Мы уже рассказывали, как своими руками собрать шарманку, а сейчас представляем проект Алексея Рогова, руководителя секции радиотехнического конструирования для детей и взрослых (г. Коломна, г. Реутов).
Алексей показывает, как собрать звуковую колонку из доступных материалов и радиодеталей, найденных в старой технике. Усилитель собран на распространенной микросхеме, плата сделана из картона, склеенного в три слоя, токоведущие дорожки платы – из витой пары. В итоге получается готовое изделие - звуковая колонка, которую можно подключить к телефону, МР3-плееру или ноутбуку.
Такой формат работы над проектом позволяет ученикам пройти весь путь настоящего инженера, который создает полноценное работающее электронное устройство, начиная от подбора оптимальных схемотехнических решений, поиска электронных компонентов, материалов, сборки конструкции и заканчивая первым включением.
Такой формат работы над проектом позволяет ученикам пройти весь путь настоящего инженера, который создает полноценное работающее электронное устройство, начиная от подбора оптимальных схемотехнических решений, поиска электронных компонентов, материалов, сборки конструкции и заканчивая первым включением.
О конструкции
Звуковая колонка создавалась как устройство, позволяющее воспроизводить звук с комфортной громкостью от источников, у которых нет встроенных динамиков или их мощности недостаточно, но имеющих выход на наушники: это может быть мобильный телефон, ноутбук, планшет, МР3-плеер.
Принципиальная особенность проекта в том, что звуковая колонка представляет собой простую конструкцию, которую можно создать в условиях радиокружка или в домашних условиях с применением минимума доступных инструментов. Она не содержит дорогих и редко встречающихся радиодеталей и материалов, а также не требует особых знаний в радиотехническом конструировании. Все радиодетали конструкции были взяты из старого телевизора.
Радиотехническим конструированием и техническим творчеством занимаюсь с момента, как пошел в школу. Десятый год веду секцию радиотехнического конструирования для детей и взрослых, где ученики проходят весь путь настоящего инженера от идеи в голове до готового работающего устройства на столе. Четвертый год подряд веду лагерные тематические смены по радиотехническому конструированию.
Схема и радиодетали
В основе усилителя нашей колонки – микросхема TDA2822M, которая представляет собой мощный двухканальный операционный усилитель.
Эта микросхема примечательна прежде всего тем, что ее можно питать напряжением в пределах 1,8…15 вольт, при этом она выдает на выходе достаточную мощность для громкого прослушивания музыки.
По стоимости микросхема недорогая, и у нее много аналогов: JRC2073D, JRC2073M, KA2209B, КР174УН34, L272M, L2722, NJM2073D, NJM2073M, TDA2822D, S1A2209A01-D0B0, S1A2209A01-S0B0, U2822B, U2823B. Эти данные взяты из справочника [1].
Эта микросхема примечательна прежде всего тем, что ее можно питать напряжением в пределах 1,8…15 вольт, при этом она выдает на выходе достаточную мощность для громкого прослушивания музыки.
По стоимости микросхема недорогая, и у нее много аналогов: JRC2073D, JRC2073M, KA2209B, КР174УН34, L272M, L2722, NJM2073D, NJM2073M, TDA2822D, S1A2209A01-D0B0, S1A2209A01-S0B0, U2822B, U2823B. Эти данные взяты из справочника [1].
Включение микросхемы TDA2822M с целью получения максимальной выходной мощности произведено по типовой мостовой схеме, взятой из справочника [1] или справочного листа [2]. На вход усилителя добавлены резисторы R1 и R2, которые представляют собой сумматор стереосигнала с правого и левого каналов, превращая его в монофонический. Далее сигнал поступает на регулятор громкости R3, а после него, через электролитический конденсатор С1, — на вход микросхемы, которая его усиливает и подает на динамическую головку.
Питание конструкции осуществляется от 6-вольтовой батареи (четыре элемента АА), однако на практике усилитель удобно питать от 5 вольт (например, от USB-разъема ноутбука или зарядного устройства для телефона). При питании усилителя напряжением 9…15 вольт микросхема TDA2822M начинает значительно греться на максимальной мощности, поэтому нужно сверху микросхемы приклеить пятирублевую монетку, которая будет служить теплоотводом. Теплоотвод подходящих размеров можно сделать из обрезков кровельного железа или консервной банки.
Питание конструкции осуществляется от 6-вольтовой батареи (четыре элемента АА), однако на практике усилитель удобно питать от 5 вольт (например, от USB-разъема ноутбука или зарядного устройства для телефона). При питании усилителя напряжением 9…15 вольт микросхема TDA2822M начинает значительно греться на максимальной мощности, поэтому нужно сверху микросхемы приклеить пятирублевую монетку, которая будет служить теплоотводом. Теплоотвод подходящих размеров можно сделать из обрезков кровельного железа или консервной банки.
- Регулятор громкости R3 – переменный резистор любого типа, может иметь сопротивление в пределах 3,3…22 килоом.
- Резисторы R1, R2, R4 могут иметь сопротивление 3,3…10 килоом, желательно, чтобы сопротивления резисторов R1 и R2 были одинаковыми.
- Резисторы R5 и R6 могут иметь сопротивление 2,2…6,8 ом.
- Электролитические конденсаторы С1 и С3 могут иметь емкость 2,2…47 микрофарад, конденсатор С4 может иметь емкость 100…2200 микрофарад.
- Конденсатор С2 – обычный неполярный, может иметь емкость от 6800 пикофарад до 0,022 микрофарад.
- Конденсаторы С5 и С6 – тоже неполярные, могут иметь емкость 0,047…0,33 микрофарад.
На входе усилителя колонки установлено гнездо под штекер Mini Jack стерео 3.5 мм, выпаянное из платы старого музыкального центра, хотя можно взять провод со штекером от старых, отслуживших свое, наушников и обойтись без гнезда.
Динамическая головка (динамик) – любая, подходящая по форме (круглый или прямоугольный) и по размерам. В нашей колонке используется динамик размерами 90х50 мм. Динамик меньшего размера лучше не использовать, он будет слишком тихим. Мощность динамика 0,5…10 Вт, сопротивление 4…16 ом. Можно использовать два динамика, соединенных последовательно или параллельно, главное – чтобы их общее сопротивление было в указанных пределах.
Выключатель – любой, подходящий по размерам.
Батарейный отсек можно приобрести готовый, а можно вынуть из отслуживших игрушек.
Динамическая головка (динамик) – любая, подходящая по форме (круглый или прямоугольный) и по размерам. В нашей колонке используется динамик размерами 90х50 мм. Динамик меньшего размера лучше не использовать, он будет слишком тихим. Мощность динамика 0,5…10 Вт, сопротивление 4…16 ом. Можно использовать два динамика, соединенных последовательно или параллельно, главное – чтобы их общее сопротивление было в указанных пределах.
Выключатель – любой, подходящий по размерам.
Батарейный отсек можно приобрести готовый, а можно вынуть из отслуживших игрушек.
Важно
В домашних условиях разбор старой радиотехники, выпайку радиодеталей и их проверку дети могут осуществлять только под контролем взрослого и со строгим соблюдением правил техники безопасности.
Печатная плата
Печатная плата сделана из склеенного в три слоя обыкновенного картона. Картон можно взять от коробок из-под шоколадных конфет, но на нем не должно быть золотистых или серебристых букв и других элементов, которые могут проводить электрический ток. Лучше всего использовать набор картона для творчества.
Вырезаем заготовку платы размерами 50х70 мм. На тетрадном листе в клеточку, в его середине, рисуем прямоугольник с такими же размерами и по клеточкам наносим разметку отверстий. Далее в этот лист заворачиваем заготовку платы. Шилом намечаем будущие отверстия, которые будем сверлить сверлом 1,5 мм (крепежные отверстия получаем сверлом 3 мм). Чтобы не просверлить стол, нужно использовать подложку.
Вырезаем заготовку платы размерами 50х70 мм. На тетрадном листе в клеточку, в его середине, рисуем прямоугольник с такими же размерами и по клеточкам наносим разметку отверстий. Далее в этот лист заворачиваем заготовку платы. Шилом намечаем будущие отверстия, которые будем сверлить сверлом 1,5 мм (крепежные отверстия получаем сверлом 3 мм). Чтобы не просверлить стол, нужно использовать подложку.
Когда отверстия просверлены, необходимо разметить заготовку под контакты и токоведущие дорожки. Их делают из очищенной от изоляции и облуженной компьютерной витой пары. Провод продевается в отверстия и заматывается.
Готовая плата с припаянными радиодеталями
Что дает этот проект
Работа над такой колонкой позволяет ученикам:И, главное, получить результат, который можно сразу ощутить и проверить на практике, услышать звук устройства, собранного своими руками, показать его друзьям, ощутить радость творчества, а также, в дальнейшем, поучаствовать в выставках технического творчества, фестивалях и других мероприятиях.
- пройти путь настоящего инженера от идеи до готового устройства,
- получить базовые знания в области радиотехнического конструирования,
- приобрести навыки пайки и сборки электронного устройства,
- получить умения работы с инструментами и приборами,
- познакомиться с принципами усиления звука.
Альтернативные методы изготовления печатной платы
Печатную плату можно изготовить из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса методом ЛУТ, об этом методе можно почитать в статье [3].
Разметка дорожек и расположения деталей для изготовления платы методом ЛУТ (вид со стороны пайки).
Для изготовления колонки можно использовать готовую макетную плату. Потребуется фрагмент такой платы, имеющий по горизонтали 13 отверстий, по вертикали — 10 отверстий.
Расположение деталей на макетной плате (вид со стороны пайки)
Корпус
Размеры деталей корпуса сильно зависят от имеющихся в наличии радиодеталей и материалов: динамической головки, регулятора громкости, выключателя, входного разъема.
Здесь корпус сделан из фанеры толщиной 4 мм. Размеры деталей корпуса:
боковые стенки – 85х148 мм;
нижняя и верхняя стенки – 85х102 мм;
передняя и задняя стенки – 102х142 мм;
декоративная панель с отверстиями для динамика – 102х102 мм.
Корпус покрыт бесцветным автомобильным лаком.
Для корпуса можно использовать не фанеру, а оргалит, ламинат, пластик, органическое стекло. Корпус может быть готовым: можно использовать колонку от музыкального центра. Один из наших учеников оживил таким образом старую советскую радиоточку.
Здесь корпус сделан из фанеры толщиной 4 мм. Размеры деталей корпуса:
боковые стенки – 85х148 мм;
нижняя и верхняя стенки – 85х102 мм;
передняя и задняя стенки – 102х142 мм;
декоративная панель с отверстиями для динамика – 102х102 мм.
Корпус покрыт бесцветным автомобильным лаком.
Для корпуса можно использовать не фанеру, а оргалит, ламинат, пластик, органическое стекло. Корпус может быть готовым: можно использовать колонку от музыкального центра. Один из наших учеников оживил таким образом старую советскую радиоточку.
Первый запуск и настройка
Собранное по описанию устройство, если оно не содержит ошибок и неисправных деталей, начинает работать сразу после первого включения и не требует никакой настройки, однако у нас в кружке был один случай, когда смартфон не захотел распознавать подключенную к нему нашу самодельную колонку.
Выйти из этой ситуации очень легко: достаточно подпаять два дополнительных резистора сопротивлением 47…220 ом на вход нашего устройства. Один вывод такого резистора припаиваем к левому (по схеме) выводу резистора R1, а второй его вывод – к общему проводу (минусу питания), аналогично поступаем и со вторым резистором, припаяв один его выводы к левому (по схеме) выводу резистора R2, а второй его вывод – к общему проводу (минусу питания).
В этом случае смартфон распознал подключенную колонку.
Выйти из этой ситуации очень легко: достаточно подпаять два дополнительных резистора сопротивлением 47…220 ом на вход нашего устройства. Один вывод такого резистора припаиваем к левому (по схеме) выводу резистора R1, а второй его вывод – к общему проводу (минусу питания), аналогично поступаем и со вторым резистором, припаяв один его выводы к левому (по схеме) выводу резистора R2, а второй его вывод – к общему проводу (минусу питания).
В этом случае смартфон распознал подключенную колонку.
Доработка входных цепей усилителя звуковой колонки
Почитать о нашей секции можно здесь.
Наша группа Вконтакте
О тематических лагерных сменах можно почитать здесь:
Радиоинженерная мастерская «Сделай радио» (Радиоприемник)
Радиолагерь «Кладоискатели» (Металлоискатель)
Радиолагерь «Мьюзик Бокс» (Bluetooth-колонка)
Радиолагерь «Машина времени» (Часы-будильник)
Радиоинженерная мастерская «ёРадио» (Интернет-радио)
Литература и интернет-источники:
1. Турута Е. Ф. 5000 современных микросхем УНЧ и их аналоги. Справочник. 2008
2. Справочный листок на микросхему TDA2822M: http://rcl-radio.ru/wp-content/uploads/2015/07/tda2822m.pdf
3. Изготовление печатных плат ЛУТ'ом от А до Я: https://habr.com/ru/articles/451314/
1. Турута Е. Ф. 5000 современных микросхем УНЧ и их аналоги. Справочник. 2008
2. Справочный листок на микросхему TDA2822M: http://rcl-radio.ru/wp-content/uploads/2015/07/tda2822m.pdf
3. Изготовление печатных плат ЛУТ'ом от А до Я: https://habr.com/ru/articles/451314/