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Op-amp-Kopfhörerverstärker

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Op-amp-Kopfhörerverstärker

Dies ist ein Kopfhörerverstärker ähnlich dem von Chu Moy entworfen. Als Referenz, das Original ist Chu Moy Artikel hier , während ein großes Tutorial auf Gebäude es hier ist . Ich habe einen anderen zweifachen Operationsverstärker verwendet, den RC4560, hergestellt von Texas Instruments, in dem TSSOP-Gehäuse und Chipwiderstände, um eine extrem kleine Leiterplattenanordnung herzustellen.

Schritt 1: Der op Amp

Op-amp-Kopfhörerverstärker

Das aktive Gerät ist der RC4560, den Texas Instruments beansprucht, ua für Kopfhörerverstärker geeignet zu sein. Es kann bis zu +/- 2 Volt arbeiten, und hat ein geringes Rauschen und eine breite Bandbreite.

Es ist verfügbar in einem TSSOP (Thin Shrink Small Outline Package), was bedeutet, dass es klein ist, klein genug für mich, um meine einmaligen Mikroprototyping Fähigkeiten zu demonstrieren.

Schritt 2: Die Schaltung

Op-amp-Kopfhörerverstärker

Die Schaltung ist der standardmäßige nicht invertierende Verstärker mit einer Verstärkung von 11, mit einem kapazitiv gekoppelten Eingang. Ein kleiner geschätzter Widerstand am Ausgang des Verstärkers isoliert die Last und minimiert jede Tendenz der Oszillation mit langen Kopfhörerleitungen.

Die große Größe der Eingangs-Kondensatoren machen sie zu sperrig, um an Bord, so dass sie außerhalb, zwischen der Eingangsbuchse und Lautstärkeregler und der Platine enthalten sein.

Die Stromversorgung erfolgt über eine 9-Volt-Batterie, umgewandelt in Dual +/- 4,5 Volt um 4,7 K Widerstände und entkoppelt durch 220 Mikrofarad Kondensatoren.

Eine lichtemittierende Diode mit hohem Wirkungsgrad soll Anzeichen dafür liefern, daß die Schaltung eingeschaltet ist, sie wird mit etwa 0,7 Milliampere durch einen 10 K-Widerstand gespeist.

Schritt 3: Die Komponenten

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Das Bild zeigt die integrierte Schaltung und Widerstände. Der Chip ist eine kostenlose Probe von Texas Instruments, und die Widerstände sind alle von alten Festplatten scrounged. Die vierstellige Markierung bedeutet, dass sie alle eine Toleranz von 1% aufweisen, und sie könnten sogar MFR (Metallfilmwiderstand) sein. Es gibt jedoch keine Möglichkeit dies zu bestätigen.

Die geringe Größe dieser Komponenten macht es sehr schwierig, herkömmliche Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungstechniken zu verwenden. Tatsächlich ist das einzige praktikable Mittel, um sie miteinander zu verbinden, eine gedruckte Schaltungsplatine zu verwenden.

Schritt 4: Die Leiterplatte - Design

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Vor dem Ätzen der Leiterplatte benötigen wir ein Design. Da es insgesamt neun Komponenten an Bord gibt, entschied ich mich dafür, das einfachste, am weitesten verbreitete CAD Werkzeug für diesen Zweck zu nutzen - die Windows Paint.

In der nachfolgenden Konstruktion stellt Schwarz Kupfer dar, Weiß stellt die Bereiche dar, in denen Kupfer entfernt werden muss, und Grau und Gelb repräsentieren den Komponentenkörper bzw. die Leiter.

Die Komponentenkonstruktionen können entfernt, die Lücken aufgeräumt und das Muster auf einen Maßstab gedruckt werden, wobei ein Laserdrucker verwendet wird, der selbstverständlich gespiegelt wird, und das Muster auf eine Kupferlaminatplatte aufgebügelt und in Eisenchlorid geätzt wird.

Da ich eine große Summe von einem Board machen wollte, entschied ich mich für einen anderen Ansatz. (Ich konnte nicht finden, die Chip-Widerstände für eine zweite Karte). Und das war, um das Muster direkt auf das Laminat mit einem permanenten Marker zu zeichnen.

Insbesondere beschichtete ich das Laminat (nach der Reinigung) mit einer Ätzresistschicht (permanente Markierungstinte) und kratzte das Muster mit einer scharfen Spitze darauf.

Schritt 5: Vorbereitung der Platine

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Ich verwendete den Salzwasserätzprozeß, dokumentiert hier in instructables, um das Brett zu bilden.

Ein kleines Stück von doppelseitigem, kupferplattiertem Epoxidharz wurde zugeschnitten und gereinigt. Referenzmarken wurden darauf gestanzt, so daß sie, wenn sie mit einer Schicht von Markierungstinte bedeckt sind, noch sichtbar sind. Die Linien und Stempelmarkierungen schneiden nicht das Kupfer, sie nur Einkerbung der Oberfläche gerade genug, um es in Relief markieren.

Schritt 6: Beschichten mit Resist

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Die andere Seite des Brettes war mit einer Schicht Entenband bedeckt. Diese Seite ist mit einer Schicht aus Permanentmarker bedeckt. Die Markierungen sind noch sichtbar.

Schritt 7: Kratzmuster

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Die Orte, an denen Kupfer entfernt werden soll, wurden zerkratzt, um das darunterliegende Kupfer unter Verwendung einer Ahle zu belichten.

Wenn Sie ein dremel mit einem spitzen Werkzeug, einer ruhigen Hand und viel Vertrauen (oder viel Brett) haben, können Sie einige Schritte überspringen und das Brett direkt schnitzen. Das spart die Mühe, mit Chemikalien umzugehen, um das Kupfer zu entfernen.

Aber dieser Umweg hat Vorteile: Fehler können behoben werden, indem man an einem Punkt der Markierung und Kratzen wieder dabbing. Das Entwerfen dieser Geraden, die gerade zu sein, war einfach in der Farbe, und beim Zeichnen es auf das Brett, kann ein transparentes Lineal verwendet werden, um die Ahle durch jene Linien zu führen.

Wenn alle Fehler behoben sind und das Brett wie das beabsichtigte Design auslötet, löten Sie einen Draht zum Kupfer, lassen Sie es in etwas Salzwasser und machen es die Anode für fünf Minuten oder so.

Schritt 8: Die geätzte Platte

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Auf diese Weise untersucht die Platine die Kupferentfernung durch Elektrolyse und entfernt den Ätzresist durch Abwischen mit Aceton.

Diese Linien wurden in das Kupfer als Führung eingekerbt, und Kupfer bleibt über einige Teile. Sie können auch sehen, dass Kupfer an einigen Stellen nahe dem Rand der Platine bleibt, ist dies beabsichtigt, und ist so konzipiert, dass der Strom einen Weg, um alle Teile der Platine zu reisen, so dass die Elektrolyse gehen kann.

Einige Brücken bleiben über diesen Lücken und werden gelöscht, indem man die Kante eines scharfen Messers durch sie läuft. Nach dem Testen (mit 12W Lampe und Batterie) und einer Lackbeschichtung ist es fertig zum Löten.

Schritt 9: Widerstände gelötet

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Die Widerstände wurden zusammen mit einigen Anschlüssen an die andere Seite angelötet - die + 4,5 V und - 4,5 V Versorgungen an den Operationsverstärker und die Masse an der Verbindungsstelle der 100K und 1K Widerstände werden mit Drähten in Löcher eingesetzt Mit einem 0,7 mm-Bit gebohrt und beidseitig angelötet.

Schritt 10: Löten des Chips

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Der Chip ist eingelötet worden. Wenn die Messungen des Musters korrekt waren, sollte dies mit seinen Anschlüssen in der Mitte der Pads sitzen. Wenn die Pads mit einem Bit Lötmittel verzinnt wurden und eine leichte Beschichtung des Flussmittels gegeben wurden, reicht die Platzierung und die Anwendung von Wärme von der spitzen Spitze des Lötkolbens aus, um alle seine Leitungen zu befestigen.

Ich benutze die Spitze einer Länge von Kupferdraht um die Spitze des Eisens gewickelt, um erfolgreich zu heizen ein Gelenk ohne stören die eine daneben.

Juweliere Brille in das Auge geschraubt ist auch gut. Blätter beide Hände frei, um auf der Suche nach Werkzeugen, die Sie fallen gelassen.

Tipp: Achten Sie auf das Lötkolben, versuchen Sie nicht , ihn zu suchen , indem fühlen.

Schritt 11: Die andere Seite des Boards

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Ich benutzte eine doppelseitige Platine, und die Absicht war, eine Seite der Platine für das Signal und die andere Seite für die Power-Komponenten.

Vier Verbindungen verbinden die obere und untere Seite des Bretts. Die andere Seite wurde für die Stromversorgungsschaltung vorbereitet, indem das Kupfer entfernt wurde, um die + und - Versorgungsanschlüsse zum Chip zu isolieren. Diese Schnitte wurden mit der scharfen Spitze eines Hobby-Messer gemacht.

Das Bild zeigt die beiden 4,7 K Widerstände für die "virtuelle Masse" und zwei 100n keramische Chip Entkopplung Kondensatoren. Diese Kondensatoren sind nicht in der schematischen eingezeichnet, aber op amp lore hat es, dass es gut ist, sie zu haben. Besser werfen Sie sie jetzt ein, als später, wenn es möglicherweise nicht mehr Platz an Bord für sie.

Schritt 12: Die anderen Komponenten

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Nachdem die Platine vollständig ist, ist es an der Zeit, die anderen Komponenten zu suchen, die den Kopfhörerverstärker bilden sollen.

Eine 9V Batterie wurde als Referenz für Größe eingeschlossen. Die Oberseite weg von einer toten 9V Batterie wird für den Batterieverbinder benutzt. Eine defekte Stereo-Buchse muss in den Eingangsstecker verarbeitet werden. Ein Lautstärkeregler muss von irgendwoher geerntet werden. Ich bin noch auf dem Feld, suche nach einem. Eine hellgrüne LED, die eine zufriedenstellende Lichtmenge ausgibt, wenn sie mit 10 K von dieser 9 V-Batterie gespeist wird, wurde ausgewählt. Die beiden Eingangskondensatoren sind 150 nf (0,15 Mikrofarad), was 50% mehr als angegeben ist und für diesen Zweck ausreichend sind. Die beiden Elektrolyten haben Spannungswerte von 16 Volt, so dass sie in dieser Schaltung, die ein Maximum von neun Volt hat, in Ordnung sein werden.

Ich bin auch auf der Suche nach einem Behälter für diese Stücke und Stücke. Für eine Demo, sollte ein transparentes Gehäuse tun, obwohl ein Metallgehäuse sollte zum Zwecke der Abschirmung verwendet werden.

Der Ausgang ist eine weibliche Stereosteckdose, die am Ende eines Kabels befestigt ist. Dies ermöglicht es, daß die eigentliche Box selbst sehr klein ist.

Schritt 13: Verpolungs- und Überspannungsschutz

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Vor dem Verbinden, dass Batterie Snap, begann ich zu denken. Was wäre, wenn die Stromquelle manchmal in umgekehrter Richtung verbunden wäre? Dies wäre nicht wahrscheinlich, mit einer Batterie, aber ich könnte eine Steckdose für eine Wand Warze hinzufügen und dann, dass ein wahrscheinliches Szenario wird. Und was, wenn die Warze zu viel Spannung geliefert? Und wann sollte man wissen, dass die Batterie ersetzt werden sollte?

Der Verpolungsschutz kann durch eine Diode realisiert werden, die umgekehrt über die Versorgungsleitungen des Operationsverstärkers angeschlossen ist. Dann wird, wenn eine Spannungsquelle in umgekehrter Richtung verbunden ist, die Diode leiten und hoffentlich wird das IC nicht mehr als einem Volt oder so einer Sperrspannung ausgesetzt werden.

Machen Sie diese Diode ein Zener, und es wird leiten, wenn seine Nennspannung erreicht wird.

Ich fügte einen Zener von 24 Volt, so dass zwei 9 V Batterien in Serie kann untergebracht werden, und immer noch innerhalb der 36 Volt-Rating des RC4560. Außerdem war diese Diode dort in meinem Trödelkasten.

Da war noch eine von 2 Volt drin, und das stellte ich in Serie mit der LED ein. Meine Ergänzungen zu Chu Moys Schaltung ist unten hervorgehoben. Nun, wenn die LED zu schwach oder bleibt ausgeschaltet wissen Sie, dass die Spannung der Batterie unter vier Volt oder so ist und es ist Zeit, es auszutauschen für eine mit mehr Saft.

Schritt 14: Netzteil

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Die Abbildung zeigt die eingesetzte Stromversorgung. Die LED (grün) benötigt etwa 2,5 Volt, um zu leuchten, und der Zener in Serie mit ihr braucht etwa 2 Volt zu leiten. Die LED erlischt, wenn die Batteriespannung niedriger als 4,5 Volt wird. Der Zener kann eine höhere Spannung aufweisen, wenn eine frühere Warnung vor einer niedrigen Batterie gewünscht wird.

Der Zener für den Schutz wird an Bord gelegt, so dass ausgefranste Leitungen etc. nicht dazu führen, dass der Schutz unwirksam wird.

Die beiden Elektrolyten, die die virtuelle Erde bilden, wurden mit drei Drahtstücken verbunden, so dass die gesamte Anordnung auf ein Minimum an Raum gepackt werden kann.

Schritt 15: Die Signalverbindungen

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Die Abbildung zeigt die Anschlüsse für das Signal. Die Kopfhörerbuchse wird in die Musikquelle eingesteckt, und die linken und rechten Signale gelangen über die beiden .15 Mikrofarad-Plastik-Dielektrikumkondensatoren (blau) zum Verstärker. Der braune Draht ist geschliffen (Hülse). Grün ist rechts (Ring), und weiß ist links (Spitze).

Der Ausgang der Verstärkerplatine speist eine Buchse, die mit der Kopfhörerbuchse zusammenpasst. Ich habe einen Kanal direkt aus dem OPAMP-Ausgang und der andere aus dem Isolationswiderstand genommen. Nach umfangreichen Tests wird die Verbindung mit dem besseren Sound (ich hoffe) für beide Kanäle gewählt.

Der Ein / Aus-Schalter befindet sich auf dem Batterieanschluss. Also dieses Bild zeigt die gesamte Kopfhörerverstärker, sowie die billige Ohrhörer Ich bin mit, um es zu testen.

So wie es funktioniert?

Das geht nicht.

Schritt 16: Fehlerbehebung

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Ich stellte schnell fest, dass der virtuelle Massepunkt bei jedem Einstecken der Ohrhörer an die positive Versorgungsschiene trat. Die Ausgänge der Verstärker saßen bei etwa 100 Millivolt positiv, und der daraus resultierende Strom durch die Kopfhörer spulen die 4.7K / 4.7K Spannung Teiler virtuellen Boden.

Der RC4560 ist ein bipolarer Operationsverstärker (der Preis beträgt jeweils 0,14 US-Dollar je nach der TI-Website) und hat somit einen Eingangs-Biasstrom, der bis zu 0,5 Mikroampere nach dem Datenblatt steigen kann. Dieser Strom (100 Nanoampere in meinem Fall) über dem Eingangswiderstand von 100K entwickelte einen Eingangsoffset von 10 Millivolt, der, verstärkt durch die Verstärkung von 11, zum Offset am Ausgang führte. Der Verstärker und seine Schaltung war normal verhalten, wie alle Operationsverstärker zu tun. Es war meine Erwartungen bezüglich der Schaltung, die falsch war.

Was konnte getan werden? Ich könnte kaufen zwei OPA627's (Preis 12,25 $ je nach der TI-Website) und legen Sie sie an Stelle der RC4560. Nun nein. Es ist nicht genügend Platz vorhanden.

Die Schwierigkeit war, dass der Offset am Ausgang der Operationsverstärker einen Strom fließen ließ. Was, wenn der Strom daran gehindert wurde zu fließen? Der Offset, oder irgendeine stationäre Spannung am Ausgang, für diese Angelegenheit, war kein Signal. So fügte ich einen kleinen Kondensator zwischen der virtuellen Masse und der Verzweigung der zwei 220 microfarad Kappen hinzu und erlaubte die Grundrückführung der Kopfhörer, um zu sitzen, an welcher Spannung sie sich interessierten.

Bei dieser Modifikation funktionierte die Schaltung als Kopfhörerverstärker.

Wie funktioniert es? (aufs Neue!)

Nun, ich habe keine anständigen Kopfhörer, um es mit zu überprüfen, so das einzige, was ich sagen kann, mit Vertrauen ist jetzt, dass es klingt lauter.

Schritt 17: Der Verstärker in Aktion

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Dieses zeigt meinen Verstärker, der bis zu meinem kompakten Audioscheibenspieler angeschnallt wird. Die Lautstärkeregelung in diesem Player hat einen guten Bereich der Einstellung am unteren Ende, so kann ich auf eine Lautstärkeregelung in meinem Verstärker vorerst verzichten.

Und ach ja - mein Geschmack in der Musik ist grauenhaft.

Ein paar Platten zu hören, brachte keine Probleme, die Aufmerksamkeit erfordern könnten, also schaute ich mich nach einem Kasten um ihn hineinzustecken. Eine Metallbox ist zu bevorzugen, aber die Verkabelung ist so kompakt, dass es nicht viel eingeschlossen ist Bereich oder Streukapazität, um Rauschen aufzunehmen, auch ohne die Abschirmung eines Metallkastens.

Wenn die Eingangsbuchse und die Ausgangsbuchse am Kabelende vorhanden sind, kann die Box klein sein, wenn der Lautstärkeregler nicht installiert ist.

Für die Gegenwart habe ich es in eine transparente Plastikbox gefüllt.

Schritt 18: Amp in einer Box

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Der Verstärker sieht ordentlich in diesem kleinen Kunststoff-Box. Es gibt genügend Platz für die Batterie und die Leiterplatte, um Seite an Seite zu passen.

Ich werde entweder Zeile dieser Box mit Metallfolie oder versuchen, und finden Sie ein Metall-Box diese Form und Größe. Die Buchse und die Steckdose sind mit dem entsprechenden Kabel zu verbinden. Ein Verlängerungs-Stereo-Kabel, eins mit einem Stecker an einem Ende und einer Buchse an der anderen, kann abgeschnitten werden und der Verstärker in die Mitte eingeführt, für eine saubere Lösung.

Schritt 19: Alle Bits auf einer Seite

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Hier habe ich den Schaltplan des gesamten Gerätes als eines gezeichnet, um jedem zu helfen, der diesen Stromkreis duplizieren möchte.

Dies begann als "Chu Moy" Schaltung, aber jetzt die Abweichungen von diesem Ideal machen dies zu einer anderen Art von Bestien.

Der ursprüngliche Chu Moy Amp verwendet FET-Eingangsoperationen. Dieses verwendet ein weit billigeres bipolares. Die virtuelle Masse, an der der gemeinsame Kopfhöreranschluss sitzt, schwimmt jetzt.

Der Verstärker wurde nicht an Bord mit sauerstofffreiem Kupfermantel aufgebaut. Statt neuer pedigreed Präzisionswiderstände wurden junkelte Festplatten verwendet.

Sei gewarnt. Hören von Musik, die durch solche plebian Geräte für einen längeren Zeitraum durchlaufen hat, kann Dinge tun, um Ihren Geist. Sie werden nicht mehr in der Lage, einen Haufen von Junk, ohne einen unkontrollierbaren Drang zu tauchen drinnen und retrive, was Sie können. Und Sie könnten sogar arrangieren diese Stücke von Junk, nennen es durch einige Pedigree Name, und post das Ergebnis in einigen Website.

Wie ich.

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