Construir Seu Próprio Amplificador de fones de ouvido Por menos de us $30 – O Kuosch NS-01

Construir Seu Próprio Amplificador de fones de ouvido Por menos de us $30 – O Kuosch NS-01

UM passo-a-passo para a montagem de um alto desempenho de um amplificador em uma tarde por menos de $50.

o Que é NS-01?

o NS – 01 é um pequeno amplificador de fone de ouvido DIY. Não é o projeto mais simples possível, pois foi projetado com tamanho e desempenho em mente. A versão apresentada aqui deve ser capaz de produzir 90 mA a 7 volts RMS e trabalhar com fones de ouvido de baixa impedância.

para manter o tamanho físico pequeno, a placa é projetada usando componentes de Montagem Em superfície. Estes são bastante pequenos, então é necessário algum cuidado para não perder nenhuma peça inadvertidamente, mas a montagem em si deve ser relativamente direta. Por uma questão de simplicidade, a contagem de peças é mantida mínima. Por exemplo, a configuração padrão usa apenas dois valores de resistor diferentes.

o próprio amplificador é composto por duas etapas:

1. um estágio de amplificação de tensão,
2. um estágio de buffer.

esta abordagem de dois estágios deve, em teoria, melhorar o desempenho da distorção, pois o mesmo dispositivo não precisa lidar com a amplificação de tensão e corrente. O resto do circuito compõe a fonte de alimentação. O conselho mostrado aqui é a revisão D. revisões posteriores podem introduzir pequenas mudanças, mas a estrutura geral deve permanecer a mesma.

há muita conversa entre a comunidade hobbyist sobre como SMT/SMD é difícil de usar, mas minha experiência pessoal é que SMT é realmente mais fácil de montar à mão do que Componentes através do furo. O maior obstáculo é o tamanho dos componentes, mas isso pode ser ajudado simplesmente usando uma lupa ou um microscópio. Para manter as coisas simples, os menores componentes do NS-01 estão no tamanho 0805, ou 2,0 x 1,2 mm.

Métodos de solda

existem muitos métodos diferentes para soldar componentes SMD. Alguns são mais fáceis de fazer, mas podem exigir equipamentos especializados. A maioria deles usa pasta de solda, que é essencialmente uma pasta pegajosa feita de pequenas bolas de solda e fluxo que ajuda a solda derretida a fluir. Do método mais fácil ao mais difícil:

forno de refluxo

de Torradeiras convertidas para grandes sistemas industriais, estes aquecem a placa até que a pasta de solda derreta e a tensão superficial puxa os componentes no lugar. A placa é resfriada de maneira controlada para evitar que as juntas de solda se tornem quebradiças.

prato quente / frigideira

basicamente a versão de um pobre homem do forno de refluxo. A placa de circuito é aquecida por baixo até que a temperatura seja alta o suficiente para derreter a solda e refluir os componentes. Resfriar a placa é difícil de controlar. O fato de que as placas de circuito de material de fibra de vidro são feitas é um bom isolante térmico torna esse método ineficiente também. O período inicial de aquecimento é bastante longo e nada acontece, e de repente tudo acontece de uma vez.

estação de refluxo de ar quente

sopra ar quente para aquecer os componentes e derreter a pasta de solda. Estações de ar quente são excelentes quando pequenas correções são necessárias, já que você pode concentrar o calor em uma pequena área, ao contrário de um forno, mas você pode aquecer todo o componente de uma só vez, ao contrário de um ferro. Infelizmente, o fluxo de ar pode mover pequenos componentes, portanto, é necessário cuidado.

Ferro De Solda

a maneira antiquada de fazer as coisas. É preciso mais esforço para produzir resultados bonitos. Único método capaz de trabalhar com solda sólida. Mesmo um ferro barato é suficiente, mas certifique-se de que é controlado por temperatura.

para os métodos de forno e placa quente, coloque todos os componentes primeiro antes de aquecer. Com o método de ar quente, trabalhe em pequenos grupos de componentes e com ferro de solda, coloque apenas alguns componentes de cada vez para que você tenha espaço para trabalhar.

para colocar um componente, coloque uma pequena bolha de pasta de solda em cada uma das almofadas no PCB e coloque o componente no lugar com uma pinça. Dependendo do tamanho do componente, pode ser uma boa ideia segurar o componente suavemente ao soldar com um ferro.

neste guia, vou usar um ferro de solda e pasta de solda. Em parte porque eu quero mostrar como é feito da “maneira mais difícil”, mas principalmente porque essas ferramentas são o que eu tenho fácil acesso.

Guia para Construir Seu Próprio Amplificador de fones de ouvido

• Coisas que Você Vai Precisar
• Ordem de Solda
• Passo 1: conector USB
• Passo 2: Ganho de fase
• Passo 3: Buffer fases
• Passo 4: a Alimentação
• Passo 5: Limpando

coisas que você precisará

aqui está uma pequena lista de ferramentas e peças necessárias para a construção. Existem muitas alternativas e vários fornecedores, então pegue a lista a seguir apenas como uma sugestão. Se você não está planejando construir mais Eletrônicos, vale a pena considerar pegar emprestado as ferramentas ou visitar um makerspace.

Ferramentas

• Ferro De Solda. Contanto que seja controlado pela temperatura, você ficará bem. Eu uso meu Weller de 20 anos, mas o TS100 recebeu boas críticas.
• Pasta De Solda. Eu usei este produto ChipQuick, mas outras marcas funcionam tão bem.
• Multímetro. Contanto que possa medir a resistência e a tensão, você deve estar bem. Por exemplo, ANENG tem modelos decentes e baratos.
• Pinças (não magnéticas). Reto ou curvo, dependendo da sua preferência.
• lupa ou microscópio para inspeção
• álcool isopropílico

componentes

abaixo está uma lista de componentes eletrônicos sugeridos. Existem vários distribuidores, mas por uma questão de clareza eu adicionei link apenas para um. Também no caso de resistores e capacitores etc. é possível substituí-los por outro produto, desde que o valor e a embalagem correspondam. Às vezes, os distribuidores ficam sem estoque em certos itens, então às vezes é recomendável encontrar alternativas.

observe que as quantidades acima são os componentes preenchidos no amplificador concluído. Às vezes, erros acontecem, por isso pode ser aconselhável comprar um ou dois componentes extras. Para várias regiões, os distribuidores também oferecem frete grátis se seu pedido for grande o suficiente, portanto, verifique se eles têm algo que você deseja que você possa usar para preencher seu pedido. Costumo comprar LEDs de cores diferentes e vários conectores de áudio.

ordem de solda

a ordem em que os componentes são melhor soldados difere consideravelmente entre o conjunto SMD e o conjunto do furo de passagem. Tradicionalmente, os circuitos integrados têm sido os últimos componentes a soldar, mas com Montagem Em superfície, o ICs deve ser alguns dos primeiros componentes que você monta. Isso ocorre porque os ICs tendem a ser mais planos e largos do que a maioria dos outros componentes e, portanto, é mais fácil montá-los primeiro.

Passo 1: conector USB

O NS-01 usa um conector micro-USB para entrada de energia. O conector é a parte mais complicada da construção, por isso é um bom lugar para começar. Eu coloco um pouco de pasta de solda nas almofadas, ou se estiver usando fio de solda, pré-estanho as almofadas com o mínimo de solda possível.

uma vez que o conector é soldado, eu verifico se há shorts entre os pinos de alimentação com um multímetro. Se não houver curto-circuito entre os pinos centrais do switch SW1, tudo está bem e a construção pode prosseguir. Se os pinos estiverem em curto, verifique a solda e meça novamente. Na pior das hipóteses, remova o conector e solde-o novamente.

Etapa 2: etapa de ganho

depois que o conector de alimentação for montado com segurança, começarei com o estágio de ganho, porque é a parte mais central da placa e tem mais componentes.

o estágio de ganho pega o sinal de entrada e o amplifica, aumentando o nível de tensão do sinal de áudio. Em outras palavras, este estágio aplica ganho ao sinal. Ele também executa alguma filtragem para remover o ruído do sinal que poderia perturbar o sistema, como frequências de rádio. A amplificação é realizada por um OPA1656, que na verdade é dois amplificadores operacionais em um pacote, um deles é usado para a esquerda e o outro para o canal direito.

começo colocando o amplificador operacional (op-amp), certificando-me de que a orientação está correta. Às vezes, para o ICs, é mais fácil usar um método chamado drag solding, mas para esses Amplificadores Operacionais, o passo do pino é grande o suficiente para que seja fácil soldar um pino de cada vez. Eu seguro o IC suavemente para baixo com uma pinça, escolha um dos pinos de canto e solde-o. Então eu solda o canto oposto e, em seguida, o resto das pernas.

nunca é uma má ideia verificar se nenhum dos pinos está em curto antes de prosseguir. Se você usou muita pasta de solda, ela pode ter fluído sob o componente e pode causar problemas.

em seguida, adiciono os capacitores de desacoplamento . Estes são capacitores 100nf 0805, então tome cuidado para não perdê-los. Esses capacitores servem para suavizar a fonte de alimentação do amplificador operacional e funcionar como um reservatório de energia em caso de demanda repentina. Sem eles, há um risco aumentado de que o amplificador operacional comece a oscilar.

a seguir estão os resistores . Estes são todos os 10 resistores kOhm 0805. Depois deles, solde em capacitores de tamanho 1µF 1206, seguidos por quatro capacitores 68pF .

os capacitores 68pf formam dois filtros lowpass diferentes para cada canal, um na entrada de sinal e o outro no loop de feedback. O filtro de entrada impede que o ruído de radiofrequência entre no amplificador, e o filtro de feedback limita a largura de banda do amplificador, reduzindo o ruído geral do sistema.

a frequência de canto (a frequência na qual o filtro faz com que o nível do sinal seja -3 dB) do filtro de feedback é de cerca de 230 kHz. Poderia ser ajustado mais baixo aumentando o valor do capacitor, mas eu queria usar o mesmo componente que no outro filtro, e não queria ouvir nenhuma reclamação de que o amplificador está “rolando para fora do high end”.

os capacitores de 1 µF formam filtros highpass em cada entrada de canal, bloqueando possível viés DC no sinal de entrada, bem como reduzindo o ruído subsônico. A frequência de canto deste filtro passa-alta é de 16 Hz.

em seguida, instalo 10 resistores kOhm, seguidos por 1 capacitores µF . Os resistores formam o loop de feedback com, e os capacitores criam filtros passa-alta, reduzindo o ganho do amplificador em DC para unity. Este filtro também possui frequência de Canto de 16 Hz.

o ganho do amplificador é determinado pela proporção de R3 e R5 para o canal esquerdo e a proporção de R4 e R6 para o canal direito. Como todos esses resistores são de igual valor, o ganho do amplificador é de 2 ou +6 dB. É possível ajustar a proporção dos resistores para o ganho desejado, mas deve-se ter cuidado para manter o sinal amplificado máximo abaixo da tensão de operação de 10 volts.

para meu uso, 6 dB é ganho mais do que suficiente com fontes modernas, mas suas necessidades podem ser diferentes. Observe que o ajuste do ganho também afeta as frequências de Canto de todos esses filtros, portanto, o ajuste dos valores do capacitor pode ser necessário.

Passo 3: Estágios de Buffer

o estágio de buffer pega o sinal amplificado do estágio de ganho e o envia para fones de ouvido. Em essência, é um amplificador com um ganho de um. Assim, não fornece ganho de tensão, mas pode fornecer ganho de corrente. Isso se torna importante especialmente ao usar fones de ouvido de baixa impedância.

cada canal tem seu próprio estágio de buffer com 2 amplificadores operacionais paralelos (um pacote IC completo por canal). Op-amps paralelos significa que o amplificador pode fornecer mais Corrente aos fones de ouvido do que um único op-amp poderia.

como as seções são idênticas, elas são fáceis de montar simultaneamente

novamente vou começar com o ICs .

próximo na linha são capacitores . Estes funcionam como bloqueadores DC, removendo qualquer viés que o estágio de ganho de tensão possa ter criado. Eles são funcionalmente idênticos ao estágio de ganho. Eles também podem ser substituídos por links de zero ohm, mas isso só deve ser feito se você tiver certeza de que o amplificador operacional de entrada não introduz viés significativo.

a seguir estão 100nF op-amp tampas de desacoplamento, seguidas por resistores que fornecem o caminho do solo para os amplificadores de buffer.

os componentes finais no estágio de buffer são os resistores de saída de 1 ohm . Isso ajuda a equilibrar pequenas diferenças nos estágios de buffer e garante que os amplificadores operacionais não estejam tentando se dirigir.

Passo 4: potência

quando o caminho do sinal estiver pronto, é hora de enfrentar a seção de energia. Vou começar com o indicador LED e está limitando resistor . Na minha experiência, a corrente nominal de 20 mA geralmente torna os LEDs muito brilhantes. A ideia é indicar que o dispositivo Está ligado, não para iluminar a sala.

R15 é 10 kOhm, o que é um valor bastante alto, mas como o LED está conectado ao trilho de energia-10v, ele limita o fluxo de corrente a cerca de 1 mA, o que deve ser suficiente. Um valor mais baixo para R15 dá um diodo emissor de luz mais brilhante. Qualquer coisa acima de 1 kOhm deve funcionar bem. Ou se você não precisar de indicação, você pode deixar D1 e R15 completamente despovoados.

após o indicador, eu preencher os capacitores de alimentação. Esses capacitores de 2,2 µF funcionam como reservatórios de energia e mantêm a regulação de tensão estável.

agora é hora de colocar os reguladores de tensão linear de baixa queda (LDOs). Eu começo com o regulador de trilho positivo , seguindo-o com a contraparte de tensão negativa . Estes são componentes diferentes com pinouts diferentes, por isso tome cuidado para não trocá-los.

em seguida, vêm os três capacitores de desacoplamento/filtragem de energia . Soldar essas tampas 1µF deve ser rotina até agora.

é muito fácil colocar muita pasta de solda nas almofadas e causar um curto no LDO, então verifique com um multímetro. Eu cometi esse erro e tive que substituir um dos LDOs. Felizmente eu tinha comprado componentes de reposição, porque eles são fáceis de quebrar ao tentar consertar as coisas.

vou deixar o conversor DC/DC para mais tarde devido ao seu tamanho grande e, em vez disso, soldar o resto dos componentes primeiro.

partindo do componente mais interno na linha de quatro pegadas, coloco e soldo o indutor . Isso filtra a corrente de entrada e remove o ruído da fonte de alimentação. Em seguida, instalo os capacitores 4.7 µF . Finalmente eu solda no capacitor 1nF . Esses quatro componentes fazem parte da filtragem EMI do conversor DC/DC.

agora é hora de soldar o Conversor . O pacote é maior do que o resto, mas encontrar o ângulo correto para soldar as almofadas não deve ser difícil.

após o Conversor, solda os conectores de entrada e saída . Ao comprar componentes, o tipo sem interruptor usado neste circuito (SJ-3523-SMT-TR) estava fora de estoque, então usei o modelo com interruptor (SJ-3524-SMT-TR) e dobrei as pernas extras com um alicate, para que não tocassem em outros componentes .

interruptor de Alimentação

Último é o interruptor de alimentação . É melhor colocá-lo por último porque é uma parte do orifício de passagem e as pernas podem fazer com que a placa oscile após a instalação (dependendo da superfície). Se você preferir ter o dispositivo sempre ligado, pode conectar as conexões permanentemente. Conecte o bloco central de ambas as linhas ao bloco Mais Próximo do conector usb. As almofadas no lado do conector de entrada não estão conectadas e podem ser ignoradas.

Passo 5: Limpando

depois que tudo é soldado, é hora de limpar a placa. Eu uso isopropanol e uma escova macia ou cotonete para remover resíduos de fluxo e pasta de solda da placa. O álcool desnaturado também funciona como um substituto para o isopropanol, não é tão bom de usar e pode deixar algum resíduo na placa. Não use acetona ou outros solventes, eles podem danificar os componentes.

então eu uso o multímetro para se certificar de que não há nenhum curto-circuito entre os trilhos de energia. Uma maneira fácil de fazer isso é medir a resistência entre os capacitores C1, C6, C9, C22, C23, C24 e C26. Devido à ação do capacitor, o medidor mostra a resistência mudando durante a medição, mas nunca deve ser inferior a cerca de metade de um megaohm (o valor aumenta à medida que os capacitores são carregados).

Meça também a resistência entre os canais esquerdo e Direito e entre cada canal e o solo, tanto para entrada quanto para saída. Tudo isso deve ser lido como circuitos abertos, ou pelo menos ter alta resistência.

sem shorts no circuito, liguei o cabo USB e liguei o interruptor. O indicador LED acenderá. Eu usei o multímetro para verificar todas as tensões, e tudo estava ok. VCC deve ser +10 e VEE -10, com 20 volts entre os pinos 4 e 8 de cada IC.