الواجهة الأمامية التناظرية لجهاز راسم الذبذبات: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

لدي في المنزل بعض بطاقات صوت USB الرخيصة ، والتي يمكن شراؤها في Banggood أو Aliexpress أو Ebay أو غيرها من المتاجر العالمية عبر الإنترنت مقابل بعض الدولارات. كنت أتساءل ما هو الشيء المثير للاهتمام الذي يمكنني استخدامه من أجله وقررت محاولة إنشاء نطاق كمبيوتر منخفض التردد مع أحدهم. لقد وجدت في الإنترنت برنامجًا رائعًا يمكن استخدامه كمنظار USB ومولد إشارة. لقد قمت ببعض التصميم العكسي للبطاقة (الموضحة في الخطوة الأولى) وقررت أنه إذا كنت أرغب في الحصول على نطاق يعمل بكامل طاقته - فأنا بحاجة أيضًا إلى تصميم واجهة أمامية تناظرية ، وهو أمر مطلوب من أجل القياس المناسب للجهد وتحويله يتم تطبيق إشارة الإدخال عند إدخال الميكروفون لبطاقة الصوت ، لأن مدخلات الميكروفون تتوقع جهد إدخال قصوى في حدود بضعة عقود من الميلي فولت. كنت أرغب أيضًا في جعل الواجهة الأمامية التناظرية عالمية - لتكون قادرة على استخدامها مع Arduinos أو STM32 أو وحدات تحكم دقيقة أخرى - مع وجود نطاق إشارة دخل أوسع بكثير من نطاق إدخال بطاقة الصوت. يتم تقديم إرشادات خطوة بخطوة حول كيفية تصميم الواجهة الأمامية للنطاق التناظري في هذا العمل.

الخطوة 1: تصميم عكسي لبطاقة الصوت USB وإدخال تعديلات عليها

من السهل جدًا فتح بطاقة USB - لا يتم لصق العلبة بل يتم إدخال جزء منها فقط. ثنائي الفينيل متعدد الكلور مزدوج الوجهين. توجد مقابس الصوت وأزرار التحكم في الجانب العلوي ، بينما توجد شريحة وحدة فك ترميز الوسائط C المغطاة بالمركب في الجانب السفلي. يتم توصيل الميكروفون في الوضع الأحادي - يتم اختصار القناتين معًا على PCB. يتم استخدام مكثف اقتران التيار المتردد (C7) عند إدخال الميكروفون. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المقاوم 3K (R2) لانحياز الميكروفون الخارجي. لقد أزلت هذا المقاوم تاركًا مكانه مفتوحًا. يتم أيضًا توصيل إخراج الصوت بالتيار المتردد لكلتا القناتين.

إن وجود اقتران AC في مسار الإشارة يمنع مراقبة إشارات التيار المستمر وإشارات التردد المنخفض. لهذا السبب قررت إزالته (باختصار). هذا القرار له أيضا عيوب. بعد المكثف ، يتم تحديد بعض نقاط تشغيل التيار المستمر للصوت ADC وإذا كان للواجهة الأمامية التناظرية إخراج مختلف لـ DC OP ، بسبب نطاق إشارة الإدخال الصغير ، يمكن لـ ADC التشبع. هذا يعني - يجب محاذاة DC OP لدائرة الواجهة الأمامية مع مرحلة إدخال ADC. يجب أن يكون مستوى جهد خرج التيار المستمر قابلاً للتعديل ليكون مساوياً لمستوى مرحلة إدخال ADC. ستتم مناقشة كيفية تنفيذ هذا التعديل في الخطوات التالية. لقد قمت بقياس جهد تيار مستمر حوالي 1.9 فولت عند مدخل ADC.

من المتطلبات الأخرى ، التي حددتها للواجهة الأمامية التناظرية ، عدم طلب مصدر طاقة إضافي. قررت استخدام الجهد المتوفر في بطاقة الصوت 5 فولت USB لتزويد الدائرة الأمامية أيضًا. لهذا الغرض ، قمت بقطع الاتصال المشترك بين طرف مقبس الصوت وجهات اتصال الحلقة. الحلقة التي قررت استخدامها للإشارة (السلك الأبيض في الصورة الأخيرة - الجسور أيضًا مكثف التيار المتردد) ، وطرف المقبس الذي قررت استخدامه كمحطة إمداد بالطاقة - لهذا الغرض قمت بتوصيله بـ USB 5V الخط (السلك الأحمر). مع ذلك تم الانتهاء من تعديل كارت الصوت. أغلقته مرة أخرى.

الخطوة الثانية: تصميم الواجهة الأمامية

كان قراري هو الحصول على 3 أوضاع عمل لجهاز الذبذبات:

• العاصمة
• تيار متردد
• أرض

يتطلب وجود وضع التيار المتردد أن يمتد جهد الإدخال / الوضع المشترك لمضخم الإدخال أسفل سكة الإمداد. هذا يعني - يجب أن يحتوي مكبر الصوت على إمداد مزدوج - موجب وسالب.

كنت أرغب في الحصول على 3 نطاقات جهد دخل على الأقل (نسب التوهين)

• 100:1
• 10:1
• 1:1

يتم تشكيل جميع عمليات التبديل بين الأوضاع والنطاقات من خلال مفاتيح تبديل الشريحة الميكانيكية 2P3T.

لإنشاء جهد إمداد سلبي لمكبر الصوت ، استخدمت رقاقة مضخة شحن 7660. لتحقيق الاستقرار في جهد الإمداد لمكبر الصوت ، استخدمت منظم TI الخطي المزدوج TPS7A39. تحتوي الشريحة على حزمة صغيرة ، ولكن ليس من الصعب جدًا لحامها على PCB. كمكبر للصوت استخدمت AD822 opamp. ميزته - إدخال CMOS (تيارات إدخال صغيرة جدًا) ومنتج عرض نطاق عالي الكسب نسبيًا. إذا كنت ترغب في الحصول على نطاق ترددي أوسع ، يمكنك استخدام opamp آخر مع إدخال CMOS. من الجيد أن يكون لديك ميزة إدخال / إخراج من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية ؛ ضوضاء منخفضة ، معدل عدد كبير. opamp المستخدمة قررت أن تزود اثنين + 3.8V / -3.8V الإمدادات. تم حساب مقاومات التغذية الراجعة وفقًا لورقة بيانات TPS7A39 ، والتي تعطي هذه الفولتية هي:

R3 22 كيلو

R4 10 كيلو

R5 10 كيلو

R6 33 ك

إذا كنت ترغب في استخدام هذه الواجهة الأمامية مع Arduino ، فقد ترغب في الوصول إلى جهد خرج 5 فولت. في هذه الحالة ، يجب عليك استخدام جهد إمداد الدخل> 6 فولت وتعيين جهد الخرج للمنظم المزدوج ليكون + 5 / -5 فولت.

يعد AD822 مضخمًا مزدوجًا - تم استخدام أولهما كمخزن مؤقت لتحديد جهد الوضع المشترك للمكبر الثاني المستخدم في جمع التكوين غير العكسي.

لتعديل جهد الوضع الشائع واكتساب مضخم الإدخال ، استخدمت مقاييس الجهد هذه.

هنا يمكنك تنزيل إعداد محاكاة LTSPICE ، حيث يمكنك محاولة إعداد تكوين مكبر الصوت الخاص بك.

يمكن ملاحظة أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحتوي على موصل BNC ثاني. هذا هو خرج بطاقة الصوت - يتم اختصار كلتا القناتين معًا من خلال مقاومين - يمكن أن تكون قيمتها في النطاق 30 أوم - 10 ك. وبهذه الطريقة يمكن استخدام هذا الموصل كمولد إشارة. في تصميمي ، لم أستخدم موصل BNC كإخراج - لقد قمت ببساطة بلحام سلك هناك واستخدمت اثنين من موصلات الموز بدلاً من ذلك. الأحمر - خرج نشط ، أسود - إشارة أرضية.

الخطوة 3: ثنائي الفينيل متعدد الكلور ولحام

تم إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور بواسطة JLCPCB.

بعد ذلك بدأت في لحام الأجهزة: أولاً ، جزء التوريد.

يدعم PCB نوعين من موصلات BNC - يمكنك اختيار أي منهما تستخدم.

مكثفات التشذيب التي اشتريتها من Aliexpress.

ملفات جربر متاحة للتنزيل هنا.

الخطوة 4: الملاكمة

قررت أن أضع كل هذا في صندوق بلاستيكي صغير. كان لدي واحد متاح من متجر محلي. لجعل الجهاز أكثر مناعة ضد إشارات الراديو الخارجية ، استخدمت شريطًا نحاسيًا ، قمت بتثبيته بجدران العلبة الداخلية. كواجهة لبطاقة الصوت ، استخدمت مقابس صوت. أصلحتها قوية بغراء الايبوكسي. تم تركيب ثنائي الفينيل متعدد الكلور على مسافة ما من العلبة السفلية باستخدام الفواصل. للتأكد من أن الجهاز مزود بشكل صحيح ، أضفت مؤشر LED في سلسلة بمقاوم 1K متصل بمقبس إمداد الواجهة الأمامية (طرف المقبس الجانبي للميكروفون)

الخطوة 5: الجهاز جاهز

فيما يلي بعض الصور للجهاز المجمع.

الخطوة 6: الاختبار

لقد اختبرت الذبذبات باستخدام مولد الإشارة هذا ، يمكنك مشاهدة بعض لقطات الشاشة التي تم إجراؤها أثناء الاختبارات.

يتمثل التحدي الرئيسي باستخدام هذا النطاق في ضبط جهد خرج الوضع المشترك للواجهة الأمامية ليكون مطابقًا لبطاقة الصوت. بعد ذلك يعمل الجهاز بشكل سلس للغاية. إذا كنت تستخدم هذه الواجهة الأمامية مع Arduino ، فلا ينبغي أن تكون مشكلة محاذاة الجهد العام للوضع العام موجودة - يمكن وضعها بحرية في النطاق 0-5V وتعديلها بدقة بعد ذلك إلى القيمة ، وهو الأمثل للقياس الخاص بك. عند الاستخدام مع Arduino ، أود أن أقترح أيضًا تغييرًا صغيرًا آخر - يمكن وضع ثنائيات الحماية المتوازية عند مدخل مكبر الصوت مع اثنين من صمامات زينر 4.7V المتصلة في سلسلة ، ولكن في اتجاهين متعاكسين. وبهذه الطريقة ، سيتم تثبيت جهد الدخل عند ~ 5.3 فولت لحماية مدخلات opamp للجهد الزائد.