Bygg Din Egen Hodetelefonforsterker For Under $30-Kuosch NS-01

Bygg Din Egen Hodetelefonforsterker For Under $30-Kuosch NS-01

en trinnvis veiledning for å montere en høyytelsesforsterker på en ettermiddag for under $50.

Hva ER NS-01?

NS-01 ER en LITEN DIY hodetelefonforsterker. Det er ikke det enkleste mulige prosjektet, siden det ble designet med størrelse og ytelse i tankene. Versjonen som presenteres her, skal kunne utføre 90 mA ved 7 volt RMS, og arbeide med jevne hodetelefoner med lav impedans.

for å holde den fysiske størrelsen liten, er brettet designet med overflatemonteringskomponenter. Disse er ganske små, så det kreves litt forsiktighet for ikke å miste noen deler utilsiktet, men selve forsamlingen skal være relativt grei. For enkelhets skyld er deltellingen holdt minimal. For eksempel bruker standardkonfigurasjonen bare to forskjellige motstandsverdier.

forsterkeren selv består av to trinn:

1. et spenningsforsterkningstrinn,
2. et bufferstrinn.

denne to-trinns tilnærmingen bør i teorien forbedre forvrengningsytelsen, da den samme enheten ikke trenger å håndtere både spenning og strømforsterkning. Resten av kretsen utgjør strømforsyningen. Styret vist her er revisjon D. Senere revisjoner kan innføre små endringer, men den generelle strukturen bør forbli den samme.

det er mye snakk blant hobbyistsamfunnet om HVORDAN SMT / SMD er vanskelig å bruke, men min personlige erfaring er at SMT faktisk er enklere å montere for hånd enn gjennomhullskomponenter. Det største hinderet er størrelsen på komponentene, men det kan bare bli hjulpet ved å bruke et forstørrelsesglass eller et mikroskop. For å holde ting enkelt, de minste komponentene I NS-01 er i 0805 størrelse, eller 2.0 x 1.2 mm.

Metoder For Lodding

det er mange forskjellige metoder for lodding SMD komponenter. Noen er enklere å gjøre, men kan kreve spesialisert utstyr. De fleste av disse bruker loddetinn lim, som er egentlig en klebrig lim laget av små loddetinn baller og fluks som hjelper smeltet loddetinn å flyte. Fra enkleste til vanskeligste metoden:

Reflow ovn

fra konverterte brødristere til store industrielle systemer, disse varme styret til loddetinn lim smelter og overflatespenningen trekker komponentene på plass. Styret er avkjølt på en kontrollert måte for å hindre loddetinn leddene fra å bli sprø.

Kokeplate / skillet

I Utgangspunktet en fattig manns versjon av reflow-ovnen. Kretskortet oppvarmes fra under til temperaturen er høy nok til å smelte loddet og reflow komponentene. Kjøling av brettet er vanskelig å kontrollere. Det faktum at glassfibermaterialet kretskort er laget av er en god termisk isolator gjør denne metoden ineffektiv også. Den første oppvarmingsperioden er ganske lang og ingenting skjer, og så skjer alt plutselig på en gang.

varmluftsreflowstasjon

Blåser varm luft for å varme komponentene og smelte loddepasta. Varmluftstasjoner er gode når små reparasjoner trengs, siden du kan fokusere varmen på et lite område, i motsetning til en ovn, men du kan varme hele komponenten samtidig, i motsetning til med et strykejern. Dessverre kan luftstrømmen flytte små komponenter rundt, så det er nødvendig med forsiktighet.

Loddebolt

den gammeldagse måten å gjøre ting. Tar mer innsats for å produsere pene resultater. Eneste metoden i stand til å arbeide med solid loddetinn. Selv et billig jern er nok, men sørg for at det er temperaturkontrollert.

for ovn-og kokeplatemetodene må alle komponenter plasseres først før oppvarming. Med varmluftmetoden, arbeid i små grupper av komponenter, og med loddejern, plasser bare noen få komponenter om gangen, slik at du får plass til å jobbe i.

for å plassere en komponent, sette en liten blob av loddetinn lim på hver av pads PÅ PCB, og sette komponenten på plass med pinsett. Avhengig av komponentens størrelse kan det være lurt å holde komponenten forsiktig nede ved lodding med et strykejern.

i denne veiledningen vil jeg bruke loddejern og loddemasse. Delvis fordi jeg vil vise hvordan det er gjort på den «harde måten», men mest fordi disse verktøyene er det jeg har lett tilgang til.

Guide Til Å Bygge Din Egen Hodetelefonforsterker

• Ting Du Trenger
• Bestilling Av Lodding
• Trinn 1: USB-kontakt
• Trinn 2: Gain stage
• Trinn 3: Buffer stages
• Trinn 4: Strøm
• Trinn 5: Rengjøring

Ting Du Trenger

her er en kort liste over verktøy og deler som kreves for byggingen. Det er mange alternativer og flere leverandører, så ta bare følgende liste som et forslag. Hvis du ikke planlegger å bygge mer elektronikk, er det verdt å vurdere å låne verktøyene eller besøke et makerspace.

Verktøy

• Loddejern. Så lenge det er temperaturkontrollert, vil du være i orden. Jeg bruker min 20 år gamle Weller, MEN TS100 har fått gode anmeldelser.
• Loddepasta. Jeg brukte Dette ChipQuick-produktet, men andre merker fungerer like bra.
• Multimeter. Så lenge det kan måle motstand og spenning, bør du ha det bra. FOR EKSEMPEL HAR ANENG anstendig billige modeller.
• Pinsett (ikke-magnetisk). Rett eller buet avhengig av dine preferanser.
• Lupe eller mikroskop for inspeksjon
• Rubbing alkohol

Komponenter

nedenfor er en liste over foreslåtte elektroniske komponenter. Det er flere distributører, men for klarhetens skyld har jeg bare lagt til en lenke. Også i tilfelle av motstander og kondensatorer etc. det er mulig å erstatte dem med et annet produkt så lenge verdien og emballasjen samsvarer. Noen ganger distributører går tom for lager på enkelte elementer, så noen ganger finne alternativer anbefales.

Vær oppmerksom på at mengdene ovenfor er komponentene befolket i den ferdige forsterkeren. Noen ganger feil skje, så det kan være lurt å kjøpe en ekstra komponent eller to. For flere regioner tilbyr distributørene også gratis frakt hvis bestillingen din er stor nok, så sjekk om de har noe du vil at du kan bruke til å legge bestillingen din. Jeg kjøper ofte forskjellige Farge Lysdioder og ulike lydkontakter.

For Lodding

rekkefølgen som komponenter er best loddet varierer betydelig MELLOM SMD montering og gjennomgående hull montering. Tradisjonelt har integrerte kretser vært de siste komponentene til lodding, Men med overflatemontering Bør ICs være noen av de første komponentene du monterer. Dette skyldes At ICs har en tendens til å være flatere og bredere enn de fleste andre komponenter, og derfor er det lettere å montere dem først.

Trinn 1: USB-kontakt

NS-01 bruker en mikro-USB-kontakt for strøminngang. Koblingen er den vanskeligste delen av bygningen, så det er et godt sted å starte. Jeg plasserer en liten bit av loddetinn lim på pads, eller hvis du bruker loddetråd, pre-tinn pads med så lite loddetinn som mulig.

Når kontakten er loddet, ser jeg etter shorts mellom strømpinnene med et multimeter. Hvis det ikke er kortslutning mellom de sentrale pinnene TIL switch SW1, er alt bra og bygningen kan fortsette. Hvis pinnene er kortsluttet sammen, kontroller du loddingen og måler igjen. I verste fall må du fjerne kontakten og lodde den på igjen.

Trinn 2: Gain stage

etter at strømkontakten er trygt montert, starter jeg med gain stage, fordi det er den mest sentrale delen av brettet, og har de fleste komponentene til den.

forsterkningstrinnet tar inngangssignalet og forsterker det, og øker spenningsnivået til lydsignalet. Med andre ord gjelder dette stadiet gevinst til signalet. Det utfører også noe filtrering for å fjerne støy fra signalet som kan forstyrre systemet, for eksempel radiofrekvenser. Forsterkningen utføres AV EN OPA1656, som faktisk er to operasjonsforsterkere i en pakke, en av dem brukes til venstre og den andre til høyre kanal.

jeg begynner med å plassere operasjonsforsterkeren (op-amp), og sørg for at retningen er riktig. Noen Ganger For ICs er det enklest å bruke en metode som kalles dra lodding, men for disse op-forsterkere pin banen er stor nok til at det er lett å lodde en pin om gangen. Jeg holder IC forsiktig ned med pinsett, plukke en av hjørnepinner og loddetinn det. Så lodder jeg det motsatte hjørnet, og deretter resten av beina.

det er aldri en dårlig ide å sjekke at ingen av pinnene er kortsluttet før du fortsetter. Hvis du brukte for mye loddemasse, kan det ha strømmet under komponenten og kan forårsake problemer.

Neste legger jeg avkoblingskondensatorene . Disse er 100nf 0805 kondensatorer, så vær forsiktig så du ikke får dem tapt. Disse kondensatorene tjener til å jevne ut strømforsyningen til op-amp og fungere som et energireservoar i tilfelle plutselig etterspørsel. Uten dem er det økt risiko for at op-amp ville begynne å svinge.

Neste er motstandene . Disse er alle 10 kOhm 0805 motstander. Etter dem loddetinn i 1µ 1206-størrelse kondensatorer, etterfulgt av fire 68pf kondensatorer .

68pf kondensatorene danner to forskjellige lavpassfiltre for hver kanal, en ved signalinngangen og den andre i tilbakemeldingssløyfen. Inngangsfilteret forhindrer radiofrekvensstøy fra å komme inn i forsterkeren, og tilbakemeldingsfilteret begrenser forsterkerens båndbredde, noe som reduserer total systemstøy.

hjørnefrekvensen (frekvensen der filteret får signalnivået til å være -3 dB) av tilbakemeldingsfilteret er omtrent 230 kHz. Det kan justeres lavere ved å øke kondensatorverdien, men jeg ønsket å bruke samme komponent som i det andre filteret, og jeg ville ikke høre noen klager om at forsterkeren «ruller av den høye enden».

de 1 µ kondensatorene danner høypassfiltre på hver kanalinngang, blokkerer mulig DC-bias i inngangssignalet, samt reduserer subsonisk rumbling. Hjørnefrekvensen til dette høypassfilteret er 16 Hz.

neste installerer jeg 10 kOhm motstander, etterfulgt av 1 µ kondensatorer . Motstandene danner tilbakemeldingssløyfen med, og kondensatorene lager høypassfiltre, noe som reduserer forsterkerforsterkning VED DC til enhet. Dette filteret har også 16 Hz hjørnefrekvens.

forsterkerforsterkningen bestemmes av forholdet R3 Og R5 for venstre kanal og forholdet R4 og R6 for høyre kanal. Fordi alle disse motstandene er av lik verdi, forsterkeren gevinst er 2, eller 6 dB. Det er mulig å justere forholdet mellom motstandene for ønsket forsterkning, men det må tas hensyn til å holde det maksimale forsterkede signalet under driftsspenningen på 10 volt.

for min bruk er 6 dB mer enn nok gevinst med moderne kilder, men dine behov kan være forskjellige. Vær oppmerksom på at justering av forsterkningen også påvirker hjørnefrekvensene til alle disse filtrene, så det kan være nødvendig å justere kondensatorverdiene.

Trinn 3: Bufferstadier

bufferstadiet tar det forsterkede signalet fra forsterkningsstadiet og sender det til hodetelefoner. I hovedsak er det en forsterker med en gevinst på en. Dermed gir det ingen spenningsøkning, men det kan gi nåværende gevinst. Dette blir viktig, spesielt når du bruker lavimpedans hodetelefoner.

hver kanal har sin egen buffer scene med 2 parallelle op-ampere(en full IC pakke per kanal). Parallelle op-forsterkere betyr at forsterkeren kan gi mer strom til hodetelefonene enn en enkelt op-amp kunne.

fordi seksjonene er identiske, er de enkle å montere samtidig

Igjen begynner jeg med ICs .

Neste i linjen er kondensatorer . Disse fungerer SOM DC-blokkere, og fjerner enhver forspenning som spenningsforsterkningsstadiet kan ha skapt. De er funksjonelt identiske med i gevinststadiet. Disse kan også erstattes med null-ohm-koblinger, men dette bør bare gjøres hvis du er ganske sikker på at input op-amp ikke introduserer betydelig bias.

Neste er 100nF op-amp avkobling caps, etterfulgt av motstander som gir bakken banen for buffer forsterkere.

Endelige komponenter i buffertrinnet er 1 ohm utgangsmotstandene . Disse bidrar til å balansere små forskjeller i bufferstadiene, og sikre at op-forsterkerne ikke prøver å kjøre hverandre.

Trinn 4: Strøm

når signalbanen er klar, er det på tide å takle strømdelen. Jeg starter med indikatorlampen og det er begrensende motstand . Etter min erfaring gjør nominell strøm på 20 mA Vanligvis Lysdioder altfor lyse. Tanken er å indikere at enheten er på, ikke for å lyse opp rommet.

R15 er 10 kOhm,noe som er ganske høy verdi, men FORDI LYSDIODEN er koblet til-10v-strømskinnen, begrenser den strømmen til ca 1 mA, som skal være nok. En lavere verdi For R15 gir en lysere LED. Alt over 1 kOhm skal fungere bra. Eller hvis Du ikke trenger indikasjon, kan Du forlate D1 og R15 ubebodd helt.

etter indikatoren fyller jeg strømforsyningskondensatorene . Disse 2,2 µ kondensatorene fungerer som energireservoarer og holder spenningsreguleringen stabil.

nå er det på tide å plassere low-dropout lineære spenningsregulatorer (LDOs). Jeg starter med den positive rail regulator, etter det med negativ spenning motstykke . Disse er forskjellige komponenter med forskjellige pinouts, så vær forsiktig så du ikke bytter dem.

Neste kommer de tre avkobling / strømfiltreringskondensatorene . Lodding disse 1µ caps bør være rutine nå.

det er ganske enkelt å sette for mye loddepasta på pads og forårsake kort I LDO, så sjekk med et multimeter. Jeg gjorde den feilen, og måtte erstatte En Av LDOs. Heldigvis hadde jeg kjøpt reservedeler, fordi de er enkle å bryte mens du prøver å fikse ting.

JEG forlater DC / DC-omformeren for senere på grunn av sin store størrelse, og i stedet lodde resten av komponentene først.

Fra den innerste komponenten i linjen med fire fotspor plasserer jeg og lodder induktoren . Dette filtrerer innkommende strøm og fjerner støy fra strømforsyningen. Deretter installerer jeg 4.7 µ kondensatorer . Til slutt loddet jeg i 1nf kondensatoren . DISSE fire komponentene er en DEL AV DC / DC-omformeren EMI-filtrering.

nå er det på tide å lodde omformeren . Pakken er høyere enn resten, men å finne riktig vinkel for lodding av pads bør ikke være vanskelig.

etter omformeren loddet jeg inn-og utgangskontaktene . Ved kjøp av komponenter var typen uten bryter brukt i denne kretsen (SJ-3523-SMT-TR) utsolgt, så jeg brukte modellen med bryter (SJ-3524-SMT-TR), og bøyde de ekstra beina opp med tanger, slik at de ikke ville berøre andre komponenter .

strømbryter

Siste er strømbryteren . Dette er best satt i siste fordi det er en gjennomgående hull del, og bena kan føre til at styret å vingle etter installasjon (avhengig av overflaten). Hvis du foretrekker å ha enheten alltid på du kan koble tilkoblingene permanent. Koble midtputen på begge radene til puten nærmest usb-kontakten. Putene på inngangssiden er ikke tilkoblet og kan ignoreres.

Trinn 5: Rydde opp

etter at alt er loddet sammen, er det på tide å rydde brettet opp. Jeg bruker isopropanol og en myk børste eller bomullspinne for å fjerne fluss og loddepasta rester fra brettet. Denaturert alkohol fungerer også som en erstatning for isopropanol, det er bare ikke så hyggelig å bruke, og kan etterlate noen rester på brettet. Ikke bruk aceton eller andre løsemidler, de kan skade komponentene.

så bruker jeg multimeteret for å sikre at det ikke er noen kortslutning mellom strømskinner. En enkel måte å gjøre dette på er å måle motstanden Over kondensatorene C1, C6, C9, C22, C23, C24 og C26. På grunn av kondensatorvirkning viser måleren motstanden som endres under måling, men den bør aldri være lavere enn omtrent en halv megaohm(verdien stiger når kondensatorene blir ladet).

Mål også motstanden mellom venstre og høyre kanal og mellom hver kanal og bakken, for både inngang og utgang. Disse bør alle leses som åpne kretser, eller i det minste ha høy motstand.

uten shorts i kretsen, plugget JEG USB-kabelen inn og slått på bryteren. Indikatorlampen lyser opp. Jeg brukte multimeter for å sjekke alle spenninger, og alt var ok. VCC skal være +10 OG VEE -10, med 20 volt mellom pinnene 4 og 8 av hver IC.