Zbuduj swój własny wzmacniacz słuchawkowy za mniej niż $30-Kuosch NS-01

Zbuduj swój własny wzmacniacz słuchawkowy za mniej niż $30-Kuosch NS-01

przewodnik krok po kroku do montażu wysokiej jakości wzmacniacza w popołudnie za mniej niż $50.

co to jest NS-01?

NS-01 to mały wzmacniacz słuchawkowy DIY. Nie jest to najprostszy możliwy projekt, ponieważ został zaprojektowany z myślą o rozmiarze i wydajności. Prezentowana tu wersja powinna być w stanie wypuścić 90 mA przy 7 woltach RMS i pracować ze słuchawkami nawet o niskiej impedancji.

aby rozmiar fizyczny był mały, płyta została zaprojektowana przy użyciu elementów do montażu powierzchniowego. Są one raczej małe, więc należy zachować ostrożność, aby nie stracić żadnych części przypadkowo, ale sam montaż powinien być stosunkowo prosty. Ze względu na prostotę liczba części jest minimalna. Na przykład, domyślna konfiguracja używa tylko dwóch różnych wartości rezystora.

sam wzmacniacz składa się z dwóch stopni:

1. etap wzmocnienia napięcia,
2. etap buforowy.

to dwustopniowe podejście powinno teoretycznie poprawić wydajność zniekształceń, ponieważ to samo urządzenie nie musi radzić sobie zarówno ze wzmocnieniem napięciowym, jak i prądowym. Reszta obwodów stanowi źródło zasilania. Tablica pokazana tutaj to wersja D. późniejsze wersje mogą wprowadzać niewielkie zmiany, ale ogólna struktura powinna pozostać taka sama.

wiele mówi się wśród społeczności hobbystów o tym, jak SMT/SMD jest trudny w użyciu, ale moje osobiste doświadczenie jest takie, że SMT jest w rzeczywistości łatwiejszy w montażu ręcznym niż komponenty z otworami przelotowymi. Największą przeszkodą jest rozmiar komponentów, ale można w tym pomóc po prostu za pomocą szkła powiększającego lub mikroskopu. Aby wszystko było proste, najmniejsze komponenty w NS-01 mają rozmiar 0805 lub 2,0 x 1,2 mm.

metody lutowania

istnieje wiele różnych metod lutowania elementów SMD. Niektóre są łatwiejsze do wykonania, ale mogą wymagać specjalistycznego sprzętu. Większość z nich używa pasty lutowniczej, która jest zasadniczo lepką pastą wykonaną z drobnych kulek lutowniczych i topnika, który pomaga płynąć stopionemu lutowi. Od najprostszej do najtrudniejszej metody:

piekarnik rozpływowy

od przekształconych tosterów do dużych systemów przemysłowych, ogrzewają one płytę, aż pasta lutownicza topi się, a napięcie powierzchniowe pociąga elementy na miejscu. Płyta jest chłodzona w kontrolowany sposób, aby zapobiec kruchości połączeń lutowanych.

płyta grzewcza / patelnia

zasadniczo biedna wersja piekarnika rozpływowego. Płytka drukowana jest podgrzewana od spodu, aż temperatura jest wystarczająco wysoka, aby stopić lut i ponownie wlać komponenty. Chłodzenie płyty jest trudne do kontrolowania. Fakt, że płytki drukowane z włókna szklanego są wykonane, jest dobrym izolatorem termicznym, co sprawia, że ta metoda jest również nieefektywna. Początkowy okres ogrzewania jest dość długi i nic się nie dzieje, a potem nagle wszystko dzieje się na raz.

Stacja rozpływowa gorącego powietrza

wydmuchuje gorące powietrze, aby podgrzać komponenty i stopić pastę lutowniczą. Stacje gorącego powietrza są doskonałe, gdy potrzebne są małe poprawki, ponieważ można skupić ciepło na małym obszarze, w przeciwieństwie do piekarnika, ale można podgrzać cały element na raz, w przeciwieństwie do żelazka. Niestety, przepływ powietrza może przemieszczać małe elementy, dlatego należy zachować ostrożność.

lutownica

staromodny sposób robienia rzeczy. Potrzeba więcej wysiłku, aby uzyskać ładne wyniki. Jedyna metoda zdolna do pracy z lutem stałym. Nawet tanie żelazko wystarczy, ale upewnij się, że jest kontrolowane temperaturą.

W przypadku metod piekarnika i płyty grzewczej umieść wszystkie elementy przed nagrzewaniem. Dzięki metodzie gorącego powietrza pracuj w małych grupach komponentów, a za pomocą lutownicy umieść tylko kilka elementów na raz, aby mieć miejsce do pracy.

aby umieścić komponent, umieść drobną kroplę pasty lutowniczej na każdej z podkładek na PŁYTCE DRUKOWANEJ i umieść komponent na miejscu za pomocą pincety. W zależności od wielkości komponentu, dobrym pomysłem może być delikatne przytrzymanie komponentu podczas lutowania żelazkiem.

W tym przewodniku będę używał lutownicy i pasty lutowniczej. Po części dlatego, że chcę pokazać, jak to się robi w „trudny sposób”, ale głównie dlatego, że te narzędzia są tym, do czego mam łatwy dostęp.

Przewodnik po budowaniu własnego wzmacniacza słuchawkowego

• rzeczy, których będziesz potrzebować
• kolejność lutowania
• Krok 1: złącze USB
• Krok 2: stopień wzmocnienia
• Krok 3: stopnie buforowe
• Krok 4: Moc
• Krok 5: Sprzątanie

rzeczy, których będziesz potrzebować

oto krótka lista narzędzi i części wymaganych do budowy. Istnieje wiele alternatyw i kilku dostawców, więc weź następującą listę tylko jako sugestię. Jeśli nie planujesz budować więcej elektroniki, warto zastanowić się nad wypożyczeniem narzędzi lub odwiedzeniem warsztatu.

narzędzia

• lutownica. Dopóki jest kontrolowana temperatura, nic Ci nie będzie. Używam mojego 20-letniego Wellera, ale TS100 ma dobre recenzje.
• Pasta Lutownicza. Użyłem tego produktu ChipQuick, ale inne marki działają równie dobrze.
• Multimetr. Tak długo, jak może mierzyć rezystancję i napięcie, powinno być dobrze. Na przykład ANENG ma przyzwoite niedrogie modele.
• pincety (niemagnetyczne). Proste lub zakrzywione w zależności od preferencji.
• Lupa lub mikroskop do kontroli
• pocieranie alkoholu

Komponenty

Poniżej znajduje się lista sugerowanych komponentów elektronicznych. Dystrybutorów jest kilka, ale dla jasności dodałem link Tylko do jednego. Również w przypadku rezystorów i kondensatorów itp. możliwe jest zastąpienie ich innym produktem, o ile wartość i opakowanie są zgodne. Czasami dystrybutorom brakuje zapasów na niektóre produkty, Więc czasami zaleca się znalezienie alternatyw.

należy zauważyć, że powyższe ilości są składnikami wypełnionymi w ukończonym wzmacniaczu. Czasami zdarzają się błędy, więc rozsądnie jest kupić dodatkowy komponent lub dwa. Dla kilku regionów dystrybutorzy oferują również bezpłatną wysyłkę, jeśli zamówienie jest wystarczająco duże, więc sprawdź, czy mają coś, czego chcesz, możesz użyć do złożenia zamówienia. Często kupuję różnokolorowe Diody LED i różne złącza audio.

kolejność lutowania

kolejność, w jakiej komponenty są najlepiej lutowane, różni się znacznie między montażem SMD a montażem otworu przelotowego. Tradycyjnie Układy scalone były ostatnimi komponentami do lutowania, ale przy montażu powierzchniowym Układy scalone powinny być jednymi z pierwszych komponentów, które montujesz. Dzieje się tak dlatego, że Układy scalone są zwykle bardziej płaskie i szersze niż większość innych komponentów, dlatego łatwiej jest je najpierw zamontować.

Krok 1: złącze USB

NS-01 wykorzystuje złącze micro-USB do wejścia zasilania. Złącze jest najtrudniejszą częścią konstrukcji, więc jest to dobre miejsce na początek. Nakładam odrobinę pasty lutowniczej na podkładki, lub jeśli używam drutu lutowniczego, wstępnie przyciemniam podkładki jak najmniejszą ilością lutu.

po przylutowaniu złącza sprawdzam czy pomiędzy pinami zasilającymi nie ma zwarcia multimetrem. Jeśli nie ma zwarcia między centralnymi pinami przełącznika SW1, wszystko jest dobrze i budowa może przebiegać. Jeśli szpilki są zwarte razem, sprawdź lutowanie i zmierz ponownie. W najgorszym przypadku wyjmij złącze i przylutuj je ponownie.

Krok 2: stopień wzmocnienia

po bezpiecznym zamontowaniu złącza zasilania zacznę od stopnia wzmocnienia, ponieważ jest to najbardziej centralna część płytki i ma najwięcej komponentów.

stopień wzmocnienia pobiera sygnał wejściowy i wzmacnia go, zwiększając poziom napięcia sygnału audio. Innymi słowy, ten etap dotyczy wzmocnienia sygnału. Wykonuje również pewne filtrowanie w celu usunięcia szumów z sygnału, które mogłyby zakłócić system, takich jak częstotliwości radiowe. Wzmacnianiem zajmuje się opa1656, czyli właściwie dwa wzmacniacze operacyjne w jednym pakiecie, jeden z nich jest używany dla lewego, a drugi dla prawego kanału.

zaczynam od umieszczenia wzmacniacza operacyjnego (op-amp) , upewniając się, że orientacja jest prawidłowa. Czasami dla układów scalonych najłatwiej jest użyć metody zwanej lutowaniem przeciąganym, ale dla tych wzmacniaczy operacyjnych skok pinów jest na tyle duży, że łatwo jest lutować jeden pin na raz. IC delikatnie przytrzymuję pincetą, wybieram jeden z kołków narożnych i lutuję. Następnie lutuję przeciwległy róg, a następnie resztę nóg.

nigdy nie jest złym pomysłem, aby sprawdzić, czy żaden z pinów nie jest zwarty przed kontynuowaniem. Jeśli użyłeś zbyt dużej ilości pasty lutowniczej, mogła ona płynąć pod komponentem i może powodować problemy.

następnie dodaję Kondensatory odsprzęgające . Są to Kondensatory 100nF 0805, więc uważaj, aby ich nie zgubić. Kondensatory te służą do wygładzenia zasilania wzmacniacza operacyjnego i działają jako rezerwuar energii w przypadku nagłego zapotrzebowania. Bez nich istnieje zwiększone ryzyko, że wzmacniacz operacyjny zacznie oscylować.

nastÄ ™ pne sÄ … Rezystory . To wszystkie rezystory 10 kOhm 0805. Po nich lutujemy w kondensatorach o rozmiarze 1µF 1206, a następnie w czterech kondensatorach 68pF .

Kondensatory 68pF tworzą dwa różne filtry lowpass dla każdego kanału, jeden na wejściu sygnału, a drugi w pętli sprzężenia zwrotnego. Filtr wejściowy zapobiega przedostawaniu się szumów o częstotliwości radiowej do wzmacniacza, a filtr sprzężenia zwrotnego ogranicza szerokość pasma wzmacniacza, zmniejszając ogólny szum systemu.

częstotliwość narożna (częstotliwość, przy której filtr powoduje poziom sygnału na -3 dB) filtra sprzężenia zwrotnego wynosi około 230 kHz. Można go było wyregulować niżej, zwiększając wartość kondensatora, ale chciałem użyć tego samego komponentu, co w drugim filtrze i nie chciałem słyszeć żadnych skarg, że wzmacniacz „zjeżdża z high endu”.

Kondensatory 1 µF tworzą filtry highpass na każdym wejściu kanału, blokując ewentualne odchylenie DC w sygnale wejściowym, a także zmniejszając dudnienie subsoniczne. Częstotliwość narożna tego filtra górnoprzepustowego wynosi 16 Hz.

nastÄ ™ pnie instalujÄ ™ Rezystory 10 kOhm , nastÄ ™ pnie Kondensatory 1 µF . Rezystory tworzą pętlę sprzężenia zwrotnego z, a Kondensatory tworzą filtry górnoprzepustowe, redukując wzmocnienie wzmacniacza przy DC do jedności. Filtr ten ma również częstotliwość narożną 16 Hz.

wzmocnienie wzmacniacza jest określone przez stosunek R3 i R5 dla lewego kanału oraz stosunek R4 i r6 dla prawego kanału. Ponieważ wszystkie te rezystory są jednakowej wartości, wzmocnienie wzmacniacza wynosi 2, lub +6 dB. Możliwe jest dostosowanie stosunku rezystorów do pożądanego wzmocnienia, ale należy zachować ostrożność, aby utrzymać maksymalny wzmocniony sygnał poniżej napięcia roboczego 10 woltów.

dla mnie 6 dB to więcej niż wystarczający zysk z nowoczesnymi źródłami, ale twoje potrzeby mogą być inne. Należy pamiętać, że dostosowanie wzmocnienia wpływa również na częstotliwości narożne wszystkich tych filtrów, więc może być wymagane dostosowanie wartości kondensatora.

Krok 3: Stopnie buforowe

stopień buforowy pobiera wzmocniony sygnał ze stopnia wzmocnienia i wysyła go do słuchawek. W istocie jest to wzmacniacz o wzmocnieniu 1. W ten sposób nie zapewnia wzmocnienia napięcia, ale może zapewnić wzmocnienie prądowe. Staje się to ważne zwłaszcza przy użyciu słuchawek o niskiej impedancji.

każdy kanał ma swój własny stopień buforowy z 2 równoległymi wzmacniaczami operacyjnymi (po jednym pełnym pakiecie układów scalonych na kanał). Równoległe wzmacniacze operacyjne oznaczają, że wzmacniacz może dostarczyć więcej prądu do słuchawek niż pojedynczy wzmacniacz operacyjny.

ponieważ sekcje są identyczne, są łatwe w montażu jednocześnie

ponownie zacznę od ICs .

następne w kolejce są kondensatory . Działają one jako blokery PRĄDU STAŁEGO, usuwając wszelkie odchylenia, które mogły powstać na etapie wzmocnienia napięciowego. Funkcjonalnie są identyczne jak na etapie wzmocnienia. Można je również zastąpić łączami zero-ohm, ale należy to zrobić tylko wtedy, gdy mamy pewność, że wzmacniacz wejściowy nie wprowadza znaczącego odchylenia.

nastÄ ™ pne sÄ … nasadki odsprzęgajä … ce 100nF , a nastÄ ™ pnie Rezystory, ktĂłre dostarczajÄ … drogÄ ™ uziemienia dla wzmacniaczy buforowych.

komponentami końcowymi stopnia buforowego są Rezystory wyjściowe 1 ohm . Pomagają one zrównoważyć małe różnice w stopniach bufora i zapewniają, że wzmacniacze operacyjne nie próbują się nawzajem napędzać.

Krok 4: Zasilanie

gdy ścieżka sygnału jest gotowa, nadszedł czas, aby zająć się sekcją zasilania. Zacznę od diody LED wskaźnika i to jest ograniczający Rezystor . Z mojego doświadczenia wynika, że Prąd nominalny 20 mA zwykle sprawia, że diody LED są zbyt jasne. Chodzi o to, aby wskazać, że urządzenie jest włączone, a nie oświetlić pokój.

R15 to 10 kOhm, co jest dość wysoką wartością, ale ponieważ dioda LED jest podłączona do szyny zasilającej-10V, ogranicza przepływ prądu do około 1 mA, co powinno wystarczyć. Niższa wartość dla R15 daje jaśniejszą diodę LED. Wszystko powyżej 1 kOhm powinno działać dobrze. Lub jeśli nie potrzebujesz wskazania, możesz całkowicie pozostawić D1 i R15 bez wypełnienia.

po wskaźniku zapełniam Kondensatory zasilacza. Te Kondensatory 2,2 µF pracują jako rezerwuary energii i utrzymują regulację napięcia na stabilnym poziomie.

teraz nadszedł czas, aby umieścić liniowe regulatory napięcia (LDO) o niskim spadku. Zaczynam od dodatniego regulatora szynowego, a następnie od ujemnego odpowiednika napięcia. Są to różne komponenty z różnymi pinami, więc uważaj, aby ich nie wymieniać.

następne są trzy Kondensatory odsprzęgające / filtrujące moc . Lutowanie tych czapek 1µF powinno być już rutynowe.

dość łatwo jest umieścić zbyt dużo pasty lutowniczej na podkładkach i spowodować zwarcie w LDO, więc sprawdź za pomocą multimetru. Popełniłem ten błąd i musiałem wymienić jeden z LDO. Na szczęście kupiłem zapasowe komponenty, ponieważ łatwo je zepsuć, próbując coś naprawić.

zostawię konwerter DC/DC na później ze względu na jego duży rozmiar, a zamiast tego lutuję resztę komponentów jako pierwsze.

zaczynając od najbardziej wewnętrznego komponentu w linii czterech footprintów, umieszczam i lutuję cewkę . Filtruje to prąd przychodzący i usuwa hałas z zasilacza. Następnie instaluję Kondensatory 4,7 µF . Na koniec lutuję w kondensatorze 1nF . Te cztery komponenty są częścią filtrowania EMI konwertera DC / DC.

teraz czas na lutowanie konwertera . Pakiet jest wyższy niż reszta, ale znalezienie odpowiedniego kąta lutowania klocków nie powinno być trudne.

po konwerterze lutuję gniazda wejściowe i wyjściowe . Przy zakupie podzespołów, typu bez przełącznika w tym układzie (SJ-3523-SMT-TR) nie było w magazynie, więc użyłem modelu z przełącznikiem (SJ-3524-SMT-TR), A Dodatkowe nogi zgięłem szczypcami, aby nie dotykały innych podzespołów .

wyłącznik zasilania

ostatni to wyłącznik zasilania . Najlepiej umieścić to na końcu, ponieważ jest to część przelotowa, a nogi mogą powodować chwiejenie się płyty po zainstalowaniu (w zależności od powierzchni). Jeśli wolisz mieć urządzenie zawsze włączone, możesz podłączyć połączenia na stałe. Podłącz podkładkę środkową obu rzędów do podkładki znajdującej się najbliżej złącza usb. Pady po stronie gniazda wejściowego nie są podłączone i można je zignorować.

Krok 5: Sprzątanie

po tym, jak wszystko jest lutowane, nadszedł czas, aby wyczyścić płytę. Używam izopropanolu i miękkiej szczotki lub wacika do usuwania pozostałości topnika i pasty lutowniczej z płyty. Denaturowany alkohol działa również jako zamiennik izopropanolu, po prostu nie jest tak przyjemny w użyciu i może pozostawić pewne pozostałości na płycie. Nie używaj acetonu ani innych rozpuszczalników, mogą one uszkodzić składniki.

następnie używam multimetru, aby upewnić się, że nie ma żadnych zwarć między szynami zasilającymi. Prostym sposobem na to jest zmierzenie rezystancji kondensatorów C1, C6, C9, C22, C23, C24 i C26. Ze względu na działanie kondensatora, miernik pokazuje zmianę rezystancji podczas pomiaru, ale nigdy nie powinien być niższy niż około pół megaohma (wartość rośnie w miarę ładowania kondensatorów).

Zmierz również rezystancję między lewym i prawym kanałem oraz między każdym kanałem a masą, zarówno dla wejścia, jak i wyjścia. Wszystkie powinny być odczytywane jako obwody otwarte lub przynajmniej mieć wysoką odporność.

bez szortów w obwodzie, podłączyłem Kabel USB i włączyłem przełącznik. Dioda LED wskaźnika zaświeci się. Użyłem multimetru do sprawdzenia wszystkich napięć i wszystko było ok. VCC powinien wynosić +10 i VEE -10, z 20 woltami między pinami 4 i 8 każdego układu scalonego.