Nieuwe schema

Na enkele weken vast te hebben gezeten. Heb ik een nieuw schema opgezocht op internet. Ik vond op internet een uitgevoerd project voor een 10 bands equalizer. Dit ga ik gebruiken om mijn equalizer te maken. Hiervan is een printlay-out beschikbaar, dus ben ik redelijk zeker dat dit schema werkt. Het is een nieuwe stap in mijn eindwerk.

Ik hoop dan ook tegen de kerstvakantie mijn printen te kunnen maken. Zodat ik deze kan solderen tijdens de vakantie.

Positieve commentaar

Het is altijd fijn positieve respons op uw werkt te krijgen. Ik kreeg vorige week een evaluatie van mijn blog. Mevrouw Huyse, leerkracht Nederlands, controleerde vorige week mijn blog. Ze was tevreden over het werk en de uitleg op mijn blog. Komende week zal ik dus opnieuw enkele delen van het volledige project uitleggen. Hopelijk heeft ook u iets begrepen van mijn uitleg. 

met groetjes

Karel

Voorversterker

Het eerste deel waar echt audio-signalen aan te pas komen is de voorversterker. In dit kleine stukje analoge techniek wordt de sterkte van het ingekomen signaal gehalveerd. In vaktermen kunnen we zeggen dat deze versterker een versterking heeft van -6dB. Je zou nu denken, een versterker die het signaal verzwakt? Ja, inderdaad het lijkt misschien wat raar, maar het bestaat. Uitzonderlijk is het zeker niet. Om te zorgen dat alle signalen goed gefilterd kunnen worden, mag het signaal niet te hoog zijn. Daarom deze versterker.

Wat wil ik hier nu eigenlijk mee zeggen? Wel, om dit goed uit te kunnen leggen is het belangrijk dat u weet dat geluid eigenlijk allemaal verschillende frequenties bij elkaar zijn. Horen we in het geluid veel bassen, zijn er meer lage frequenties in het signaal. De frequentie van het de signaal bepaald de toonhoogte. Een tweede waarneembaar iets in het geluid, is de geluidssterkte. Deze is afhankelijk van de amplitude van het signaal. De amplitude is eigenlijk de grootte van de spanning wanneer deze het hoogste is. Even in makkelijkere woorden met een voorbeeldje? Wel als het signaal bijvoorbeeld van 0V (V=Volt, de eenheid van spanning) naar 5V stijgt, terug naar 0V daalt, verder  naar -5V daalt en opnieuw naar 0 volt stijgt, en dit gebeurd in bijvoorbeeld 2 milliseconden, dan hebben we een frequentie van 50Hz. De amplitude is in dit geval dan 5V, want de maximale waarde die dit signaal heeft is 5V. 

Indien het audiosignaal nu al een te grote waarde heeft voor dit gefilterd wordt, kan het gebeuren dat de opamps het audiosignaal niet nog meer kunnen versterken en er een vervorming ontstaat. Dit kan dan resulteren in storing in het geluid, wat we zeker willen voorkomen. Om te voorkomen dat het signaal te groot is, wordt het gehalveerd, waardoor dit probleem vermeden wordt. 

Rechts kunt u het oude schema zien. Dit is qua werking identiek aan het schema dat ik heb getekend, toch zijn er enkele dingen die ik heb aangepast zoals:

1. Ik maak een stereo equalizer, dus heb ik ook een stereo voorversterker nodig. Dit is in de praktijk eigenlijk twee keer dezelfde schakeling die gemaakt wordt. De twee versterkers, die samen de stereo-voorversterker vormen, zijn identiek aan elkaar.
2. Op de oude printplaat werden DIL-weerstanden gebruikt (DIL= Dual In Line) dit betekend dat er acht weerstanden in 1 behuizing zaten. Ik gebruik echter aparte weerstanden.
3. Uit bovenstaande wijziging volgt dan ee, eenvoudig de volgende wijziging: Er werden vaak 2 weerstanden van 20k parallel gezet. Ik heb deze tot 1 weerstand van 10k vereenvoudigd. Dit is theoretisch en praktisch correct.
4. Ik vervang ook (voor heel het project) de HA 4741-5 door de TI 074, dit is geen groot verschil. Het zijn namelijk twee types opamps die compatibel zijn. De HA 4741-5 is echter zeer moeilijk, om niet te zeggen niet meer verkrijgbaar.
5. De laatste maar ook meest ingrijpende wijziging die ik heb gedaan is het gemeenschappelijk maken van de massa en de inverterende ingang van de opamp. Bij het oude schema was het mogelijk gebalanceerde en niet-gebalanceerde signalen op de equalizer aan te sluiten (het verschil in beide uit leggen, is op zich al een heel artikel waard, dus ik verwijs u even door naar volgende link indien u hier meer over wil weten). Heel eenvoudig gezegd: bij gebalanceerd signaal (ook wel symmetrisch signaal) zullen storingen die door de kabel opgevangen worden, niet hoorbaar zijn. Bij niet-gebalanceerd (of asymmetrisch signaal) zal dit wel mogelijk zijn. Dit is bij professionele toepassingen, waar vaak langere kabels gebruikt worden, van belang. Voor hobby-gebruik is dit minder belangrijk.

Links vindt u het nieuwe schema terug van mijn stereo voorversterker.

Voeding

We zijn halfweg het 1ste trimester, de herfst is volop in het land en onze GIP-brochure weet ons te vertellen dat nu onze schema's klaar zouden moeten zijn. Ik ben dan ook zeer blij u mijn voeding te mogen tonen. Hier links vindt u het oorspronkelijke schema:

Het eerste deel dat ik u ga uitleggen is de voeding. De voeding is een belangrijk onderdeel in de schakeling. Hij zorgt dat de netspanning (dit is 230V/50Hz in België) omgezet wordt naar een dubbele gelijkspanning. Inderdaad je leest het correct, een dubbele voedingsspanning. Mijn schakeling werkt namelijk op een spanning van -18V en +18volt. Dit is noodzakelijk om  het audiosignaal (dat de ene helft van het signaal eens positief is, en de andere keer negatief is) volledig te kunnen maken. moesten we enkel een positieve voeding hebben, zou het negatieve deel van het audiosignaal niet gemaakt kunnen worden, en vice versa. Ik weet nog niet precies wat het vermogen van de voeding (of hoeveel stroom de voeding kan leveren) moet zijn. Het is namelijk moeilijk te voorspellen hoeveel stroom al mijn opamps zullen vragen. Daarom ga ik in het labo mijn eindwerk testen met de labo-voeding en dan kan ik mijn voeding later dimensioneren.

Links kunt u het oude schema van de voeding zien en hier onder het nieuwe, door mij getekende, schema. Ik geef bij elk onderdeel ook wat uitleg wat het makkelijker moet maken het te begrijpen.

Overzicht tot nu toe...

Beste,

We zijn het eerste deel van het eerst trimester gepasseerd dus het wordt nog eens tijd u wat te vertellen over mij vorderingen. Mijn schema's zijn nu volledig klaar. In volgende berichten leg ik deze eenvoudig uit, zodat ook u deze kunt begrijpen. Omdat het overzichtelijker is, deel ik deze op in verschillende blokken.

1. De voeding
2. De voorversterkers (hoofdprint)
3. De headers (bij hoofdprint)
4. De Filters
5. Eindversterker
6. Overloaddetector

Ik sta er momenteel wat moeilijk voor. Het is namelijk niet te voorspellen of mijn werk ook degelijk gaat werken. Omdat ik veel zelf heb moeten aanpassen, is het goed mogelijk dat er meerdere fouten zijn opgetreden. Daarom ga ik om te beginnen slechts 4 filters maken. Zo kan ik mogelijke fouten nog makkelijk terugvinden. Het is nadien dan nog mogelijk mijn project uit te breiden met meer filters.

Meten en berekenen zijn in dit staaltje analoge techniek van uiterst belang. Tot nu toe was het niet mogelijk thuis te meten. Ikzelf beschik namelijk niet over de dure meettoestellen die wel op school zijn. Maar we kunnen sinds kort wel toestellen van school thuis gebruiken, hierdoor kan ik ook buiten de schooluren aan mijn gip werken. Dit is een zeer goede verbetering. Mijn dagelijkse werkzaamheden kunnen zo ook tot meer dan het dubbele verhoogd worden. De eerste taken die nu nog op de planning staan zijn het tekenen van mijn print en het frezen van deze.

Hopelijk kan ik volgende maand pronken met enkele mooie stukjes soldeerwerk

Groetjes Karel

Montage

Ik ben blij u mijn mechanische montage te mogen voorstellen. Dit is de manier waarop ik mijn printplaten ga maken. Ik ga werken met een moederbord (dit is het onderste horizontale bord op de tekening) waarop er verschillende connectors zitten. Op elke connector komt er filter-print. Er zullen in totaal 30 printen zijn (voor elke frequentie één). Via deze print wordt dan de potentiometer gemonteerd. Hieronder zie je hoe dat zal gedaan worden.

Het voordeel is dat ik 30 keer dezelfde print kan maken, en zo makkelijk een fout kan vinden. Het nadeel is dat ik de verbinding tussen de potentiometers en de printjes via kabels moet leggen. Dit kan externe signalen opvangen. Hopelijk wordt dit geen probleem.

Wat inhalen...

We zijn ondertussen weer al enkele dagen verder sinds mijn laatste berichtje. Voorbije week heb ik het behoorlijk druk gehad. Zo schoot mijn gip niet zo goed op. Het schema is ondertussen bijna helemaal klaar, deze namiddag zal ik het controleren en de componenten waarden invullen.
Ik hou jullie op de hoogte :)

tekenen schema

Vandaag heb ik verder getekend aan mijn schema.

Tekenen en brainstormen

Vandaag heb ik met meneer Favere even nagedacht hoe ik mijn printen zou kunnen monteren. Dit is belangrijk om te weten hoe ik mijn printen moet tekenen. Later zal ik u dit even uitleggen.

Eindelijk resultaat...

Na enkele weken te hebben gesukkeld met mijn filterontwerpen heb ik eindelijk resultaat geboekt. Mijn testprint werkt. Nu kan ik beginnen met het tekenen van het volledige schema. Dit zou ik tegen eind oktober af willen hebben, zowel het schema als de printen. Ik zal u later een korte uitleg geven over de werking van het schema.

Groeten Karel

Weer eens een testje...

Vandaag testte ik opnieuw in het labo, nog steeds heb ik geen goed resultaat... hopelijk volgende week beter...

Controleer en soldeer...

Het derde weekend van het schooljaar is halverwege en het weer slaat weer om. Wind giert door de kieren, regen tokkelt op de ramen, de lucht wordt grijzer en koude rillingen overspoelen ons lichaam. Het ideale weer om jezelf binnen te verwarmen aan die o'zo heerlijk warme soldeerbout. Met een punt van 375 graden Celsius en een rolletje tin in je hand, heb je meer dan genoeg om jezelf warm te werken.

Na het negatieve resultaat van vrijdag werd het tijd om mijn testprint opnieuw te controleren. Ik vond 2 foutjes, die stom genoeg identiek waren aan elkaar, bij mijn filters. In een minuut met ongeconcentreerd werken maakte ik een foutje bij een verbinding. Hierdoor kreeg ik aan mijn filters een oneindige versterking en kreeg ik de voedingsspanning op de uitgang van de print.

Ik verklaar het even:

Wanneer een signaal de opamp binnen gaat, wordt dit versterkt, door dit signaal terug te koppelen (de uitgang terug met de ingang verbinden via een weerstandsnetwerk) kunnen we de versterking verlagen. Ik had een verkeerde terugkoppeling gemaakt. Hierdoor kreeg ik een zeer grote versterking, meer dan 50000 maal. De opamp wil de ingangsspanning wel versterken maar kan niet meer spanning aan zijn uitgang leveren dan de voedingsspanning. De opamp "blijft hangen" bij de voedingsspanning, dit noemen we klippen, en we kunnen niets meer meten.

Ik heb deze foutjes uit mijn print gehaald en een tweede testprint gemaakt. Deze print bevat de voorversterker. Ik wil testen wat de functies zijn van de 2 trimmers (dit zijn de 2 componenten rechts met het schroefje) in het circuit. Als ik deze twee testprinten heb getest kan ik alles verder afwerken en al mijn componenten bestellen.

'Met goed materiaal kom je ver', zeggen ze altijd... Ook vandaag is dit weer bewezen, ik kocht een nieuwe soldeerbout. Mijn vorige soldeerbout kon niet geregeld worden, en was een low-cost model. Vandaag kocht ik een nieuwe, en het resultaat is er aan te zien:

De bovenste print is gesoldeerd met mijn nieuwe bout, de onderste met mijn oude. Je ziet dat de bovenste print veel mooier gesoldeerd is. Ik ben meer dan tevreden van deze nieuwe bout. Nu ben ik helemaal klaar om mijn hele werk te solderen.

Zo dit was de stand van zaken tot nu toe. Dinsdag test ik opnieuw in het labo, en dan zal ik met zekerheid weten of alles al dan niet werkt.

Nog geen uitslag

Door een foutje in mijn soldeerwerk heb ik nog geen goed resultaat gevonden... zoals meneer Favere zegt: 'Haast en spoed.......". Ik ga alles nog een dubbel checken en hoop dinsdag opnieuw een test te kunnen uitvoeren.

Eerste testprint

Gisteren ben ik mijn eerste componenten gaan kopen: enkele opamps en condensatoren. Zo maakte ik mijn eerste testprint, morgen kan ik deze dan testen in het labo. Als het werkt zoals ik verwacht, kan ik verder mijn schema's maken, de andere filters dimensioneren en mijn printen beginnen tekenen. Morgen kan ik meer vertellen.

Het is gelukt...

Na een week zoeken naar een oplossing omtrent mijn probleem met de filters heb ik uiteindelijk toch een oplossing gevonden. Het probleem zat hem in de beschikbaarheid van bepaalde componenten, meer bepaald de spoelen die niet te vinden waren. Ik ging opzoek naar andere mogelijke componenten of manieren om te filteren.
Na andere spoelen en condensators te zoeken, het te proberen met filter-modules en actieve filters (dat zijn dus filters met een opamp) kwam ik tot het besluit dat de active filters de beste oplossing waren voor mijn probleem. Heel wat analyses, transfert karakteristieken en bode-diagrammen hebben mijn scherm gevuld, maar ik kwam tot een mooi resultaat. Ondertussen zijn de componenten al besteld.

Dit is het schema van één filter:


Misschien is wat uitleg hier niet misplaatst:

• De input, hier komt het audio-signaal binnen, en gaat via  het weerstands-netwerk en condensatoren naar de eerste opamp (de rechthoekjes zijn weerstanden en 2 verticale streepjes zijn een condensator). Dit netwerk van weerstanden en de condensatoren zorgt ervoor dat bepaalde frequenties meer versterkt worden dan andere. Dit is uiteraard zeer eenvoudig voorgesteld, er zitten hier uiteraard heel wat meer formules achter.

• Opamp 1 is een operationele versterker en is samen met het netwerk het belangrijkste deel van de filter. De operationele versterker is een versterker die voor vele doeleinden kan gebruikt worden, vandaar de naam. 

• Een actieve banddoorlaatfilter heeft wel de eigenschap dat deze een inverterend is, met andere woorden: het signaal gaat niet alleen gefilterd worden, maar wordt ook geïnverteerd.

• Om dit op te lossen is opamp 2 er. Deze is als inverterende versterker geconfigureerd. Deze versterker versterkt het signaal met een waarde van -1, dit betekend dus eigenlijk dat het uitgangssignaal hetzelfde is als het uitgangssignaal. Met dit verschil dat het geïnverteerd is. Omdat de eerste opamp al inverteerde en deze ook inverteert krijgen we dus weer een correct signaal, dat weliswaar gefilterd is, aan de uitgang.

Dit is natuurlijk allemaal in theorie, uiteraard moet dit nog getest worden. Volgende week ga ik dit doen. Mijn planning voor volgende week: Test de voorversterker en filters uit op een testprintje en kijk of er nog andere problemen zijn. Indien dit allemaal werkt, kan ik verder mijn schema afwerken en aan mijn printjes beginnen tekenen.

Verder gezocht...

Vandaag heb ik verder gezocht naar een oplossing met actieve filters.

Nieuwe weg bewandelen

We zijn weer een vrije namiddag verder. Nuja, vrij... Vandaag heb ik voor de eerste keer enkele van mijn nieuwe filters gesimuleerd. Jammer genoeg had ik een minder goed resultaat dan ik had gehoopt. De filters die oorspronkelijk gebruikt werden bezaten een grote Q-factor. De Q-factor is een factor die bepaalt hoe precies een bepaalde filter is. Op volgende figuur zie je het verschil tussen de oorspronkelijke filter (Deze met de scherpe punt (VF2)) en mijn gekozen filter (VF1).
Je ziet dus duidelijk dat de filters met een andere combinatie een veel lagere Q-factor bezitten. Dit betekent dus dat mijn frequenties veel minder nauwkeurig zullen worden afgesneden. Voor een 30-band equalizer is dit dus alles behalve ideaal. Het is dus niet mogelijk om met andere componenten en ook de resonantiefrequentie correct te houden, eenzelfde Q-factor te bekomen.

Ik ging opzoek naar andere schema's om te kijken hoe het daar gedaan werd. Bij het zoeken kwam ik op een andere manier van filteren. Dit is met actieve filters. Actieve filters zijn opgebouwd rond een opamp (operationele versterker). Ik ga mij nu even verder verdiepen in deze manier van filteren en kijken of dit misschien een oplossing kan zijn.

Weg naar een oplossing

Gisterenavond nog heb ik in excel een tabel gemaakt. Ik zocht naar al de mogelijke resonantiefrequenties voor de beschikbare condesatoren en spoelen. Vandaag heb ik dit blad wat verbeterd en kan nu voor elke frequentie de nodige spoel en condensator zoeken. Dit is een hele stap voorwaarts naar de mogelijke oplossing. Ik ben zeker dat al de combinaties beschikbaar zijn. Ik hou jullie verder op de hoogte van mijn vorderingen.

Probleem !!

Deze middag leerden we tijdens de les elektronica over het filteren van spanningen. We bespraken een LC filter. Een spoel is namelijk voor hoog frequente signalen een heel grote weerstand. Een condensator daarintegen, is een zeer kleine weerstand voor hoog frequente signalen. Naar aanleiding van dit gebeuren zocht onze leerkracht enkele praktische voorbeelden van filters op. In welke grote orders zijn deze te verkrijgen en wat is het volume van spoelen en condensatoren.

In het filter-gedeelte van mijn equalizer worden de zelfde filters toegepast. een spoel met in serie een condensator. Wat blijkt: De spoelen die gebruikt worden zijn zo danig groot dat deze gewoonweg niet verkocht worden. Een spoel van 63 H wordt niet gemaakt of is praktisch onvindbaar, wist meneer Vandamme ons te vertellen. Erger nog, de maximale waarde van de gangbare spoelen zijn rond de 2 H. Ik heb veel spoelen die boven de 2H uitkomen en kan deze dus niet vinden.

Ik moet dus een oplossing vinden voor het probleem. Ik heb meerdere mogelijkheden: ik kan mijn spoelen zelf wikkelen. Maar dit is een onbegonnen, kostelijk, tijdrovend en moeilijk werk. Mijn spoelen en condensatoren opnieuw dimensioneren is ook een mogelijke oplossing. Dit betekend dat ik zelf mijn capaciteit- en spoelwaarden bepaal met beschikbare componenten én zorg dat deze zelf gemaakte filters dezelfde eigenschappen bezitten als de oorspronkelijke filters.

Hopelijk vind ik een oplossing. Ik hou jullie zeker en vast op de hoogte...

Goedgekeurd!

Het was even bang afwachten maar mijn GIP is goedgekeurd. Vanaf nu kan ik er volledig invliegen om mijn GIP er goed vanaf te brengen. Gisteren zijn we dan ook met heel de klas in het labo gaan werken om aan onze GIP's te werken. Ik heb wat kunnen verder tekenen aan men schema's van mijn equalizer. Ik ontdekte enkele tekenfoutjes en paste nog wat aan.

Ondertussen heb ik deze morgen mijn schema helemaal afgetekend. Zeg wel getekend, nu rest mij nog een lang werk met alle componentenwaarden en -behuizingen in te vullen. Na wat prutsen met Orcad layout heb ik besloten om in dit programma mijn printplaten te tekenen. Dit programma is zeer krachtig wat autorouting betreft. Autorouting is een tool (die in veel software om printplaten te tekenen geïntegreerd is) die automatisch de nodige verbindingen tekent. In tegenstelling tot layo dat gebruiksvriendelijker, maar minder krachtig is. Jammer genoeg zijn de behuizingen in Orcad Layout veel complexer van naam, dan deze van Layo. 

Later zal ik de schema's op mijn blog posten, zodat u wat kan volgen wat ik allemaal getekend heb.

Karel

Welkom

Welkom,

Ik ben Karel Kempenaers en zit in het 6de jaar TSO. Ik volg de richting elektriciteit-elektronica in het vti Menen.

In het zesde jaar is het de gewoonte dat we een eindwerk maken. Als eindwerk heb ik gekozen een 27 band stereo equalizer te bouwen. Ik zal deze later aan u voorstellen. Kom regelmatig eens kijken op mijn blog, en zie hoe ik van niets tot mijn eindwerk kom.

Groeten Karel