Võimalus abikaasaga koos filmi vaadata tekib alles siis, kui lapsed on magama aetud. Kui lapsed magavad tuleb filme vaadata kõrvaklappidega. Vasak nööp minule, parem abikaasale …

Ei ei stop. Me ehitame kõrvaklapi võimendi, millel on kaks väljundit. Need on aktiivsed väljundid, sest ma ei taha koormust, mis tekib kui kaks paari kõrvaklappe lihtsalt paralleelselt ühendatakse. Ning mõlema väljundi helitugevus peab olema eraldi reguleeritav.

Tahan sellest teha väheke ambitsioonika ehituse. Lisan seadmele aku ja aku laadimise ahela. Samuti impulss toitemuunduri, mis akupingest vahemikus 2,6V – 4,2V teeb 3,3V. Trükkplaadi teen nelja kihilise, õige kujuga karbi jaoks ja esindusliku. Kasutan võimalikult palju valmislahendusi integraalskeemide näol, täpselt nagu ma teeksin, kui arendaksin toodet mõne kliendi jaoks mitte ei nikerda niisama. Ma tahan, et miski päriselt valmis saaks.

Võimendi

Plaan oli kasutada D-klassi helivõimendit. Aga tuleb välja, et nii väikestele koormustele, kui seda on kõrvaklapid kasutatakse AB tüüpi võimendeid.

Sobiva võimendi leidmine vist oligi selle projekti raskeim osa. Tihti peale oli võimenditel digitaalsisend. Ehk siis sa annad helisignaali võimendile digitaalsel kujul ja võimendi teostas ise digitaal-analoog teisenduse. Või kui võimendil oli analoogsisend käisid helitugevuse ja teiste seadistuste reguleerimine I2C või mõne muu digitaalse meetodiga. Mikroarvutit üritasin aga vältida, sest ma ei taha endale programeerimis ülesannet võtta.

D-klassi võimendis tekitatakse helilaine pulsilaiusmodulatsiooni ehk PWM-iga. Sedasi saab energiaefektiivse võimendi, sest lüliti ei veeda aega lineaarses režiimis nagu seda A või AB tüüpi võimendites tehakse.

See töötab paljuski nagu PWM generaator, mille 2018 ehitasin: https://edb.ee/pwm-generaator/.

Põhimõtteline erinevus on selles, et see koht kuhu andsin pinge potentsiomeetrist saab nüüd sisendiks analoog helisignaali.

Igatahes… Võimendi mille valisin on Diodes Incorporated PAM8019. See on loodud kaasaskantavate seadmete tarbeks. Sellel on nii AB võimendi kõrvaklappide jaoks kui ka D võimendi kõlaritele. Minu jaoks oli kõige olulisem, et selle helitugevust saab reguleerida potentsiomeetriga. Võimendit ümbritseva skeemi vehkisin maha andmelehest.

Tekitasin võimaluse, et sama trükkplaati saaks kasutada ka kõlaritele signaali võimendamiseks. Selleks panin plaadile ka kohad kõlari ühendamiseks (J4 ja J5) ning panin tühja takisti pesa signaalile 10. Viimasega saab valida kas töötab kõrvaklapi või kõlari võimendi.

Pingemuundur

Nagu öeldud, impulssmuundur. Erinevalt lineaarsest muundurist, mille ehitasime kitarrivõimendile(Link), on impulssmuundur oluliselt efektiivsem.

Lineaarne pingeregulaator tekitab õige pinge sisuliselt pingeregulaatori abil. Mingi osa pingest jääb transistorile ja tekkiv võimsus eraldub sealt soojusena. Impulssmuunduris ei ole lülitustransistorid kunagi taotuslikult lineaarses režiimis. Need on alati kas täielikult juhtivad või täielikult suletud. Muunduri südameks on induktiivpool, mida pingeimpulssidega ergastatakse ning milles tekkiv elektromagnetväli tehakse hiljem uuesti sobivaks pingeks. 

Aku pinge võib olla nii madalam kui kõrgem meile vajalikust 3,3V pingest. Vaatame esimesena pinget tõstvat skeemi.

Kõrgendav pingemuundur e. Boost converter

Joonistasin illustratsiooniks LTSpice simulatsiooni tarkvaras alloleva skeemi.

Ja skeemiga simuleerin allolevad pinge- ja voolukõverad.

Väiksemalt ekraanilt on seda tõenäoliselt raske uurida. Vabandan.

Esimese asjana pane tähele, et 5V sisendpingest on saanud 25V(alumine sinine graafik). See saavutati nii:

Punane on V2. See on sisuliselt nelinurksignaal, mis lülitab transistori Q1 sisse-välja. Ja Q1 lülitab voolu läbi induktori L1. Teatavasti piirab induktor voolu muutumise kiirust. Seda näeb graafikul nr 2 rohelisega. Sul ei teki momentaalselt takistusele vastav vool, vaid vool kasvab ajas. Nüüd. Kui induktoris on vool tekkinud, ei taha see ka niipea ära lõppeda.

Releedest ehk mäletate, et kui induktiivse koormuse vooluahel järsult katkestada, tekitab induktsioon lülitile suure pingeimpulsi. Kogu ülalolev skeem just sellele põhimõttele toetubki. Q1 lülitub välja ning L1 tekitatud pingeimpulss hakkab voolu(esimene graafik) läbi dioodi D1 meie koormusele suruma. Tulemuseks kõrgem pinge kui toitepinge.

Siin tuleb mängu ka pulsilaiusmodulatsiooni mõiste. Kui koormus muutub siis voolu suurendamiseks või vähendamiseks (ja pinge säilitamiseks) muudetakse transistori tüürsignaali täitetegurit. (Akadeemiline kõnepruuk tuleb sellest et lugesin ja sain mõjutatud L.Abo raamatu peatükki 8.13 Impulss-stabilisaatorid). Eriti hästi illustreerib PWM-i põhimõtet järgmine pinget alandav skeem.

Madaldav pingemuundur e. Boost converter

See näeb väga välja nagu PWM generaator koos LC madalpääs filtriga. Aga see töötab hoopis teisiti. Kui PWM generaatori puhul sobis koormusele pulseeriv pinge, siis antud juhul on eesmärk saada stabiilne pinge. Selle jaoks on skeemis D1, mis lubab voolu induktoris L1, ajal kui Q1 ei juhi. Samuti on väljundis kondensaator, mis pinget veelgi silub. Kõrvalmõju on aga see, et koormuse pinge ei ole enam täiteteguri protsent toitepingest. See hakkab sõltuma koormusest.

Alumisel graafikul on näha transistori tüürpinge impulsid. Selle kohal rohelisega on väljundpinge. Sinine on vool läbi transistori. Kui transistor avatakse piirab voolu kasvukiirust L1 induktiivsus. Kui transistor välja lülitatakse katkeb vool selles momentaalselt ning L1 hakkab voolu tõmbama läbi dioodi D1. D1 vool on kõige ülemine graafik punasega.

LTC3558

Pingestabilisaator LTC3558 sisaldab endas kahte regulaatorit. Mina kasutan neist ühte, mis on buck-boost tüüpi. See tähendab, et see regulaator suudab pinget tõsta ja ka alandada. Ning ta suudab sujuvalt ühest režiimist teise minna. See on ideaalne, sest aku pinge võib olla vahemikus 2,3V kuni 4,1V. Minul aga on vaja 3,3V. LTC3558 kasutab selleks lülitite kollektsiooni, mida erineval moel lülitades on võimalik luua mõlemat tüüpi funktsiooni.

Samuti on LTC3558 varustatud sisse ehitatud akulaadijaga.

Trükkplaat

 

Minu esialgne plaan oli teha eriti ilus trükkplaat. Punase soldermaski ja kullatud (ENIG) kattega. Jäi aga tegemata, sest roheline ja tinatatud (HASL) kattega plaadid maksid 10 % sellest, mis esimesena kirjeldatud.

Hea abikaasa kinkis mulle sünnipäevaks kuumaõhu jootejaama ning ka QFN korpuses olevad komponendid sai kodus plaadile.

Õppetunnid, vead ja kokkuvõte

Kui kasutad komponente, mille puhul on jootevedeliku puhastamine raske, tuleb kasutada vedelikku, mis elektrit ei juhi. Sellisteks komponentideks on enamus SMD komponente. Eriti tiheda sammuga QFN tüüpi pakendid nagu mina võimendi ja pingeregulaatori jaoks kasutasin.

Teen ühe demonstratsiooni ka. Kasutan selle jaoks pingeregulaatori induktori jalajälge. Induktor on ühendatud pingeregulaatoriga kõrvuti asetsevate väljaviikudega. Väljaviikude vahekaugus on 0,2 mm.

Ühendan nende klemmide külge läbi ampermeetri 9V patarei ja kannan QFN jalajäljele õhukese kihi Welleri jootepastat. Tulemus on alloleval pildil.

Lekkiv vool muutus pidevalt, aga ka 0,5 mA ei ole väike leke. Arvestades, et need on ainult 2 umbes 70-st jalast mis 3 QFN komponendil kokku on. See viga maksis mulle ühe võimendi ja ühe pingeregulaatori.

Vigade poole pealt: Olin suutnud sassi ajada millise 3.5mm kõrvaklapi pesa jalaga on lüliti ühendatud. Võimendi toiteahelale lisatud sisselülitamise signaal seega ei töödanud ning võimendi oli kogu aeg pingestatud. Aku sai tühjaks ööpäevaga. Normaalses toimimises lülitub seadme toide välja signaalijuhtme eemaldamisega.

Teine probleem oli trükkplaadi mõõdud. Nägin hirmsasti vaeva, et karbi tootja antud trükkplaadi kuju täpselt maha joonistada. Kuidagi siiski suutsin plaadi 10 mm pikemaks joonistada.

Tulemuseks plaat, mis ei mahu karpi.

Kõige väärtuslikum õppetund oligi seotud jootepastaga. See ei ole esimene kord, kui sellist probleemi kohtan. Tegelikult olen sellega kokku puutunud lausa kahel varasemal korral. Selle tõttu oligi minu jaoks üllatav, et ma seda kohe ei taibanud. See mõte käis nagu korraks mu peast läbi, aga mingi teine mõte ütles kohe: “Ähh, küll sobib.”.

Seekord oli vast piisavalt piinlik, et jääb meelde. Aga jällegi tuleb tõdeda – vaid praktika oskab näidata, mida sa ei teadnud, et sa ei tea.

Skeemi saad alla laadida siit: Amp4-2 skeem