Усилитель usb сигнала схема
Предисловие
Думаю каждый меломан автомобилист захочет иметь у себя в авто качественную аудио систему. Рассмотрим ситуацию воспроизведения НЧ частот, хм, одна мысль – без саба никуда! И если саб сможет с желанием собрать почти каждый (например на всем известном 75ГДН или на любой|какой-нибудь| другой НЧ головке), то с усилителем дела идут значительно тяжелее. Качественный, достаточно мощный усилитель что сможет раскачать саб стоит достаточно дорого (довольно сомнительные аппараты стоят не менее 80$). Поэтому попробую помочь в создании достаточно качественного и мощного автомобильного моноблока.
Усилитель содержит 4 блока – усилитель мощности, преобразователя напряжения, блок обработки сигнала а также блок коммутации и выпрямителя. Теперь о каждом из них детальнее.
Усилитель мощности
За основу взята статья А.Чивильча «Повышение мощности усилителя на микросхеме TDA7294» из журнала РАДИО №11 2005г., поскольку усилитель не один раз был испытан мной и отмечался достаточно большой надежностью, большой выходной мощностью, качественным басом. Схема усилителя приведена ниже. От оригинала отличается лишь заменой выходных транзисторов на более качественные импортные.
Не буду углубляться в принцип работы схемы, об этом более детально можно прочитать в оригинале статьи. Расскажу лишь принципиальные закономерности составления схемы. Собрана она на плате размерами 125х70мм. Все не электролитические конденсаторы, кроме С2, плёночные, входной емкостью 1мкф, можно 2.2мкф. Резисторы 0.25Вт, хотя достаточно и 0.125Вт. Выходные транзисторы загнуты и прижаты к плате так, что их корпуса расположены параллельно плате а их теплоотводная часть промазана термопастой и через диэлектрическую пленку прижатая к радиатору. То есть корпуса транзисторов изолированы один от другого и от радиатора. Катушка индуктивности L1 бескаркасная, намотанная проводом диаметром 1мм в два слоя и содержит 25 витков, внутренний диаметр 5мм. Предохранители перенесены на плату выпрямителя.
Преобразователь напряжения
Чаще всего именно через сложность этого блока большинство начинающих радиолюбителей отказываются собирать в авто усилители из двух полярным питанием. Действительно, этот блок является самой тяжелой частью данного усилителя, хотя не все так сложно как кажется, потому попробую более детально рассказать именно об этом блоке. И так, схема преобразователя приведена ниже.
Блок обработки сигнала
Поскольку усилитель для сабвуфера, сигнал который на него поступает нужно сначала обработать, вырезав только НЧ составляющие звукового сигнала. Схема устройства приведена ниже.
Поскольку саб один, то он должен воспроизводить НЧ составляющие из обоих стереоканалов, потому на входе стоит сумматор, который суммирует сигналы обоих каналов в один единственный. После этого сигнал фильтруется, отрезаються частоты ниже чем 16Гц и выше чем 300Гц. Потом регулирующий фильтр, который обрезает сигнал от 35Гц к 150Гц. И на выходе плавный регулятор фазы для лучшего согласования саба с акустикой и регулятор громкости. Все детали смонтированы на плате размерами 80х55мм. Резисторы 0,125Вт, конденсаторы в основном керамические, несколько плёночних в сигнальных цепях.
Блок коммутации и выпрямителя
Блок состоит из двух отделенных частей, блока коммутации, и блока выпрямителя, в который входят фильтрующие конденсаторы для питания усилителя мощности и стабилизатор напряжения для питания блока обработки сигнала.
В блоке выпрямителя все просто. Напряжение от преобразователя попадает на фильтрующие конденсаторы, сглаживается и идет к усилителю мощности, а также на стабилизатор напряжения. Транзисторы понижают напряжение к +-26В после чего кренки стабилизируют его до 15. Нагревание транзисторов или кренок я не наблюдал, потому на радиатор не ставил.
Блок коммутации работает следующим образом: когда на крайние по схеме клеммы подается напряжение 12В (силовые линии) зажигается красный светодиод, напряжение на преобразователь напряжения не поступает, усилитель не использует энергию. Когда от внешнего источника (от автомагнитолы или замка) подается +12В на клемму REM срабатывает реле, отключая красный диод, при этом подается напряжение на преобразователь и загорается зеленый светодиод, усилитель готов к работе.
Реле на 12В, что выдерживает на клеммах ключей ток в 30А, резисторы 0,125Вт.
Корпус и конструкция
Корпус имеет размеры 270х200х70. Основа сделана из ламинируемого МДФ толщиной 8мм, боковые стенки из ДСП 16, они обшиты карпетом. Передняя и задняя панели – алюминиевые пластины толщиной 3мм На передней панели сделаны 3 отверстия через которые отверткой можно крутить регуляторы громкости, фазы и частоты среза, а также два светодиода. На задней панели находятся все разъемы, входы, выход и зажимы для подаче напряжения и клема REM, все они, кроме входных, хорошо изолированны от пластины. Верхняя крышка – пластиковая решетка, по моему от акустической системы Аккорд. Все платы крепятся к нижней панели корпуса, кроме блока обработки сигнала, в котором переменные резисторы закрепляются дополнительно на алюминиевую пластинку. Микросхема TDA7294 и транзисторы из преобразователя напряжения смонтированы на одном Г-образном радиатое, что крепится к боковой панели. Транзисторы и микросхема изолированы от радиатора. В корпусе также находится не большой куллер. Сначала его не планировалось устанавливать но потом все же поставил. Как оказался его достаточно, чтобы гонять воздух в корпусе, даже после двух часов работы, радиаторы едва теплые (однако это зимой).
Доброго времени суток! Сегодня речь пойдёт об маломощном усилителе звука. Мощность его не велика - всего 1 Ватт, но этого вполне хватит для прослушивания музыки в небольшой комнате. Не обязательно его использовать в качестве полного УНЧ, можно как предусилительный каскад, чувствительность у микросхемы очень хорошая. А речь пойдёт о широко распространенной микросхеме ОУ (операционном усилителе) из серии LM - LM386.
Схема USB усилителя звука для наушников
Схема USB усилителя для наушников довольно проста и имеет минимальное количество радиоэлементов в обвязке. Напряжение питания микросхемы TDA7050 находится в диапазоне 1,6 В…6 В. Поэтому ее можно питать непосредственно от USB порта, имеющего стандартное напряжение 5 В.
Для регулировки величины входного сигнала и соответственно громкости звука в наушниках применяется сдвоенный переменный резистор с логарифмической характеристикой сопротивлением 20 кОм.
Однако, на мой взгляд, лучшим решение будет установить стабилизатор напряжения с минимальным падением напряжения. Таким интегральным стабилизатор напряжения может послужить микросхема MCP1702. Она имеет достаточно низкое падение напряжения по сравнению с аналогами и составляет 0,65 В. На выходе ее 3,3 В. Поэтому для стабильной работы MCP1702 достаточно подать на ее вход 4 В.
Для сглаживания различного рода пульсаций тока на входе и выходе MCP1702 установлены конденсаторы. Максимум на стабилизатор можно подавать 13,2 В. Таким образом, применяя стабилизатор напряжения, USB усилитель звука для наушников можно питать в широком диапазоне напряжения: от 4 В до 13,2 В. Или даже от одной батарейки, если подключиться к TDA7050 после стабилизатора.
Разводку печатной платы и документацию на микросхемы можно скачать здесь
Если Вы только начинающий радиолюбитель, то рекомендую ознакомиться со статьей, как сделать любой усилитель звука.
Теперь, я надеюсь, Вы сможете собрать любой USB усилитель звука для наушников своими руками.
Схема УНЧ с питанием от USB
Выше показана схема УНЧ на LM386. Почему выбрал LM386? Ответ прост:
- микросхема была уже у меня в наличии - не нужно ехать в магазин.
- схема проста в сборке для начинающих радиолюбителей.
- схема имеет минимум обвязки и хорошо работает.
На фото показана распиновка микросхемы в корпусе DIP8. А вот и сама Lm386 в DIP8.
На этом хватит теории, приступаем к сборке схемы. А собирать буду УНЧ на фольгированном стеклотекстолите.
Начал собирать с платы, развёл плату маркером на куске текстолита - получилось довольно аккуратно и красиво.
Сначала сверлю отверстия под детали, а потом соединяю согласно схеме маркером под линейку, результат на фото выше. Травил в растворе хлорного железа. Пока травилась плата, подготовил нужные детали, заранее проверив их, чтоб потом не говорить, а чего это оно не работает? Спустя 45 минут - плата готова! Лудим и впаивем детали УНЧ на место.
Форум по обсуждению материала УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА С ПИТАНИЕМ ОТ USB 5В
Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.
Что такое изолятор и чем он отличается от токопроводящего материала. Занимательная теория радиоэлектроники.
Теория и практика применения суперконденсаторов в различных системах беспроводной связи IoT.
Обзор электромагнитного пистолета из китайского набора для самостоятельной сборки.
USB является самым популярным последовательным интерфейсом во многих бытовых и профессиональных электронных устройствах. И все чаще требуются решения для этого стандарта, обеспечивающие полную безопасность, то есть такие которые обеспечивают нечувствительность и устойчивость к разности потенциалов земли на обеих сторонах линии связи и к помехам, возникающим при питании устройств, соединенных кабелем от множества различных напряжений и источников питания.
Чтобы устранить проблемы с контурами заземления и их разностью потенциалов, оба тракта питания и линии передачи данных должны быть гальванически изолированы со стороны заземления, а линия передачи данных - с другой стороны кабеля USB. Существует несколько методов изолирования передачи данных в зависимости от требуемой скорости. Кроме того, для самого разделения можно использовать различные методы, включая емкостную, оптическую и электромагнитную развязку. Далее будет показано, как можно обеспечить гальваническую развязку в USB для многих различных технологий изоляции, а также преимущества и недостатки каждой из них. Также представлены готовые решения этого вопроса от Texas Instruments, Wurth Elektronik, ON Semiconductor и Analog Devices.
Изолированная передача данных
Гальваническая развязка позволяет передавать данные между отдельными электрическими цепями. Есть несколько практических решений этой проблемы, включая оптические, емкостные и электромагнитные технологии. Каждый из этих подходов имеет свои преимущества и недостатки, в том числе: по скорости передачи данных, устойчивости к электростатическому разряду, помехам и уровню мощности.
В оптоизоляторе светодиод излучает световые импульсы, которые проходят через изолирующий барьер и затем принимаются фотодиодом на вторичной стороне
Оптическое разделение - одно из самых известных решений. В нем используется оптоизолятор или оптопара, а разделение цепей достигается за счет использования светодиода на первичной стороне и фототранзистора на вторичной. FOD817 - хороший пример такого компонента. Данные передаются с помощью световых импульсов создаваемых светодиодами, которые улавливаются фототранзистором.
Учитывая что для передачи данных используется свет, оптоизолятор не подвержен электромагнитным помехам. С другой стороны, скорость передачи данных низкая, потому что ограничена низкой скоростью переключения светодиода. Кроме того, оптроны обычно имеют более малый срок службы по сравнению с другими технологиями из-за ухудшения параметров светодиодов со временем.
FOD817 имеет 1 канал связи с изоляцией 5 кВ переменного тока. Он включает в себя ИК-диод на основе GaAs и кремниевый фототранзистор. Используется в основном в регуляторах мощности и цифровых линиях ввода-вывода.
Электромагнитная связь - это самое старое решение для изоляции цепей, в котором задействуются две катушки с магнитной связью. Этот метод используется компанией Analog Devices как технология iCoupler. Там катушки интегрированы в микросхему и разделены слоем полиамидной подложки.
В двойном изоляторе для шины I2C ADuM1250 каждая линия интерфейса I2C требует двух отдельных трансформаторов для обеспечения двунаправленной передачи
Изоляторы с электромагнитной связью более восприимчивы к помехам чем оптоизоляторы, и создают собственные помехи, которые могут также стать проблемой. Их преимущества - более высокая скорость передачи данных 100 Мбит / с и более низкое энергопотребление. Примером может служить ADuM1250. Он обеспечивает двунаправленную изоляцию данных для шины I?C со скоростью передачи до 1 Мбит / с. Изоляция составляет 2500 В среднеквадратического значения. Схема потребляет ток 2,8 мА на первичной стороне и 2,7 мА на вторичной при напряжении питания 5 В. Двунаправленность достигнута с помощью двух трансформаторов.
Емкостная изоляция позволяет сигналам переменного тока проходить через изоляционный барьер
Обычно данные передаются между катушками трансформатора с использованием кодирования по краям. Импульсы наносекундной длительности используются для идентификации нарастающего и спадающего фронтов сигнала данных. Чип также включает в себя кодировщик и декодер.
Емкостная изоляция достигается с помощью конденсаторов, которые блокируют постоянное напряжение, но не переменную составляющую.
Использование несущего радиосигнала и модулируя его сигналом данных, например с помощью двухпозиционной манипуляции (OOK), информация может быть отправлена через гальванический барьер.
Двухпозиционная манипуляция (ООК) позволяет сигналу данных проходить через изолирующий барьер
Как и в случае с магнитной изоляцией, преимущества емкостной заключаются в высокой скорости передачи (100 Мбит / с и более) и низком энергопотреблении. К недостаткам можно отнести большую восприимчивость к помехам от электрического поля.
Примером использования технологии емкостной изоляции является четырехканальный цифровой изолятор Texas Instruments ISO7742, который обеспечивает сопротивление пробоя 5000 В. Эта микросхема имеет множество конфигураций в зависимости от требуемого направления потока данных. Она имеет скорость передачи данных 100 Мбит / с и потребляет 1,5 мА на канал. Применяют в медицинском оборудовании, источниках питания и промышленной автоматике.
Гальваническая изоляция данных в USB
Если уже существует готовое периферийное устройство, разработанное без оборудования для изоляции данных, разработчики могут обеспечить защиту, переместив изоляцию данных USB между хостом USB и периферийным устройством.
Все приведенные примеры предполагают реализацию изоляции между первичной и вторичной цепями интерфейса связи. Когда периферийное устройство готово, разработчики могут сделать изоляцию на интерфейсе USB, то есть на кабеле.
Микросхема ADuM4160 обеспечивает изоляцию линии передачи данных USB (D +, D–)
В этом случае стоит обратиться к ADuM4160 от Analog Devices. Там также используется технология iCoupler, но изоляция применяется к интерфейсу передачи данных USB (D+ и D–). Она разработана для изолированных концентраторов USB и медицинского оборудования.
Рекомендации по проектированию
При выборе подходящей технологии учитывается множество факторов. Следует обратить внимание на потребление энергии как для вторичной, так и для первичной части, а также на величину доступной мощности питания с точки зрения ее достаточности для работы устройства. Также необходимо взглянуть на выбранное решение с точки зрения потенциальных проблем с электромагнитной совместимостью и уже тогда выбирать окончательно подходящее схемное решение.
Форум по обсуждению материала ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА USB ПОРТА
Самодельный функциональный генератор сигналов 0,1 Гц - 100 кГц на микросхеме ICL8038.
Что такое изолятор и чем он отличается от токопроводящего материала. Занимательная теория радиоэлектроники.
Обзор ещё нескольких схем и готовых конструкций Gauss Gun с Алиэкспресс.
Теория и практика применения суперконденсаторов в различных системах беспроводной связи IoT.
Всем привет. Никто не сталкивался со схемой для самостоятельной пайки усилителя сигнала 3G/4G? Имеется внешняя антенна для usb модема, но усиления для 4G не достаточно. Вот пример
Ваша квалификация как монтажника радиоаппаратуры? Ваша квалификация как инженера во многих отраслях связанных с производством СВЧ аппаратуры? Какова ваша квалификация вообще? Это устройства СВЧ, нюансов очень много. Без соответствующей подготовки и опыта ничего не выйдет. Какой кабель и какой длинны для подключения к модему? Какая антенна? Если направленная то направляли ее на базу?
ctc655, Судя по вопрос думаю нет схемы для самостоятельной сборки усилителя( Внешняя антенна находится на крыше, внутри антенны находится usb модем подключенный через CRC9 (два входа по 20см). Антенна mimo (не самодельная). Направил на базу, но точную настройку не смог выстовить, точнее не хватило времени, буду там на след недели. Поэтому хотел подготовиться заранее. Удалось лишь поймать dc-hspa+, а 4G вышка вообще около 30км от дома. А 3G в районе 3км. На момент последний настройки антенны были такие параметры: RSSI:-45dBm; RSCP:-54dBm; Ec/Io: прыгал от -6dB до -10dB. Максимально с этими настройками удалось на время добиться 22мбит/с, стабильно было 7мбит/с. У меня поэтому и возник вопрос можно ли самому собрать усилитель 4G сигнала?
Нет. Не было и не будет. Даже если кто то и выложит схему то собрать ее смогут единицы. Это не то оборудование которое собирается на коленке.
А по 4Ж далековато. И тут даже не в усилителе дело. Там, по моему, надо подымать документацию на стандарт, радиус намного меньше. Почитайте описание 4Джи.
на сколько я помню 'на коленке' можно собрать радиоканал до 700мГц, в остальном нужна как минимум заводская плата.
В свое время единицы любителей мастерили и работали на 23 см и выше( это от 1290 МГц). Но их были единицы и был большой опыт. Кто делал усилители для ДМВ тот знает какие есть тонкости и нюансы. Не так все просто. Надо смотреть что и как, может и без усилителя можно обойтись.
Старая истинна , самый лучший усилитель это антенна . Для 4g достаточно соорудить "тарелку" и в фокус поместить ваш модем . Чем больше "тарелка" тем выше усиление и выше КНД ..
У меня тоже примерно такая же проблема. Рыбачим в дельте Волги, живем на острове, связь очень плохая. ПРишла мысль поставить антенку и усилок. Поначалу ознакомился с ценами существуещего в продаже оборудования, после чего подумал, собрать самостоятельно.
Опыт есть, есть и познания. Не хотелось самостоятельно глубоко влезать в эту тему. Просто изготовить то что уже кем то сделано, настроено и испытано.
Если поможете с проблемой. буду благодарен
Рассмотрим, как сделать USB усилитель звука для наушников своими руками из самых доступных радиоэлементов. Наибольшую популярность среди усилителей звука для наушников получила микросхема TDA7050 компании Philips.
Микросхема TDA7050 была разработана для портативных мини радио, плееров и т. п. Имеет две схемы включения: мостовая и стерео. При мостовой схеме включения происходит усиление одного канала на одно «ухо». Поэтому для наушников необходимо применять две микросхемы, включенные по мостовой схеме. При этом мощность каждого канала будет очень значительной для наушников и составляет 140 мВт при сопротивлении наушника 32 Ом и питающем напряжении 3 В.
Однако практика показывает, что такая мощность в преобладающем большинстве случаев не потребуется. Поэтому применяется стерео схема USB усилителя звука для наушников. Здесь потребуется лишь одна микросхема TDA7050. Если питать микросхему от 3 В, на пример от двух батареек, то выходная мощность каждого канала равна 35 мВт, а при 4,5 В – 75 мВт.
Гальваническая изоляция питания USB
Обеспечение изоляции также требует гальванической развязки источника питания: один для первичной стороны и один для вторичной стороны с отдельными линиями заземления. Если в рассматриваемом проекте есть отдельные источники питания, то все нормально. Но если доступен только один источник, дополнительный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный является подходящим решением.
Контроллер Texas Instruments SN6505 и дополнительный трансформатор обеспечивают гальваническую развязку питания на вторичной стороне
Примером такого решения выступает преобразователь на базе микросхемы SN6505, взаимодействующий с изолирующим трансформатором, который обеспечивает изоляцию до 2500 В.
Стандартный USB порт на 5 В и 500 мА обеспечивает более чем достаточную мощность для надежной работы такого дополнительного преобразователя. Два диода на вторичной стороне обеспечивают выпрямление напряжения на выходе. Во многих конструкциях добавлен стабилизатор LDO для обеспечения низкой пульсации и хорошей стабилизации.
Дополнительным важным критерием выбора является занятость места на печатной плате изоляционной схемой. Использование отдельных компонентов для изоляции питания и данных, а также дополнительного трансформатора, занимает много ценного места. К счастью на рынке есть продукты, которые реализуют изоляцию питания и данных в одном чипе. Примером может служить двухканальный цифровой изолятор ADuM5240.
Двухканальный цифровой изолятор ADuM5240 от Analog Devices обеспечивает изоляцию линий питания и данных
ADuM5240 имеет изоляцию 2500 В, которая соответствует требованиям UL 1577 и обеспечивает скорость передачи данных до 1 Мбит / с.
Что такое гальваническая развязка
Гальваническая развязка предотвращает протекание электрического тока между двумя или более отдельными цепями, в то же время позволяя энергии или информации течь между ними. Одна часть (основная) состоит из главной цепи, которая питается от USB и разделяет двунаправленный поток данных с главным компьютером. Область разделяющая цепи, называется изоляционным барьером, и она может выдерживать напряжение в несколько киловольт без пробоя. Она изготовлена из воздушной заслонки или схожего материала.
Пример гальванической развязки между входом USB на первичной и вторичной сторонах. Изолирующий барьер должен выдерживать напряжение до нескольких тысяч вольт.
Читайте также: