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音頻放大器開源設(shè)計

2022-11-24 | zip | 0.45 MB | 次下載 | 2積分

資料介紹

描述

請注意:我仍然認為這是一個原型。該項目將獲得第二個版本,以解決此版本出現(xiàn)的一些問題。如果您想構(gòu)建這樣的東西,請閱讀整個故事以及我對我遇到的問題的評論。

這是我第一個不制造計算機的大型電子項目。回顧我寫這篇文章時,我將在未來的項目中避免我為這個項目所做的一些設(shè)計選擇。

我最初將其設(shè)計為一種學習體驗,以自學更多有關(guān)電子產(chǎn)品,尤其是音頻放大器的知識。我在高中四年級開始設(shè)計和研究這個,直到我去上大學的前幾天才“完成”它。

我對這個項目的設(shè)計目標是制作一個功能強大的放大器,它可以接受平衡或非平衡輸入,并具有不同類型的輸出。

我在下面鏈接了放大器板和主電源的數(shù)據(jù)表,因此您可以查看深入的規(guī)格并縮短此說明。

關(guān)于零件的一些信息

放大器/前置放大器:

  • 主放大器: 3e Audio 的 TPA3255 放大器板版本聽起來非常清晰和精確,價格實惠。該板的額定功率為 2x260W @4Ohm <1% THD。它很小,具有聽不見的本底噪聲,在其額定揚聲器負載中具有極低的 THD,并且非常高效。3e Audio 還提供 1x480W @4Ohm 選項。
  • 非平衡前置放大器:這是 Douk Audio 制造的前置放大器板,最初配備 NE5532 OpAmp。我用 LM4562 OpAmp 替換了 NE5532。它們是針腳兼容的,因此可以直接替換(只要確保方向正確)。
  • 平衡前置放大器:我使用了 2 個 AD828 前置放大器,每個平衡通道一個。

請注意:在一些早期的圖片中,您可以看到不同的平衡前置放大器(黑色的在與 AD828 相同的位置)。我沒有使用那些,因為我在測試過程中不小心過度電壓炸了一個。

電源:

  • 主電源: Connexelectronic 的 SMPS600RS 是一款噪聲極低的開關(guān)電源,可提供 600W 的連續(xù)功率。它們以不同的輸出電壓出售,48VDC 版本是最接近 TPA3255 板可接受的最大 50V 的版本。該電源還具有輔助 12V 500mA 輸出。我用它來為風扇和繼電器供電如果您需要為某些繼電器和 12V 風扇供電,我建議您使用單獨的 12V 電源。我正在接近 500mA 限制,8 通道繼電器模塊打開,風扇打開。我注意到輔助電源的一些意外情況是,如果電源與主放大器斷開連接,或者主放大器進入復(fù)位狀態(tài),輔助 12V 電源軌會變成褐色,導致繼電器板閃爍。
  • PreampSupply:這個 MeanWell +/-15VDC 電源用于前置放大器。它在每個軌上的最大輸出為 1A,對于前置放大器來說應(yīng)該足夠了,而且它具有相當?shù)偷募y波和噪聲。如果你真的想要一個,你可能會找到更好的供應(yīng),但我對這個供應(yīng)很滿意。

編輯:我沒有意識到前置放大器板接受交流輸入并對其進行整流。出于某種原因,我認為這是一個 +/-15VDC 輸入。而不是這個 SMPS,而是使用適當?shù)淖儔浩鳌?/font>我沒有注意到使用 meanwell 電源為前置放大器供電的任何問題,它可以將放大器驅(qū)動到削波就好了。但是,我真的建議避免這個錯誤并改用變壓器。感謝 Saravanan J 指出這一點!

輸入/輸出:

  • BalancedInput:這里我使用了 XLR,因為它們是我使用的設(shè)備的標準配置。您也可以將它們換成 1/4" TRS 插孔。
  • UnbalancedInput:我只使用了一個 3.5 毫米 TRS 插孔,因此我可以將此放大器與過去幾十年生產(chǎn)的幾乎所有消費類設(shè)備一起使用。
  • SpeakonOutputs:我使用了一對 4 極揚聲器,每個都使用了 +/-1 極,另一個 4 極揚聲器使用了所有四個極。這應(yīng)該確保與揚聲器中揚聲器連接的各種布線更好的兼容性。
  • SpeakerBindingPosts:這些在消費級放大器中是相當標準的。他們接受香蕉插頭或裸線。

案子:

  • 我用木頭做了一個臨時外殼來制作放大器的原型。機箱的最終目標是使其適合 2U 高度的 19 英寸機架。
  • 當前的“箱子”尺寸為 17.5 英寸(長度)x 3.5 英寸(高度)x 12 英寸(深度)。

雜項:

  • 端子排:我使用了小端子排,以便更輕松地將來自前置放大器的輸入信號連接到主放大器。我使用較大的接線板將電源側(cè)電線連接在一起。電源側(cè)線包括 120VAC、+/-15VDC 電源輸出和來自主電源輔助電源輸出的 12VDC。我知道額定電流為 45A 的端子排對于通過這些端子排的電流量來說太過分了。如果你只使用 15A 額定的條帶,你應(yīng)該沒問題。
  • 旋轉(zhuǎn)開關(guān):我希望能夠使用旋轉(zhuǎn)開關(guān)來切換輸出,它的額定電壓/電流足夠高,我可以很舒服地將它貼在放大器輸出上。這個開關(guān)很大,輸出位置比我用過的多。出于某種原因,直到我得到開關(guān)之后,我才想到使用較小的旋轉(zhuǎn)開關(guān)來控制繼電器來改變輸出。
  • 繼電器:這些繼電器用于切換每個單獨的輸入線。所有平衡輸入到 8 通道板,所有非平衡輸入到 4 通道板。此方法留下空通道,并且不如其他方法有效。繼電器位于信號鏈中的前置放大器之后。
  • InputSelectorSwitch:此開關(guān)是一個 ON-ON 3PDT 開關(guān)。該開關(guān)處理放大器上的輸入跳線和繼電器的控制信號。

大概步驟:

您不必按此順序執(zhí)行這些步驟。我就是這樣做的。不幸的是,我沒有拍很多構(gòu)建過程的照片,但我確實附上了接線圖。另外,我覺得我必須進一步警告您,如果您不知道自己在做什么,那么使用交流壁式電源是一個可怕的想法。如果您對更高電壓的電子設(shè)備不滿意(與我在本網(wǎng)站上常見的 5V/12V 電子設(shè)備相比),請不要這樣做。

1. 首先將所有組件布置在您想要的大致位置。我把它們放在我認為最能減少電線使用量的地方。

2. 擰下不平衡前置放大器上的金屬蓋,將 NE5532 運算放大器更換為 LM4562。確保重新蓋上蓋子。

3. 標記所有要在“外殼”中鉆孔的安裝孔,并使用支架和 M3 螺釘安裝所有板和連接器

4. 接下來使用 45A 接線板和環(huán)形連接器連接交流電源側(cè),以對輸入火線和零線進行多個連接。確保將電源開關(guān)直接放在輸入輸入上,并為兩個電源提供交流電源。

5. 將主電源的 48V 輸出直接連接到主放大器的電源輸入。

6. 然后,使用 45A 接線盒將 +/-15V 連接到所有前置放大器,以進行多個連接。我為電源上的 COMM 引腳運行了一根電線,因為這些引腳已經(jīng)連接。非平衡前置放大器需要 +/-15V,而平衡前置放大器只需要 +15V。

7、最后需要做的電源側(cè)接線是主電源輔助電源的12V。使用 45A 接線端子作為中間連接點,將電源連接到繼電器板、繼電器信號和風扇。風扇 12V 連接到一個 33 Ohm 電阻以限制風扇的電流以及一個 100 Ohm 線性電位器來控制速度。GND 直接連接到風扇,因此風扇不能一直關(guān)閉。用于指示繼電器打開/關(guān)閉的 12V 應(yīng)連接到 3PDT 撥動開關(guān)上的一個極。切換的一個輸出到一個繼電器板,另一個輸出應(yīng)該到另一個繼電器板。每個繼電器板的信號輸入都用“U”形的小型實芯線跨接在一起。

8. 繼續(xù)說信號線,非平衡輸入是最簡單的接線,所以我選擇從那里開始。將電線從 3.5 毫米輸入連接到非平衡前置放大器。從那里,前置放大信號的每根線應(yīng)連接到 4 通道繼電器板上的單獨 COM 引腳(僅使用 4 個通道中的 3 個)。然后將每個使用的繼電器板通道的 NO 引腳連接到放大器板上輸入的相應(yīng)引腳。將信號 GND 連接到兩個放大器輸入 GND,將右通道連接到放大器 IN+ 引腳之一,將左通道連接到另一個 IN+ 引腳。我使用 15A 螺絲端子排作為中介將多根電線連接在一起。

9. 不平衡線應(yīng)首先連接到 2x 1 kOhm 對數(shù)電位器。每個鍋只能采用一個通道的音頻輸入,熱線和冷線位于同一鍋的不同桿/甲板上。罐的兩極/甲板上的 GND 可以連接在一起。電位器的輸出連接到平衡前置放大器,然后將平衡前置放大器的輸出連接到 8 通道繼電器板,方法與連接非平衡信號的方式相同。最后,使用 15A 接線板作為中間連接,將繼電器上的 NO 引腳連接到主放大器上的相應(yīng)位置。

10. 接下來,將主放大器的跳線連接到 3PDT 撥動開關(guān)。撥動開關(guān)的每一極都應(yīng)該有一個通道,跳線的中間引腳是公共的,另外兩個引腳與繼電器板信號連接的一側(cè)匹配。我在撥動開關(guān)的頂部引腳上有所有不平衡的開關(guān)信號,在底部引腳上有平衡。然后輸入將進入中間。

11. 將主放大器輸出的每個通道的“-”連接到每個輸出的“-”。我將它們連接到接線柱,然后將其他輸出從接線柱連接,因為它們有更多的空間來焊接電線。將每個輸出通道的“+”連接到旋轉(zhuǎn)開關(guān)的一組極/面板。關(guān)閉每組旋轉(zhuǎn)開關(guān)輸出/投擲,連接每個相應(yīng)的揚聲器輸出。

12. 檢查所有連接是否牢固。我建議使用帶有連續(xù)性測試的萬用表來驗證所有電線是否正確連接并連接到正確的位置。檢查是否在主交流電源輸入中插入了具有足夠額定值的保險絲檢查以確保您沒有任何裸線相互接觸。無論如何,裸線或電線部分可能不是一個好主意,因此請用電工膠帶或熱縮管覆蓋它們。

13. 測試啟動放大器。如果出現(xiàn)問題,請準備好(安全地)拔掉插頭。檢查主電源、繼電器板和主放大器上的 LED 指示燈是否亮起。

14. 最后,如果一切正常,請插入輸入源和揚聲器,并使用一些音頻進行測試。如果一切順利,你就完成了,你可以開始聽了!

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pYYBAGN-3p2AKUhPAAz7mc9QlP8012.jpg
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1 / 2 ?只連接了幾根電線的放大器。另外,請注意我在這些圖片中的構(gòu)建中還有其他前置放大器,并且尚未放入平衡音量罐。
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poYBAGN-3qiAAAvWABfaLCOqAic511.jpg
這是完全組裝和接線的放大器。對角線穿過放大器的較大黑色電纜是 XLR。
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其他信息:

問題:

  • 目前不存在接地。一旦外殼由金屬制成,它將被添加。當您觸摸音量電位器時,這會導致一些奇怪的噪音問題,因為它們沒有正確接地到外殼上。
  • 在平衡模式下關(guān)閉放大器時,會出現(xiàn)大量爆音。我懷疑這是由于平衡前置放大器在放大器之前關(guān)閉造成的。這是一個非常糟糕的問題,將在版本 2 中修復(fù)。

我會做什么不同/建議:

  • 我會推薦一個連接到繼電器的小得多的旋轉(zhuǎn)開關(guān)來處理切換到不同的輸出。這個開關(guān)太大了,我需要的輸出太多了。
  • 如果您只需要平衡或只需要非平衡輸入,那么整個設(shè)計可以簡單得多。所有用于切換輸入的組件和其他輸入類型的前置放大器都可以移除。
  • 如果只需要一種輸出,設(shè)計也可以簡化一點。您可以移除煩人的旋轉(zhuǎn)開關(guān)(或我之前建議的繼電器)和其他輸出。
  • 從技術(shù)上講,平衡和非平衡輸入都可以在同一組繼電器上,一組在 NO 引腳上,另一組在 NC 引腳上。

版本 2 計劃:

  • 其中相當一部分正在重新設(shè)計。我完全擺脫了煩人的大旋轉(zhuǎn)開關(guān),我將簡化很大一部分接線。
  • 輸入都將在同一個繼電器板上進行,NC 引腳上是不平衡的,NO 引腳上是平衡的。
  • 我將放棄平衡前置放大器,轉(zhuǎn)而使用另一個 LM4562 前置放大器。希望這將消除電源關(guān)閉問題的彈出
  • 我將添加一個 arduino 來控制放大器的許多方面,例如通過繼電器切換輸入和輸出。我還將添加一個小屏幕來顯示實時音頻分析器。
  • 風扇將有一個連接器,因此我可以在拆開放大器時斷開它。
  • 我將設(shè)計一個金屬 19" 機架式機箱來代替我拼湊的木制機箱。每當我這樣做時,我一定會包含一個 CAD 文件。那將是在構(gòu)建版本 2 之后。
  • 我將拍攝放大器和構(gòu)建過程的新照片。

結(jié)論

總的來說,我對這款放大器的性能印象深刻。我用一套中檔的書架式揚聲器測試了它,我以前用的是一個平庸的 2x120w 放大器,我被這個放大器的音質(zhì)所震撼。一切聽起來清晰準確,沒有明顯的失真,即使電平接近削波。電源和放大器都不會發(fā)熱太多。他們的散熱器永遠不會變得足夠熱,以至于即使在接近限位的情況下運行了多個小時,我也無法觸摸。此外,本底噪聲幾乎不存在。我的耳朵必須離揚聲器驅(qū)動器不到一英寸才能聽到任何放大器的嗡嗡聲。

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