja R5: n suhteen ja oikean kanavan R4: n ja R6: n suhteen mukaan. Koska kaikki nämä vastukset ovat samanarvoisia, vahvistimen vahvistus on 2 tai + 6 dB. On mahdollista säätää suhde vastukset haluttu voitto, mutta on huolehdittava pitää suurin vahvistettu signaali alle käyttöjännite 10 volttia.

minulle 6 dB on enemmän kuin tarpeeksi hyötyä nykyaikaisilla lähteillä, mutta tarpeesi voivat olla erilaiset. Huomaa, että vahvistuksen säätäminen vaikuttaa myös kaikkien näiden suodattimien kulmataajuuksiin, joten kondensaattorin arvojen säätäminen voi olla tarpeen.

Vaihe 3: Puskurivaiheet

puskurivaihe ottaa vahvistetun signaalin vahvistusvaiheesta ja lähettää sen kuulokkeisiin. Pohjimmiltaan se on vahvistin, jonka voitto on yksi. Siten se ei tarjoa jännitteen vahvistusta, mutta se voi tarjota nykyisen vahvistuksen. Tämä tulee tärkeäksi erityisesti matalaimpedanssisia kuulokkeita käytettäessä.

jokaisella kanavalla on oma puskurivaihe, jossa on 2 rinnakkaista op-ampeeria (yksi täysi IC-paketti kanavaa kohti). Rinnakkaiset op-vahvistimet tarkoittavat, että vahvistin voi antaa kuulokkeisiin enemmän virtaa kuin yksittäinen op-vahvistin voisi.

koska osiot ovat identtiset, ne on helppo koota samanaikaisesti

taas aloitan ICs: llä .

seuraavana jonossa ovat kondensaattorit . Nämä toimivat DC-salpaajat, poistamalla bias että jännite voitto vaiheessa ehkä luonut. Ne ovat toiminnallisesti identtisiä vahvistusvaiheessa. Nämä voidaan myös korvata nolla-ohm linkkejä, mutta tämä olisi tehtävä vain, jos olet melko varma, että tulo op-amp ei aiheuta merkittävää bias.

seuraavina ovat 100nF op-amp: n irrotettavat korkit , joita seuraavat vastukset, jotka toimivat puskurivahvistimien pohjapolkuna.

Puskurivaiheen lopulliset komponentit ovat 1 ohmin lähtövastukset . Nämä auttavat tasapainottamaan pieniä eroja puskurin vaiheissa ja varmistaa, että op-ampeeria eivät yritä ajaa toisiaan.

Vaihe 4: teho

kun signaalitie on valmis, on aika puuttua tehoosioon. Aloitan merkkivalo LED ja se rajoittaa vastus . Kokemukseni mukaan 20 mA: n nimellisvirta tekee ledeistä yleensä aivan liian kirkkaita. Tarkoitus on osoittaa, että laite on päällä, ei valaista huonetta.

R15 on 10 kOhm, mikä on melko korkea arvo, mutta koska LED on kytketty-10V virtakiskoon, se rajoittaa virran virtauksen noin 1 mA: iin, minkä pitäisi riittää. Pienempi arvo R15 antaa kirkkaampi LED. Kaikki yli 1 kOhm pitäisi toimia hyvin. Tai jos et tarvitse merkintää, voit jättää D1 ja R15 asumattomat kokonaan.

indikaattorin jälkeen kansoitan virtalähteen kondensaattorit . Nämä 2,2 µF kondensaattorit toimivat energiasäiliöinä ja pitävät jännitteen säätelyn vakaana.

nyt on aika sijoittaa low-dropout linear voltage regulators (LDO). Aloitan positiivisella kiskosäätimellä, seuraten sitä negatiivisella jännitteellä . Nämä ovat eri komponentteja eri pinouts, joten varo vaihtaa niitä.

seuraavaksi tulevat kolme irrotettavaa / tehonsuodatuskondensaattoria . Juottamalla nämä 1µF caps pitäisi olla rutiinia nyt.

tyynyihin on melko helppo laittaa liikaa juotospastaa ja aiheuttaa oikosulun LDO: ssa, joten tarkista yleismittarilla. Tein sen virheen ja jouduin vaihtamaan yhden LDO: n. Onneksi olin ostanut varaosia, koska ne on helppo rikkoa, kun yrittää korjata asioita.

jätän DC/DC-muuntimen myöhemmäksi sen suuren koon vuoksi, ja juot sen sijaan loput komponentit ensin.

aloitan sisimmästä osasta neljän jalanjäljen rivissä, asetan ja juotan Kelan . Tämä suodattaa tulevan virran ja poistaa kohinan virtalähteestä. Sitten asennan 4,7 µF kondensaattorit . Lopuksi juottaa 1NF kondensaattori . Nämä neljä komponenttia ovat osa DC / DC-muuntimen EMI-suodatusta.

nyt on aika juottaa muunnin . Paketti on korkeampi kuin muut, mutta oikean kulman löytäminen tyynyjen juottamiseen ei pitäisi olla vaikeaa.

Muuntimen jälkeen juotan Tulo-ja lähtöliitännät . Kun ostat komponentteja, tässä piirissä käytetty tyyppi ilman kytkintä (SJ-3523-SMT-TR) oli loppunut varastosta, joten käytin mallia kytkimellä (SJ-3524-SMT-TR) ja taivutin ylimääräiset jalat ylös pihdeillä, jotta he eivät koskettaisi muita komponentteja .

virtakytkin

viimeisenä on virtakytkin . Tämä on parasta laittaa viimeiseksi, koska se on läpireikäinen osa, ja jalat voivat aiheuttaa laudan huojumisen asennuksen jälkeen (pinnasta riippuen). Jos haluat, että laite on aina päällä, voit kytkeä yhteydet pysyvästi. Liitä keskimmäinen pad molempien rivien pad lähimpänä usb-liitin. Syöttöliittimen puolella olevia tyynyjä ei ole kytketty ja ne voidaan jättää huomiotta.

Vaihe 5: Siivous

kun kaikki on juotettu yhteen, on aika puhdistaa lauta. Käytän isopropanolia ja pehmeää harjaa tai vanupuikkoa flux-ja juotospastanjäämien poistamiseen kartongista. Denaturoitu alkoholi toimii myös isopropanolin korvaajana, se ei vain ole niin mukava käyttää, ja saattaa jättää jonkin verran jäämiä levylle. Älä käytä asetonia tai muita liuottimia, ne voivat vahingoittaa komponentteja.

sitten käytän yleismittaria varmistaakseni, ettei virtakiskojen välillä ole oikosulkuja. Helppo tapa tehdä tämä on mitata vastus kondensaattorit C1, C6, C9, c22, C23, C24 ja C26. Kondensaattorin toiminnan vuoksi mittari näyttää vastuksen muuttuvan mitattaessa, mutta sen ei koskaan pitäisi olla pienempi kuin noin puoli megaohmia (arvo nousee kondensaattoreiden latautuessa).

mittaa myös vasemman ja oikean kanavan välinen vastus sekä kunkin kanavan ja maanpinnan välinen vastus sekä tulon että lähdön osalta. Nämä kaikki pitäisi lukea avoimina piireinä, tai ainakin niillä on korkea vastus.

ilman shortseja kytkiny USB-kaapelin sisään ja laitoin kytkimen päälle. Merkkivalo syttyy. Tarkistin yleismittarilla kaikki jännitteet, ja kaikki oli kunnossa. VCC pitäisi olla +10 ja VEE -10, 20 volttia välillä nastat 4 ja 8 kunkin IC.