- Απαιτούμενα στοιχεία
- Διάγραμμα κυκλώματος εξισωτή ήχου
- Σχεδίαση ενεργού φίλτρου ήχου PCB
- Παραγγελία PCB από PCBWay
- Συναρμολόγηση και δοκιμή του ενεργού κυκλώματος φίλτρου ήχου
Το κύκλωμα ελέγχου τόνου ή Ενεργού ισοσταθμιστή, ειδικά το μπάσο, το πρίμα και ο έλεγχος MID Equalizer είναι ένα σημαντικό κύκλωμα στο σχεδιασμό ενισχυτή ήχου. Γενικά, τα ενεργά φίλτρα ισοσταθμιστή τριών σταδίων απαιτούν τρία μπάσα ελέγχου, πρίμα και MID. Ο έλεγχος μπάσων επιτρέπει τη διέλευση της χαμηλής συχνότητας αλλά μπλοκάρει την υψηλή συχνότητα και ο έλεγχος πρίμων επιτρέπει την υψηλή συχνότητα να περάσει, αλλά εμποδίζει τη χαμηλή συχνότητα, ενώ ο έλεγχος MID ισορροπεί μεταξύ υψηλής και χαμηλής συχνότητας. Σε αυτό το έργο, θα σχεδιάσουμε ένα ενεργό κύκλωμα ελέγχου τόνου που τροφοδοτείται από ένα op-amp με σχεδιασμό PCB. Θα λειτουργεί με τροφοδοσία 12V και θα διαθέτει μπάσο, πρίμα και έλεγχο μέσης συχνότηταςέτσι ώστε ο ήχος εξόδου να μπορεί να ρυθμιστεί όπως απαιτείται. Μπορείτε επίσης να δείτε τα άλλα κυκλώματα μπάσων που έχουμε δημιουργήσει νωρίτερα.
- Προενισχυτής στερεοφωνικού ήχου με έλεγχο μπάσων και πρίμων χρησιμοποιώντας τρανζίστορ
- Απλό κύκλωμα ελέγχου ήχου ήχου με έλεγχο μπάσων και πρίμων
- Κύκλωμα ελέγχου υψηλής ισχύος μπάσων και πρίμων χρησιμοποιώντας LA4440
Για αυτό το έργο χρησιμοποιήσαμε τις υπηρεσίες κατασκευής PCBWay's PCB για να φτιάξουμε τις πλακέτες κυκλωμάτων. Στις ακόλουθες ενότητες του άρθρου έχουμε καλύψει την πλήρη διαδικασία σχεδιασμού, παραγγελίας και συναρμολόγησης των πλακέτων PCB για αυτό το κύκλωμα ισοσταθμιστή ήχου.
Απαιτούμενα στοιχεία
Τα εξαρτήματα που απαιτούνται για την κατασκευή αυτού του κυκλώματος ελέγχου τόνου χρησιμοποιώντας Op-Amp δίνονται παρακάτω.
- Ποτενσιόμετρο 100k - 2 τεμ
- Ποτενσιόμετρο 470k - 1 τεμ
- Λειτουργικός ενισχυτής TL072
- Τροφοδοσία 12V
- Πυκνωτής.1uF 35V
- Πυκνωτής 1.2nF 63V
- 100uF, 35V
- 10uF, 35V
- 2.2uF, 63V
- 22 k αντίσταση
- Πυκνωτής 22nF 63V
- Αντίσταση 270R
- Πυκνωτής 33pF
- Πυκνωτής 4,7nF 63V - 2 τεμ
- 47nF
- 1.8k - 2 τεμ
- 10uF, 25V - 2 τεμ
- 3.3k - 2τμχ
- 47k - 2τμχ
- 10k - 5τμχ
- PCB
Διάγραμμα κυκλώματος εξισωτή ήχου
Το πλήρες διάγραμμα κυκλωμάτων μπάσων φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το κύριο συστατικό σε αυτό το κύκλωμα είναι το Op-Amp. Το Op-Amp TL072 είναι ένας δημοφιλής ενισχυτής λειτουργίας που έχει δύο μεμονωμένους λειτουργικούς ενισχυτές σε ένα μόνο μονολιθικό πακέτο.
Η εξήγηση του κυκλώματος έχει ως εξής, αλλά μπορείτε επίσης να μεταβείτε στο βίντεο στο τέλος αυτής της σελίδας, το οποίο εξηγεί επίσης πώς λειτουργεί το κύκλωμα. Η παρακάτω εικόνα δείχνει το pinout του TL072P Op-Amp. Αυτοί οι δύο λειτουργικοί ενισχυτές απεικονίζονται στο σχηματικό ως IC1A και IC1B.
Κύκλωμα Buffer Op-Amp:
Το IC1A έχει διαμορφωθεί ως ενισχυτής αναστροφής buffer. Αυτός ο ενισχυτής buffer παρέχει μια ρυθμισμένη έξοδο του σήματος εισόδου για φιλτράρισμα ή εξίσωση από τα φίλτρα τριών ζωνών. Ο πυκνωτής C4 είναι ένας πυκνωτής αποκλεισμού που μπλοκάρει το σήμα DC και επιτρέπει μόνο τη διέλευση του σήματος AC.
Οι αντιστάσεις R3 και R4 πρέπει να είναι ακριβείς και να ταιριάζουν. Συνιστάται να μην αλλάξετε αυτές τις δύο τιμές σε αυτό το στάδιο. Ο πυκνωτής εξόδου 2.2uF, C6 θα περάσει το σήμα από την προσωρινή έξοδο.
Κύκλωμα ελέγχου μέσης συχνότητας, μπάσων και πρίμων:
Στο επόμενο στάδιο, το IC1B είναι το πραγματικό ενεργό φίλτρο που έχει τρία φίλτρα διέλευσης συνδεδεμένα στον βρόχο αρνητικής ανάδρασης. Εδώ συμβαίνει η πραγματική διήθηση τόνου-
Η αρνητική είσοδος λαμβάνεται από τον πυκνωτή 2.2uF. Το op-amp IC1B διαμορφώνεται και πάλι ως ενισχυτής αντιστροφής και παίρνει μια εισερχόμενη είσοδο από το IC1A και στην έξοδο, αναστρέφεται και πάλι.
Τα φίλτρα τριών ζωνών είναι και τα δύο φίλτρα RC. Δεδομένου ότι οι τιμές του πυκνωτή δεν μπορούν να αλλάξουν, η τιμή της αντίστασης αλλάζει εδώ χρησιμοποιώντας ένα μεταβλητό ποτενσιόμετρο. Εδώ, η αντίσταση R12 και ο πυκνωτής C11 χρησιμοποιούνται ως ρύθμιση κέρδους. Η αλλαγή της τιμής R12 θα αλλάξει επίσης το κέρδος.
Στο πρώτο φίλτρο που είναι το φίλτρο μπάσων (low pass). Το πρώτο κύκλωμα δικτύου είναι το R8, το ποτενσιόμετρο μπάσων και το R9 είναι η συνολική αντίσταση του φίλτρου και ο πυκνωτής είναι C7. Για να προσδιορίσετε τη συχνότητα αποκοπής, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον παρακάτω τύπο-
fc = 1 / 2piCR
Το fc είναι η συχνότητα αποκοπής και το C είναι η τιμή του πυκνωτή, το R είναι η συνολική αντίσταση του δικτύου. Επομένως, η αλλαγή σε διαφορετικές τιμές pot ή η αλλαγή του πυκνωτή C7 θα αλλάξει την απόκριση συχνότητας του φίλτρου Bass (Low Pass filter).
Υπολογισμός συχνότητας αποκοπής για κύκλωμα μπάσων και πρίμων:
Για παράδειγμα, στο παραπάνω κύκλωμα, η τιμή του ποτενσιόμετρου είναι 100k. Επομένως, η συνολική αντίσταση, 100k (Bass Pot) + 10k (R8) + 10k (R9) = 120k. Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο, ο έλεγχος μπάσων θα μπορούσε να επεξεργαστεί τη συχνότητα έως και 28 Hz.
Το ίδιο συμβαίνει και για το φίλτρο MID. Αλλά αντί για φίλτρα χαμηλής ή υψηλής διέλευσης, χρησιμοποιεί κατασκευή φίλτρου ζώνης.
Η συχνότητα αποκοπής μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο fc = 1 / 2piCR. Η υψηλότερη ζώνη μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την αντίσταση R6 και τον πυκνωτή C8 (σύμφωνα με τη σχηματική τιμή, είναι 10,2 kHz) και η χαμηλότερη ζώνη μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την τιμή - ποτενσιόμετρο MID + R10 ως τη συνολική αντίσταση και τον πυκνωτή C9 (σύμφωνα με η σχηματική τιμή, είναι 70 Hz).
Στην τελευταία ζώνη φίλτρου, είναι ένας έλεγχος πρίμων τόνων με φίλτρο υψηλής διέλευσης. Ο τύπος δεν αλλάζει, είναι το ίδιο fc = 1 / 2piCR. Η συνολική αντίσταση είναι η αντίσταση Treble, και το R11 και ο πυκνωτής είναι το C10. Όταν το πρίμα είναι εντελώς χαμηλό, αυτό σημαίνει ότι το ποτενσιόμετρο είναι πλήρως 470k χρησιμοποιώντας τη σχηματική τιμή, η συχνότητα αποκοπής του φίλτρου είναι - 71 Hz. Αλλά κατά τη διάρκεια της πλήρους λειτουργίας πρίμα, όταν το ποτενσιόμετρο είναι πλήρως ενεργοποιημένο, η αντίσταση του ποτενσιόμετρου γίνεται ασήμαντη και μόνο η αντίσταση R11 τίθεται σε ισχύ. Σε αυτήν την περίπτωση, η συχνότητα αποκοπής έγινε -18 kHz. Η έξοδος λαμβάνεται από το C12.
Κύκλωμα πόλωσης / όφσετ:
Δεδομένου ότι πρόκειται για μία τάση τροφοδοσίας μονοπατιού όπου δεν χρησιμοποιείται η αρνητική ράγα, το σήμα εισόδου πρέπει να αντισταθμιστεί. Αυτό οφείλεται στην αδυναμία του op-amp να ενισχύσει τις αρνητικές κορυφές του σήματος εισόδου σε έναν τρόπο τροφοδοσίας απλής ράγας.
Για να γίνει η μετατόπιση, τοποθετείται ένα διαχωριστικό τάσης κατά τη θετική ανατροφοδότηση του op-amp. Ο διαχωριστής τάσης θα αντισταθμίσει το μισό του σήματος της τάσης τροφοδοσίας. Δεδομένου ότι χρησιμοποιεί παροχή 12V, το σήμα εισόδου αντισταθμίζεται από 6V DC. Οι C1 και C2 είναι οι πυκνωτές φίλτρου και τα R1 και R2 χρησιμοποιούνται για να κάνουν το διαχωριστικό τάσης μαζί με έναν πρόσθετο πυκνωτή φίλτρου C3.
Σχεδίαση ενεργού φίλτρου ήχου PCB
Το PCB για το κύκλωμα ενεργού φίλτρου ήχου έχει σχεδιαστεί για διπλό μπουφέ. Έχω χρησιμοποιήσει το Eagle για να σχεδιάσω το PCB μου, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε λογισμικό σχεδίασης της επιλογής σας. Η δισδιάστατη εικόνα του σχεδιασμού του πίνακα μου φαίνεται παρακάτω.
Χρησιμοποιούνται επαρκή κενά γείωσης για τη σωστή δημιουργία της διαδρομής γείωσης σε όλη την πλακέτα κυκλώματος. Το σήμα εισόδου και το τμήμα τάσης εισόδου δημιουργούνται στην αριστερή πλευρά και η έξοδος δημιουργείται στη δεξιά πλευρά για καλύτερη χρηστικότητα. Μπορείτε να κατεβάσετε το πλήρες αρχείο σχεδίασης για το Eagle μαζί με το Gerber από τον παρακάτω σύνδεσμο.
- Σχεδιασμός PCB και GERBER για κύκλωμα ελέγχου τόνου με έλεγχο μπάσων και πρίμων
Τώρα, που το σχέδιο μας είναι έτοιμο, είναι καιρός να τα κατασκευάσουμε χρησιμοποιώντας το αρχείο Gerber. Για να ολοκληρώσετε το PCB είναι αρκετά εύκολο, απλώς ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα-
Παραγγελία PCB από PCBWay
Βήμα 1: Μπείτε στο https://www.pcbway.com/, εγγραφείτε εάν αυτή είναι η πρώτη σας φορά. Στη συνέχεια, στην καρτέλα Πρωτότυπο PCB, εισαγάγετε τις διαστάσεις του PCB σας, τον αριθμό των επιπέδων και τον αριθμό των PCB που χρειάζεστε.
Βήμα 2: Συνεχίστε κάνοντας κλικ στο κουμπί «Προσφορά τώρα». Θα μεταφερθείτε σε μια σελίδα όπου θα ορίσετε μερικές επιπλέον παραμέτρους εάν απαιτείται, όπως το υλικό που χρησιμοποιείται, το διάστιχο, κλπ. Αλλά κυρίως, οι προεπιλεγμένες τιμές θα λειτουργήσουν καλά.
Βήμα 3: Το τελευταίο βήμα είναι να ανεβάσετε το αρχείο Gerber και να προχωρήσετε στην πληρωμή. Για να βεβαιωθείτε ότι η διαδικασία είναι ομαλή, το PCBWAY επαληθεύει εάν το αρχείο Gerber είναι έγκυρο πριν προχωρήσετε στην πληρωμή. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το PCB σας είναι φιλικό στην κατασκευή και θα σας φτάσει ως δεσμευμένο.
Συναρμολόγηση και δοκιμή του ενεργού κυκλώματος φίλτρου ήχου
Μετά από λίγες ημέρες, λάβαμε το PCB μας σε ένα τακτοποιημένο πακέτο. Η ποιότητα και η συσκευασία του PCB ήταν καλές όπως πάντα. Μπορείτε να δείτε τη συσκευασία μόνοι σας.
Το άνω στρώμα και το κάτω στρώμα του πίνακα φαίνονται στην παρακάτω εικόνα. Επιλέξαμε το κόκκινο ως μάσκα κόλλησης, απλώς και μόνο επειδή είναι ελκυστικό και το PCBway παρέχει όλα τα χρώματα μάσκας στην ίδια τιμή, οπότε γιατί να μην διασκεδάσουμε με το χρώμα PCB.
Όπως μπορείτε να παρατηρήσετε από την παραπάνω εικόνα, η ποιότητα του PCB είναι πολύ καλή. Τα κομμάτια, τα τακάκια, τα vias και άλλα διάκενα ήταν όλα τέλεια κατασκευασμένα. Άρχισα να συναρμολογώ το συμβούλιο μου μόλις το έλαβα. Μπορείτε να δείτε τον συναρμολογημένο πίνακα παρακάτω.
Ωστόσο, για μερικούς πυκνωτές, οι βαθμολογίες τάσης δεν είναι ακριβείς όπως απαιτείται, αλλά δεν κάνουν διαφορές στην έξοδο του κυκλώματος. Επίσης, ο λειτουργικός ενισχυτής TL072 αντικαθίσταται με JRC4558 λόγω της μη διαθεσιμότητας του IC. Το άλλο Op-Amp IC μπορεί επίσης να λειτουργήσει, αλλά η αντιστοίχιση καρφιτσών πρέπει να συνδυάζεται με την τυπική αντιστοίχιση καρφιτσών op-amp
Το κύκλωμα δοκιμάζεται χρησιμοποιώντας είσοδο ήχου από φορητό υπολογιστή, τροφοδοσία 12V και σύστημα εξόδου ηχείου 15W 2.1. Οι λεπτομερείς πληροφορίες εργασίας και δοκιμών βρίσκονται στο παρακάτω βίντεο.
Ελπίζω να απολαύσατε το σεμινάριο και να μάθετε κάτι χρήσιμο. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή αμφιβολίες, αφήστε τα στην παρακάτω ενότητα σχολίων. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε τα φόρουμ μας για άλλες τεχνικές ερωτήσεις.