1. 1. Блок живлення та зарядні пристрої
2. 2. Стабілізатор напруги з низьким падінням напруги
3. 3. Індикатор напруги
4. 4. Підключення mp3 модуля
5. Розводка "землі" при підключенні mp3 модуля
6. 5. Регулятори гучності і тембру, ФВЧ
7. 6. Підсилювач потужності
8. Деталі та конструкція
9. Тепер фото:

Давно звертав увагу на що з'явилися вже кілька років вбудовуються mp3 модулі, що дозволяють за смішну ціну отримати відтворення mp3 і радіо, а, трохи доплативши, отримуємо ще й bluetooth. Для іспробованія mp3 модуля був замовлений в популярному китайському магазині ось такий модуль (зворотна сторона мого трохи відрізняється від фото):

Як об'єкт для впровадження модуля був обраний корпус від популярного свого часу вітчизняного магнітофона "Білорусь". Забігаючи вперед, скажу, що це не найкращий або найгірший вибір. Якщо є можливість, краще вибирати магнітофон з кращими (великими) акустичними системами, наприклад "Весна 212с" і т.п. Звичайно, можна було просто викинути механізм протягування стрічки, врізати модуль в кассетопріёмнік, підключити його до входу наявного темброблока і все б запрацювало, але захотілося зробити цікавіше і краще. Внутрішня начинка практично повністю була перероблена, щоб отримати максимальну функціональність. Структурна схема переробленого "магнітофона" приведена на малюнку.

1. Блок живлення та зарядні пристрої для батареї, від якої пристрій може харчуватися автономно. Як батареї використаний обслуговуються герметичний акумулятор FIAMM FG10721. По простому - шестивольт акумулятор від "бесперебойніка".
2. Так як напруга при розряді батареї може зменшуватися практично до п'яти вольт, знадобився стабілізатор напруги з низьким падінням напруги на ньому (Low Dropout).
3. У пристрої є батарея - значить, потрібно стежити за її зарядом. Для цього доданий індикатор напруги.
4. Власне сам mp3 модуль
5. Регулятор гучності, темброблок і фільтр високих частот. Малогабаритні динаміки не можуть відтворювати низькі частоти, так що їх вигідніше "зрізати", щоб не перевантажувати динаміки, що призводить до появи хрипів і лише марно витрачає енергію акумулятора.
6. Підсилювач потужності звукової частоти, підсилює звук для подачі його на динаміки.

Тепер про частинах докладніше.

1. Блок живлення та зарядні пристрої

Принципова схема блоку живлення і зарядного пристрою приведена на малюнку нижче.

Блок живлення зібраний за класичною схемою обратноходового перетворювача. Основні деталі і трансформатор взяті від невідомого блоку живлення з вихідною напругою 7,5 вольт. Можна застосувати і деталі від зарядних пристроїв мобільних телефонів. Принцип роботи подібних перетворювачів багаторазово описаний в Інтернеті, тому розглянемо його тільки коротко:
Мережеве напруга випрямляється діодами VD1-VD4 і згладжується фільтром на конденсаторах C6 і C7 і дроселі L1. Через резистори R4 R5 в базу ключового транзистора VT2 подається початковий струм, що відкривав його. Струм починає текти через первинну обмотку трансформатора Tr1, на допоміжній обмотці з'являється напруга, яке через ланцюжок R6C10 відкриває транзистор VT2 повністю. У трансформаторі накопичується енергія, і струм колектора VT2 лінійно зростає. На резисторі R10 напруга також лінійно зростає, і, коли воно досягає 0.5 вольта, відкривається керуючий транзистор VT1, що прикриває VT2. Напруги на вторинних обмотках трансформатора змінюють полярність і керуюча обмотка через ланцюжок R6С10 повністю закриває ключовий транзистор VT2. Також від керуючої обмотки трансформатора через діод VD10 в цей момент заряджаються конденсатори C14 і С16, паразитний викид на колекторі VT2 гаситься ланцюжком R7C13VD9, а енергія, накопичена в трансформаторі, з вторинної обмотки через діоди VD12 і VD14 заряджає конденсатори C17-C20 у вторинних ланцюгах. Коли передача накопиченої енергії закінчується, процес повторюється. Додатково відкрити керуючий транзистор VT1 можна через оптрон, який управляється з вторинною боку і служить для обмеження напруги на батареї в процесі заряду. Струм заряду спеціально не обмежується і максимальне його значення залежить від накопиченої в трансформаторі Tr1 енергії, що залежить від максимального струму через первинну його обмотку, який задається опором резистора R10. Конденсатор C11 використовується для зниження перешкод і повинен бути обов'язково типу Y2 або (краще) Y1.

Верхня частина схеми на вторинній стороні використовується для отримання напруги живлення при роботі пристрою від мережі. Також від цієї напруги включається реле K1, яке своїми контактами перемикає живлення на роботу від мережі, замість батареї. Діоди VD21 і VD23 знижують напругу на реле, так як використовується реле з обмоткою на 5 вольт. Нижня частина схеми на вторинній стороні утворює зарядний пристрій. При подачі електроживлення, поки не зарядився конденсатор C22, транзистор VT7 закритий. Напруга на виході зарядного пристрою може залежати від падіння напруги на світлодіоді оптрона, стабілітронах VD15 VD16 і діод VD22. Стабілітрони підбираються таким чином, щоб це напруга становила 7.2-7.5 вольт. Така напруга рекомендовано для зарядки батареї виробником. При розрядженою батареї струм заряду буде більше 100mA, транзистор VT6 відкриється і не дасть відкритися VT7, навіть коли відкриється VT8 після заряду C22. Одночасно відкривається VT5 і спалахує світлодіод HL2, що показує, що йде зарядка батареї. У міру заряду батареї, зарядний струм знижується, коли він стає менше 100mA, транзистор VT6 закривається, а VT7 відкривається, шунтуючи діод VD22, що призводить до зменшення напруги заряду на приблизно 0,7 вольта. Зарядний пристрій переходить в режим підтримки напруги на батареї, що може тривати необмежено довго. Також гасне світлодіод HL2, що означає, що батарея заряджена.

Струм короткого замикання батареї може перевищувати 500 ампер, так що обов'язковий запобіжник F2! Клеми акумулятора потрібно зовні ізолювати (наприклад, термоусадкой або силіконовими ковпачками).

2. Стабілізатор напруги з низьким падінням напруги

Незважаючи на те, що mp3 модулі працюють і при напрузі, меншій 5 Вольт, було вирішено робити все як годиться, так що знадобився стабілізатор напруги з низьким падінням напруги (напруга в кінці розряду акумулятора може бути 5.8 вольта). Можна, звичайно, вибрати що-небудь готове з мікросхем, але було вирішено робити стабіліатор з наявних деталей. Ідея була взята звідси http://myelectrons.ru/mosfet-tl431-ldo-linear-voltage-regulator . Принципова схема стабілізатора приведена на малюнку нижче.

На мікросхемі IC1 зібраний подвоювач напруги. Мікросхема 74HCT14 містить шість инвертирующих тригерів Шмідта і широко представлена ​​на багатьох материнських платах, звідки її легко випаять. На одному елементі зібраний генератор прямокутних імпульсів з частотою приблизно 100 KHz, яка задається R2 і С6. Вихід елемента-генератора прямокутних імпульсів (висновок 4) подається на входи трьох інших тригерів Шмідта (висновки 1, 5 і 13). Проінвертірованний сигнал з виведення 12 надходить на два, що залишилися тригера (входи 11 і 9). У підсумку на висновках 2,6 і 8,10 присутні прямокутні імпульси в протифазі. До цих висновків підключені конденсатори C4, C8, C9, C12 удвоителя, які заряджаються через діоди VD5, VD6 і розряджаються через діоди VD7, VD8 заряджаючи конденсатор C15 майже до подвоєного напруги харчування (мінус падіння напруги на двох кремнієвих діодах).

Так як максимальна напруга живлення мікросхеми 74HCT14 становить 7 Вольт, а на вході може бути до 9 Вольт, застосований обмежує резистор R1, c яким напруга живлення не перевищить 7 Вольт. Також додатково 5-0.7 = 4.3 Вольт харчування подається через діод VD13. У правій частині схеми розташований звичайний лінійний стабілізатор з захистом від максимального струму. На жаль, резистор захисту також збільшує падіння напруги, при необхідності, захист можна не ставити (R17 - перемичка, R15, VT4 типу КТ3102), тоді при короткому замиканні перегорить запобіжник, але можна буде підключати до USB роз'єму для зарядки пристрою, що вимагають ток 2 -3 ампера (сучасні смартфони, планшети з великою діагоналлю). При опорі R17 в 1 Ом струм обмежений величиною 500mA. Можна зменшити R17, збільшивши таким чином максимальний струм. Транзистор T1 можна взяти практично будь-який n-канальний з несправною материнської плати. Стабілітрон VD17 обмежує максимальне напруга затвор-витік.

3. Індикатор напруги

У корпусі магнітофона "Білорусь" передбачені місця для двох 5мм світлодіодів. Один з них - індикатор зарядки. Другий - індикатор напруги. Любителі мінімалізму можуть застосувати однопороговий індикатор на TL431, схему можна подивитися тут . Був використаний триколірний (RGB) 5мм світлодіод, керований мікроконтролером, колір і режим означають різні рівні заряду батареї і сам факт зарядки. Схема індикатора напруги наведена нижче.

Опору резисторів R4-R6 підібрані так, щоб при включенні всіх кристалів світлодіода виходив білий колір. Мікроконтролер за допомогою вбудованого АЦП з частотою приблизно 4.8KHz вимірює напругу батареї. Виміряні значення заносяться в буфер з 160 елементів. У буфері знаходиться мінімальне значення і воно використовується як значення для індикації. Опорна напруга для АЦП вибрано 2.56 Вольта, використовуються 8 старших розрядів даних. Алгоритм роботи індикатора і значення напруги і заряду наведено в таблиці.

Заряд батареї Напруга батареї, В Значення від АЦП Стан світлодіода Заряджається> 6.53 ≥217 Плавно змінюється від зеленого до синього і назад ≥88% ≥6.43 ≥210 фіолетовий ≥75% ≥6.33 ≥208 синій ≥63% ≥6.24 ≥207 блакитний ≥50 % ≥6.14 ≥204 зелений ≥38% ≥6.05 ≥198 жовтий ≥25% ≥5.95 ≥194 помаранчевий ≥13% ≥5.86 ≥193 червоний ≥0% ≥5.76 ≥191 блимає червоним з частотою 2Hz неприпустимий розряд <5.76 <191 блимає червоним з частотою 4Hz

Видно, що колір при розряді просто змінюється по веселці, що зручно для сприйняття і виглядає досить ефектно. За фактом виявилося, що яскравість світлодіода при обраному струмі занадто велика, так що вона знижується апаратним ШІМ'ом. Максимальне значення ШІМ для одного кольору не перевищує 28, якщо потрібно збільшити роздільну здатність, потрібно збільшити опору резисторів R4-R6. Частота ШІМ обрана вище звукового діапазону, але все одно для зниження впливу перешкод плата індикатора розташована на відстані від плати підсилювача і вхідних звукових ланцюгів. Резистори R2 і R3 використані c 1% допуском. Є сенс один з резисторів замінити ланцюжком з підлаштування і послідовно постійного (наприклад, замість R3 поставити послідовно постійний резистор на 10KОм і підлаштування на 4.7KОм). Потім в готової конструкції відрегулювати поріг 0% заряду.

Вихідний і відкомпілювалися файли прошивки знаходяться тут .

При бажанні можна зробити чисто аналоговий індикатор напруги і заряду. Можна взяти схему вольтметра з розтягнутою шкалою, наприклад тут цю:

замінити стабілітрон на 4.7 Вольта, підібрати резистори так, щоб шкала використовується микроамперметра відображала заряд від 0 до 100%. Проградуювати шкалу можна, взявши за орієнтир величини напружень з таблиці вище.

4. Підключення mp3 модуля

На перший погляд, тут все просто: достатньо підключити харчування та виходи і модуль готовий до роботи. Але не все так просто. У відгуках на застосування подібних mp3 модулів часто можна прочитати скарги про те, що в процесі відтворення є перешкоди, шуми, тріск. Перешкоди можуть бути завжди або тільки при роботі Bluetooth або відтворення mp3. Причина цього в 99% випадках одна і та ж: направільних розводка "землі" (загального проводу). Про це докладніше:

Розводка "землі" при підключенні mp3 модуля

Строго кажучи, в будь-якому пристрої важлива правильна розводка "землі". Найменш критичні до розведення землі цифрові пристрої з невисокою швидкодією. Найбільш - імпульсні перетворювачі, чутливі підсилювачі. В імпульсних перетворювачах, наприклад, неправильна розводка землі може привести до повної непрацездатності пристрою. Фішка вся в тому, що процеси, що відбуваються при неправильній розводці, досить прості, але саме в простих речах часто криються серйозні помилки.

В ідеальному випадку mp3 модуль живиться від власного ізольованого джерела живлення. У цьому випадку ніяких проблем не виникає.

Червона стрілка показує протікання струму по лінії живлення, пунктирна лінія з'єднує мінус харчування з загальним проводом виходу, синя і зелена стрілки показують протікання струму звукового сигналу через регулятори гучності, з виходів яких сигнал надходить на підсилювач і воспрозводітся. Все добре, але картина змінюється, якщо харчування у підсилювача і модуля загальне:

Типова ситуація: підключення модуля в старий магнітофон, комп'ютерні колонки або автомобільну магнітолу.

У цьому випадку виникають два ефекти:

1. Виникає "земляний" контур ABCDEFA (сині точки на малюнку). Такий контур, особливо якщо оформлений у вигляді рамки, працює як рамкова антена, один виток котушки, який приймає різні магнітні наведення, які наводять на різних ділянках контуру напруга перешкоди. Наприклад, поява такого напруження на ділянці "загальні висновки регуляторів гучності - точка D" призводить до вступу його на вхід підсилювача і він стає чути в вигляді різних шумів, перешкод і т.п.
2. Через ділянку BA протікає струм живлення модуля. Динамічна індикація, робота bluetooth, декодера, призводять до появи сплесків струму через цю ділянку, так як провід має деякий, нехай і невелике, опір, на ділянці BA з'являється напруга перешкод. Через ділянку BD ця перешкода надходить на вхід підсилювача, причому, незалежно від положення регулятора гучності, що чутно в вигляді тріска, клацань і писків.

Позбавлення від перешкод очевидно: треба розірвати "земляний" контур ABCDEFA. Це можна зробити декількома способами:

• Якщо підсилювач для пристрою проектується "з нуля", можна прибрати зв'язок DE
  
  У переважній більшості випадків підсилювач потужності виконаний як ОУ, в цьому випадку досить не з'єднувати загальний провід входу із загальним проводом підсилювача. На схемі це позначено червоною лінією, яку потрібно розірвати. В цьому випадку перешкода з ділянки BA хоч і надходить на вхід підсилювача, але не посилюється ім. Так як напруга корисного сигналу на виході підсилювача потужності набагато вище напруги перешкоди, вона практично не чути.
• Розірвати з'єднання BC. Багато mp3 модулі дозволяють розірвати цифрову і аналогову "землі", маючи спеціальну перемичку для цього або 0 омний резистор. У моєму модулі ця перемичка підписана знаходиться біля вихідних роз'ємом. Ось мої фото перемичок в деяких mp3 модулях.
  
  Досить випаять резистор з маркуванням 0 або розірвати перемичку з краплі припою, і перешкоди і шум зникають. Потрібно тільки пам'ятати, що мікросхема модуля розрахована на роботу, коли потенціал в точках B і С практично однаковий. Так що, розірвавши перемичку "землі", потрібно обов'язково підключити загальний провід виходу до схеми пристрою.

У моїй конструкції використаний другий спосіб: розірвана перемичка між аналогової і цифрової землями mp3 модуля.

Так як використовується окремий LDO стабілізатор 5 вольт, мікросхема стабізатора напруги 78M05 Випаяв з модуля, а вхід і вихід напруги (крайні висновки 78M05) з'єднані перемичкою.

5. Регулятори гучності і тембру, ФВЧ

Принципова схема регулятора гучності, фільтра високих частот і блока живлення БП наведена на малюнку нижче. На схемі показаний тільки один канал. Другий виконаний аналогічно.

Ідея вхідної частини взята зі статті Коригування звучання носяться магнітол . Коротко: для отримання задовільного звуку в переносний апаратурі потрібно мати тонкомпенсації, регулятор тембру по НЧ (недолік НЧ погіршує суб'єктивне якість звуку, надлишок - легко перевантажує малогабаритні гучномовці), і ФВЧ для зрізу тих низьких частот, які АС пристрої вже не може відтворити з- за своїх розмірів.

На схемі це частина від входу (R1) до розділового конденсатора C12. Дільник R1R2R3 на вході послаблює сигнал так, щоб при максимальній гучності не було перевантаження каскаду на VT1. R3-R5, C1, C2 - тонкомпенсірованний регулятор гучності. C3, C6, R6-R10, VT1 - активний ФВЧ з частотою зрізу приблизно 140Hz. Частота обрана з міркувань, що використовуються динаміки 3ГДШ-14-4 не можуть відтворювати нормально частоти нижче частоти свого резонансу (160Hz). Якщо використовуються інші динаміки, номінали конденсаторів С3 і С6 потрібно обернено пропорційно змінити (для зниження частоти конденсатори збільшити). У початковому варіанті (в статті) використовуються конденсатори ємністю 0.15μF, що дає частоту зрізу близько 60Hz.

Мікросхема підсилювача має надлишкову чутливість, тому сигнал після фільтра знімається з еммітера VT1, для зменшення його амплітуди. Далі він надходить на темброблок, що дозволяє потенціометром R12 регулювати рівень низьких частот. Конструктивно регулятор тембру НЧ розташований замість заводського регулятора стереобаланса в корпусі Belarus'а.

6. Підсилювач потужності

Схема блоку живлення БП наведена вищє. Вікорістовується добро зарекомендувала себе мікросхема TEA2025B. Широке напряжение живлення (від 3 до 15 вольт), можлівість мостового включення, дозволили вдалині ее застосуваті в конструкції. Тім более, что ее можна найти в багатьох старих ISA звукових картах, комп'ютерних колонках, касетні магнітофонах імпортного виробництва. Використання мостового включення дозволяє при харчуванні від 6 вольт отріматі віхідну Потужність 2.8 ват на канал. Це "чесні" вати, в китайських можна сміливо клеїти наклейку типу "Dual bridge amplifier. Mega power. 1200W" :). Схема включення практично типова, рекомендована виробником. При підключенні навушників використовується тільки один, верхній за схемою, підсилювач мікросхеми. Напруга з нижніх за схемою підсилювачів через резистори R21 і R22 складається і подається на загальний провід навушників, формуючи половинне напруга живлення для підключення навушників без розділових конденсаторів. Вихід верхнього за схемою підсилювача надходить на ліву обкладку конденсатора C9 (від протилежного каналу). Пройшовши через смуговий фільтр C9R17 R16C14 і ослабляючись делителем R18R20, сигнал від протилежного каналу надходить на нижній за схемою вхід підсилювача. В результаті до сигналу основного каналу подмешивается сигнал протилежного каналу в протифазі. Виникає ефект розширення стерео. При бажанні можна підібрати номінали фільтра, вони взяті зі схеми Берестя-004С. При замиканні вимикача S1 ​​додавання сигналу забирається і відтворюється тільки сигнал свого каналу, без розширення стерео. Кнопка включення S2 конструктивно розташована разом з підсилювачем потужності, вихід відключався, харчування з точки Vbat надходить на вхід стабізізатора напруги і вимірювальних вхід індикатора напруги.

Деталі та конструкція

Конструктивно застосовані три друкованих плати: плата підсилювача потужності, входи; плата блоку харчування і зарядного пристрою; плата індикатора напруги. Плата звуковий частини двостороння:

Регулятори гучності і тембру застосовані вихідні, при використанні інших друковану плату краще підкоригувати. Кнопки включення і розширення стерео, гніздо навушників потрапляють в стандартні отвори корпусу. Плата тримається в корпусі за рахунок наявних упорів і зафіксована гайками регуляторів (як в оригіналі магнітофона). Електролітичні конденсатори - на 16 вольт. Регулятор гучності - тип B (радянський варіант) або А (audio - імпортний). Регулятор тембру - такий же, але можна на крайняк і лінійний.

Плата блоку живлення і зарядного пристрою:

На платі розміщені вхідні роз'ємом, які були в оригінальному магнітофоні. Їх можна підключити як лінійний вихід mp3 модуля і як лінійний вхід (в модулі є режим LINE і відповідний разьем). На плату прикручена пластина, яка використовувалася для кріплення регуляторів тембру, і ця пластина прикручена до корпусу магнітофона (див. Фото нижче). Для складання високовольної частини блоку живлення краще всього знайти справний імпульсний блок і підкоригувати плату під його деталі, трансформатор. Ключовий транзистор встановлений на невеликий радіатор. Реле - Tianbo TR5V з обмоткою на 5 вольт і перемикаючим контактом.

Креслення всіх друкованих плат у форматі популярної програми Sprint-Layout можна скачати тут .

Тепер фото:

Плата підсилювача потужності, темброблока, регулятора гучності і ФВЧ:

Плата блоку живлення і зарядного пристрою:

Загальна компоновка. Видно кріплення для акумулятора, виготовлене з металевих пластин, прикріплених заклепками. Правий динамік упирався магнітом в трансформатор, так що динаміки довелося переклеїти глибше в передню панель:

Колишній батарейний відсік знаходиться на відстані, по периметру обклеєний щільним поролоном, вийшов відсік, в якому зручно зберігати пульт дистанційного керування від mp3 модуля. До задньої стінки прикріплена відповідна телескопічна антена, яка підключена до відповідного контакту mp3 модуля. У лівій нижній частині стінки (на фото видно тільки один болт кріплення) розташоване стандартне гніздо для підключення шнура 220 вольт, від імпортного магнітофона:

Надалі колишній Belarus був обклеєний симпатичними наклейками і зараз має вигляд:

При використанні представлених матеріалів обов'язкове посилання на сайт кафедри АСУ http://gsu.by/asoi або мою особисту сторінку http://gsu.by/asoi/pages/chechet .