LUT Energia RAPORTTI Sovelletun elektroniikan laboratorio 19.05.011 BL50A0900 Analogiasignaalin käsittely Analogiasignaalin käsittelyn projektityö Kannettava musiikkisoitin team_uuno
SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO... 3. PROJEKTIN VAATIMUKSET... 3 3. ESIASTE... 4 4. MODULAATTORI... 6 4.1 ΣΔ -modulaatio... 6 4. Kytkentä... 7 5. PÄÄTEVAHVISTIN... 9 6. PIIRILEVY... 1 6.1 Piirilevyn suunnittelu... 13 7. KOTELOINTI... 14 8. KYTKENNÄN KASAAMINEN JA TESTAUS... 15 9. YHTEENVETO... 16 10. JOHTOPÄÄTÖKSET... 16 11. LÄHDELUETTELO... 17 LIITTEET... 18 Liite I Piirilevyn layout
3 1. JOHDANTO Kannettavat musiikintoistolaitteet ovat yleistyneet räjähdysmäisesti 000 -luvulla. MP3 -tiedostoja toistavia laitteita löytyy aina kannettavista tietokoneista sormenpään kokoisiin musiikkisoittimiin ja lähes jokaisesta modernista kännykästä löytyy MP3 -toisto mahdollisuus ja kuulokeliitäntä. Nämä laitteet ovat kevyitä ja helppoja kantaa mukana, kulkevat ne kätevästi mukana joka paikkaan ja niiden mukana myös käyttäjän musiikki. Ensisijaisesti tällaiset laitteet on tarkoitettu käytettäviksi kuulokkeiden kanssa, mutta koska musiikkia halutaan kuunnella usein muiden ihmisten kanssa, olisi kätevää jos musiikkia voitaisiin toistaa suuremmilla kaiuttimilla ja kovemmalla äänenvoimakkuudella. Useimmissa kannettavissa tietokoneissa ja monissa kännyköissä on myös kaiuttimet, mutta näiden teho on rajallinen ja usein äänenlaadussa on toivomisen varaa. Tämä on luonut markkinoille kysyntää erityisesti kannettaville musiikkisoittimille suunnitelluille vahvistin-kaiutin-yhdistelmille. Näin voidaan itse soitin pitää pienikokoisena ja liittää tehokkaampi vahvistin suurempien kaiuttimien kanssa siihen vain tarvittaessa. Tässä raportissa esitellään kurssilla Analogiasignaalin käsittely suunniteltu ja toteutettu projektityö, jonka aiheena oli juuri tällainen kannettava lisäkaiutinjärjestelmä. Laitteiston eri osien suunnittelu esitellään sekä pohditaan kytkennän kasausta ja projektin edetessä ilmenneitä ongelmia.. PROJEKTIN VAATIMUKSET Järjestelmän vaatimuksiksi sovittiin kurssin alussa bilelaatuinen musiikin toisto, taajuuskaistalla 100 Hz 15kHz ja toiston tuli olla laadultaan ja voimakkuudeltaan hyvääkin kännykän sisäistä kaiutinta parempi. Toisto sai olla joko mono- tai stereo-toisto. Laitteen tuli olla paristo- tai akkukäyttöinen, kannettava (paino alle 0kg) ja siitä tuli löytyä äänenvoimakkuuden säätö ja virtakytkin. Liitäntöjä tuli löytyä vähintään linjatasoinen tuloliitäntä, mikrofoniliitäntä ja mahdollinen kuulokeliitäntä. Pääteasteen vahvistimen tuli toimia D-luokassa ja pääteasteen modulaattori oli suunniteltava itse, eikä valmispiirejä saanut käyttää. Projektin budjetiksi määriteltiin 100.
4 3. ESIASTE Esiasteen tehtävänä on toimia signaalin vahvistimena, valitsimena ja muokkaajana päätevahvistinta varten. Esiaste vahvistaa tulosignaalin päätevahvistimen modulaattorille soveltuvaan signaalitasoon. Esiasteessa tulevaa signaalia voidaan suodattaa ja esimerkiksi säätää äänen kirkkautta ja balanssia. Suotimilla saadaan paitsi poistettua häiriösignaalia myös toteutettua kanavajako. Erilaisia kaiutinelementtejä hyväksikäyttäen saadaan parempi äänenlaatu samalla hinnalla, kuin käyttämällä esimerkiksi yhtä laajataajuuselementtiä. Lisäksi jakamalla ääni eri kanaville on äänensävyn säätäminen paljon helpompaa. Myös äänenvoimakkuudensäätö tapahtuu esiasteessa, sillä pääteasteen vahvistusta ei useimmiten voida säätää. Audiolaitteissa voi olla useita signaalituloja, joista esiasteelle tuleva signaali valitaan käytön mukaan. Yleensä linjatulona tuodaan laitteistolle vähintään kanavaa, oikea ja vasen, joita täytyy vahvistaa pääteasteen modulaattoria varten. Tässä työssä valitaan esiasteen toiminnoiksi äänenvoimakkuuden säätö, tulolinjan valinta ja signaalin kanavajako ja -summaus. Äänenvoimakkuuden säätö toteutetaan 6-vaiheisella kytkimellä ja kiinteillä vastuksilla, koska näin voidaan välttyä kalliin balansoidun stereopotentiometrin käyttämiseltä äänenvoimakkuuden säätöön. Kannettavassa laitteessa 6-tasoinen äänenvoimakkuuden säätö on riittävä. Laitteeseen toteutettavat tulot ovat mikki ja linjatulo, joiden välillä voidaan valita vipukytkimellä. Mikrofonitilassa linjatulon stereosignaali summataan vasempaan kanavaan ja mikrofonitulon signaali oikeaan kanavaan. eri kanavien kytkemiseen käytetty kytkentä on esitetty kuvassa 3.1.
5 Kuva 3.1 Kanavien summaus- ja kytkentäpiirin kytkentäkaavio. Kanavajako toteutetaan 3. kertaluvun aktiivisella Butterworth -suotimella ja reaalisessa toteutuksessa käytetään Sallen-Key topologiaa. Tällöin suotimeen käytettävän operaatiovahvistimen invertoivaa tuloa voidaan käyttää suoraan myös äänenvoimakkuuden säätöön ja signaalin vahvistamiseen. Sallen-Key on toisen asteen topologia, joten kolmanteen asteeseen päästäksemme käytetään yhtä. asteen suodinta ja yhta 1. kertaluvun suodinta sarjassa. Yhtälö 3.1 on Sallen-Key suotimen siirtofunktio alipäästösuotimelle V V OUT IN s C C 1 R R 1 1 sc ( R R 1, (3.1) ) 1 ja 3. ylipäästösuotimelle V V OUT IN s s C1C R1R C C R R sr ( C C ). (3.) 1 1 1 1 1
6 Suotimen suunnitelussa käytettiin ilmaista Texas Instruments:n FilterPro -ohjelmaa, (saatavilla: http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/filterpro.html). Bassokanavan 3. asteen Butterworth -suotimen kytkentäkaavio on esitetty kuvassa 3.. Kuva 3. Bassokanavan 3. asteen Butterworth suotimen toteutus. Vasemman ja oikean stereokanavan suotimet ovat topologialtaan vastaavat, mutta vastukset ja kondensaattorit on asetettu päinvastaisille paikoille. 4. MODULAATTORI Järjestelmän modulaattorin tyypiksi valittiin ΣΔ -modulaattori (sigma-delta), sen yksinkertaisen toteutuksen ja suuren tarkkuuden vuoksi. 4.1 ΣΔ -modulaatio ΣΔ-modulaatio on modulointitekniikka, jolla enkoodataan suuriresoluutioinen signaali pieniresoluutioiseksi signaaliksi käyttämällä hyväksi pulssinleveysmodulaatiota. ΣΔ -modulaatio voidaan ajatella olevan jänniteohjattu oskillaattori. Mitattava jännite toimii säätöreferenssinä ja lineaarisuus toteutetaan negatiivisella takaisinkytkennällä. Lähdöstä saadaan pulssijono jonka amplitudi on vakio, mutta tiheys muuttuu. Pulssien välinen aika rippuu takaisinkytkennästä. ΣΔ - modulaattorista saadaan erittäin tarkka halvalla ja yksinkertaisella kytkennällä. Nyquistin teoreeman mukaan tarkasteltavaa signaalia on näytteistettävä vähintään kaksinkertaisella taajuudella, kuin on tarkasteltavan signaalin suurin taajuus. Käytännössä ΣΔ -moduloinnissa signaali ylinäytteistetään reilusti, jopa 100 -kertaisella Nyquistin taajuudella. Ylinäytteistystä
7 kasvattamalla saadaan resoluutiota parannettua. ΣΔ-modulaattorin yksinkertaistettu toteutus on esitetty kuvassa 4.1. Kuva 4.1. ΣΔ-modulaattorin rakenne Kuvan 1 kytkentä toimii siten, että modulaattoriin syötetään moduloitava jännitesignaali, josta summaimessa vähennetään lähdöstä takaisinkytketty signaali. Tulon ja takaisinkytkennän erotus integroidaan integrointilohkossa, jonka jälkeen komparaattori vertaa integroitua jännitettä referenssiarvoon, jonka perusteella komparaattorin lähdössä on joko positiivinen tai negatiivinen komparaattorin käyttöjännite. Komparaattorin lähtösignaali syötetään D-kiikkuun jonka tekee signaalista digitaalisen ja samalla diskreettiaikaisen. 4. Kytkentä ΣΔ -modulaattori kytkentöjä on lukuisia. Modulaattorin kertalukua saadaan kasvatettua lisäämällä integraattoreiden määrää. Samalla lisääntyy myös takaisinkytkentöjen määrä. Kaupallisissa sovelluksissa käytetään ainakin viidennen asteen ΣΔ -modulaattoreita. Yksinkertaistettu ensimmäisen asteen ΣΔ -modulaattorin esimerkkikytkentä on esitetty kuvassa 4..
8 Kuva 4.. ΣΔ -modulaattorin kytkentä. Vastuksella R 6 ja kondensaattorilla C 1 voidaan vaikuttaa integraattorin aikavakioon. Takaisinkytkennän vahvistusta voidaan säätää vastuksilla R 1, R 10 ja R 5. ΣΔ -modulaattorissa on tärkeää, että syötetyn ja takaisinkytketyn signaalin amplitudit ovat samansuuruiset. Tätä varten esimerkkipiirissä on takaisinkytkennässä kolmas komparaattori tasaamassa amplitudit. Esimerkkikytkennän simulointitulos on esitetty kuvassa 4.3.
9 Kuva 4.3. Esimerkkikytkennän simulointitulos, kun tuloon syötetään khz:n taajuudella sinimuotoista jännitettä V:n amplitudilla. Tummansinisellä on esitetty tulosignaali, vaaleansinisellä integraattorin lähtö, punaisella D-kiikun lähtö ja vihreällä komparaattorin lähtö. ΣΔ-modulaattorin hyödyt ja haitat on esitetty ranskalaisin viivoin alla: ΣΔ-modulaattorin hyödyt - ΣΔ modulaattorin suunnittelu ei vaadi paljon resursseja - ΣΔ modulaattorista saadaan erittäin tarkka - Komponenttikustannukset ovat pienet - ΣΔ modulaattori jakaa EMI:n laajemmalle alueelle kuin PWM - MOSFET -ohjaimen suunnittelu helpottuu, kun tiedetään pienin pulssin ylhäälläoloaika - Dead-time voidaan toteuttaa digitaalisesti ΣΔ modulaattorin haitat - Suurilla taajuuksilla erottuvuus heikko - Sopii paremmin pienitehoisiin laitteisiin jatkuvan suuren kytkentätaajuuden takia 5. PÄÄTEVAHVISTIN Signaalilähteillä, kuten esimerkiksi CD-soitin, ei voi ohjata kaiutinta suoraan, suuren lähtöimpedanssin ja pienen virrankeston takia, joten tehon vahvistamiseen tarvitaan teho- eli päätevahvistin. Päätevahvistimella tulee olla tarpeeksi matala lähtöimpedanssi sekä suuri ja sekä jännitteen kesto jotta kuormaan saadaan haluttu teho. Päätevahvistimet on luokiteltu toimintaperiaatteensa mukaan. Luokat A-C ja niiden yhdistelmät ovat lineaarisia vahvistimia, joissa kytkimiä ohjataan jatkuvalla signaalilla ja esimerkiksi luokat D- ja E- ovat epälineaarisia, joissa päätetransistoreja ohjataan kytkiminä pulssimoduloidulla signaalilla. Lineaarisissa vahvistin topologioissa esiintyy häviöitä lineaarisesta ohjauksesta johtuen. Päätevahvistimen transistorien yli vaikuttaa jännite samalla kun transistorit johtavat virtaa, joten edes teoriassa ei lineaarisilla vahvistimilla pääse kuin 50-80% hyötysuhteeseen. D-vahvistimen pääteaste toimii kytkiminä, jolloin varsinainen hyötysignaali moduloidaan pulssisarjaksi. Pulssimuotoisella signaalilla ohjataan päätevahvistimen kytkintransistoreja siten että
10 transistorit ovat joko täysin sulku tai avaustilassa. Etuna tällaisessa ohjauksessa on se häviöt jotka aiheutuvat ainoastaan ajasta, joka kuluu kytkimen ohjautuessa johtamattomasta tilasta johtavaan, kytkimen resistansseista sekä saturaatiojännitteestä. Kytkintopologioilla onkin mahdollisuus 100% hyötysuhteeseen ja todellisilla laitteillakin päästään jopa yli 90%:in. (Sommarek, et. al. 004) Pulssimuotoinen signaali saadaan palautettua takaisin jatkuva-aikaiseksi alipäästösuotimella. Ongelmana kytkinkäytössä ovat suuret virran ja jännitteen muutokset johtuen avaus ja sulkutilassa esiintyvissä suurissa dv/dt arvoista, joiden signaalispektri yltää kymmeniin tai satoihin megahertseihin. Epälineaarinen ohjaus aiheuttaa myös epälineaarista säröytymistä pääteasteessa. Projektin alussa määrittelimme päätteasteen rms lähtötehoksi 5 W. Kuormana toimi FR HM 10 ja Pro Signal Woofer, joiden nimellisimpedanssi on 8 Ω. Jotta 8 Ω kuormaan saadaan 5 Wrms siniaalto, vaaditaan pääteasteen signaalin amplitudiksi 9 V. Valitsimme pääteaste topologiaksi H- sillan, koska se mahdollistaa virran suunnan kääntämisen kuorman yli ja siten koko käyttöjännitteen hyödyntämisen amplitudin muodostamiseen. H-sillalla pystyimme käyttämään signaalin mukaista käyttöjännitettä toisin kuin puolisillalla ja HC - sillalla, joilla pääteasteen maksimi signaalijännite on puolet käyttöjännitteestä. (Sommarek, et. al. 004) H-sillalla pääsimme mielestämme myös yksinkertaisimpaan tehonlähteen toteutukseen. Modulaattorissa käyttämiemme logiikkapiirien maksimi käyttöjännite on 6V, joten tehonlähde rakennettiin kuudella 1.5 V AA paristolla joilla saimme etuasteen ja pääteasteen käyttöjännitteeksi tarvitsemamme +/-4.5 V ja modulaattorille +/- 3 V. H-sillan suurimmat ongelmat ovat ylemmän haaran transistorien ohjaaminen ja kytkimien tilan vaihtuessa tapahtuva haaraoikosulku. Molemmat ongelmat ratkaisimme valitsemalla yhteen kytkentähaaraan komplementaarisen transistoriparin. Valitsimme n- ja p- kanavan transistorit siten, että ylähaaran transistorin kytkentäviive on suurempi johtamistilaan ajautuessa ja pienempi johtamattomaan tilaan ajautuessa alahaaraan verrattuna. Transistorien valinta tehtiin tällä tavoin, jotta hilojen ohjauksen vaihtaessa tilaansa eivät saman kytkentähaaran transistorit koskaan johtaisi virtaa yhtä aikaa. Pulssimodulaatiossa tapahtuu aina signaalin vääristymistä ja jotta säröytyminen olisi
11 mahdollisimman pientä, halusimme kasvattaa myös kytkentätaajuuden mahdollisimman suureksi. Suuri kytkentätaajuus suurentaa kytkentähäviöitä, joten kytkemisnopeus oli transistorien suurin prioriteetti valintaa tehdessä. Käyttämässämme teholuokassa ei transistorien ohjauksen teholla ollut juurikaan merkitystä, sillä selatessamme Farnellin sivuja huomasimme että käytännössä jokainen potentiaalinen komponentti vaihtaa, käyttämillämme päätteen jännitteen ja virran arvoilla, tilaansa noin milliampeerin virralla. H-siltaan valitsimme ylähaaran transistoreiksi IRF9335 ja alahaaraan IRF8714 MOSFET:t. Taulukkoon 5.1 on kerättynä datalehdistä transistorien valintaan vaikuttaneet ominaisuudet. Kanavaresistanssi on molemmilla transistoreilla taulukoitu kun ohjausjännite on 4.5V. Taulukko 5.1. Transistorien viiveet ja muutosajat IRF9335 P- MosFET IRF9335 N- MosFET Sulkuviive, Td(off) [ns] 10 11 Avausviive, Td(on) [ns] 16 10 Nousuaika, Tr [ns] 19 9 Laskuaika, Tf [ns] 15 5 Kanavaresistanssi, Rds [mohm] 110 13 Modulaattorin lähdössä on 4000- sarjan logiikkapiiri, joten jotta kytkimiä saataisiin ohjattua mahdollisimman nopeasti, lisättiin komplementaarinen BJT- pari H- sillan kytkinhaaran hiloille. Lopullinen pääteasteen kytkentä on esitettynä kuvassa 5.1.
1 Kuva 5.1. Lopullinen versio H-siltapäätteestä Jokaisen pääteasteen MOSFET:n hilalle lisättiin 7 Ω vastukset pienentämään hilalla värähtelyä, joka johtuu kytkentäpulssin nousureunasta ja piirilevyn loisinduktanssista. Hilavastuksella voidaan myös hidastaa päätetransistorin kytkentää jotta kuormassa mahdollisesti tapahtuvasta värähtelystä jännitteen nousu ja laskureunoissa päästään eroon. Päätettä ei kuitenkaan päästy koskaan testaamaan kunnolla koska emme saaneet modulaattoria toimimaan oikein. 6. PIIRILEVY Piirilevyn suunnittelussa kriittisimmät osat ovat ne, joissa on eniten vahvistusta ja suurimmat signaalien muutosnopeudet. D-luokan vahvistimessa signaali moduloidaan pulssisarjaksi ennen kuin se syötetään pääteasteen kytkimille ja pulssimuotoinen signaali voi sisältää nanosekunti luokan nousunopeuksia, joilla efektiivinen taajuus on kymmeniä tai satoja megahertsejä. Eri komponenttien sekä itse piirilevyn ja layoutin loiskomponentit muodostavat etenkin korkeille taajuuksille eihaluttuja virtareittejä, jotka aiheuttavat kohinaa signaaliin. Kohina muodostuu erilaisista haittasignaaleista, esimerkiksi virran paluureitille muodostuvasta jännitepotentiaalista ja eri kanavien ja vahvistusasteiden signaaleista jotka pääsevät vuotamaan piirin eri osiin. Kaikki johtimet sisältävät jonkin verran loisreaktanssia sekä suprajohteita lukuunottamatta loisresistanssia. Mitä pidempi johdin virtasignaalilla on, sitä suurempia on myös johtimen
13 loiskomponentit. Korkeataajuiset signaalit muodostavat korkeataajuisen magneetti- ja sähkökentän, jotka säteilevät häiriötä myös ympäristöön ja häiritsevät siten muuta piiriä. Piirilevyn suunnittelussa pyritään hallitsemaan ja estämään mahdollisimman pitkälle kohinan aiheuttajia, lisäämällä piiriin kapasitansseja jotka toimivat korkeataajuuksisien signaalien paluureitteinä pienentäen virran silmukkaa sekä komponenttien, että signaalivetojen fyysisen sijoituksen suunittelulla. 6.1 Piirilevyn suunnittelu Vahvistimessa on analoginen etuaste, joten suurimmillaankaan hyötysignaali ei musiikkia soitettaessa ylitä khz kun oletetaan normaali CD -musiikin lähteeksi. Johtuen etuasteen suhteellisen matalista taajuuksista verrattuna pääteasteen ja modulaattorin taajuuksiin, etuasteen sijoittelu suunniteltiin siten että se vie piirilevyltä mahdollisimman vähän pinta-alaa. Pieni ala saavutettiin valitsemalla pintaliitopakattuja komponentteja, jotka säästävät tilaa verrattuna läpijuotettaviin komponentteihin. Pieni levypinta-ala mahdollistaa etuasteen sijoittamisen etäälle päätesasteesta ja siten korkeataajuisista häiriöistä. Varsinainen vetojen asettelu jätettiin pääosin levysuunnitteluohjelmiston automaattiselle reititysominaisuudelle, mutta pääteasteen ja modulaattorin signaalivedot sekä tehonsyötöt että virtojen paluureitit järjesteltiin käsin häiriöiden vähentämiseksi. Osasijoittelu tehtiin siten, että signaalitie on mahdollisimman lyhyt ja saman osakokonaisuuden toteuttavat osat ovat mahdollisimman lähellä toisiaan. Kuvassa 6.1 on ylipäästösuotimen osasijoittelu korostettuna. Kuvasta voi nähdä signaalien olevan fyysisesti erillään ja suotimien osien olevan lähellä toisiaan. Suotimien välissä olevat piirit ovat alipäästösuodin bassotaajuuksille ja summavahvistin jossa bassotaajuuksiin lisätään sekä molempien kanavien signaali.
14 Kuva 6.1. ylipäästösuotimien osien sijainti piirilevyllä Varsinainen osasijoittelu saatiin aikaan tekemällä raakavedos layoutista jossa kaikki osat olivat sijoiteltuna ja järjestettynä pienempii osakokonaisuuksiin. Sen jälkeen levyn vedot ajettiin autorouterilla ja lopuksi merkattiin ylös vetojen määrä ja kokonaismäärä läpivienneille. Lopputulos sitten tarkistettiin silmämääräisesti ja prosessi toistettiin niin monta kertaa että piirilevypinta-ala saatiin mahdollisimman tehokkaasti käytetyksi ja signaalivedot lyhyiksi. Lopuksi vielä tarkistettiin levyn jokainen veto läpi ja korjailtiin vielä sijoittelua siten, että signaalivedot menevät mahdollisimman erillään muista vedoista ja maadoitusvedoilla on mahdollisimman lyhyt matka kuparikaatoon joka toimi maatasona. Piirilevyn layout on esitetty kokonaisuudessaan liitteessä I. 7. KOTELOINTI Kaiuttimen suunnittelussa useimmiten tavoitteena on tasainen taajuusvaste halutulla taajuuskaistalla. Koteloinnilla on tässä tärkeä rooli, sillä hyvin suunniteltu ja rakennettu kotelo toimii akustisena kaikupohjana, vahvistimena, itse elementille. Erilaisilla koteloratkaisuilla voidaan jopa kompensoida elementin puutteellisuutta ja korostaa jotain taajuutta. Tätä projektia varten suunniteltuun koteloratkaisuun laskettiin kaiuttimien koteloiden vetoisuus käyttäen Thiele-Small -parametreja, joiden avulla voidaan määrittää kaiuttimelle optimaalisen koteloinnin vetoisuus ja mittasuhteet. Parametrit koostuvat sekä kaiuttimen sähköisistä, että mekaanisista ominaisuuksista. (Leach, et. al. 1979)
15 Kotelon suunnittelussa käytettiin apuna AutoCAD 00 -ohjelmistoa, jolla piirrettiin suunnitelma laitteen koteloinnista. Suunnitellun koteloinnin kuva AutoCAD -ohjelmistossa on esitetty kuvassa 7.1. Kuva 7.1. Laitteelle suunniteltu kotelointi AutoCAD 00 -ohjelmassa. 8. KYTKENNÄN KASAAMINEN JA TESTAUS Kytkennän kasattiin kerralla ja tämän jälkeen sen toiminnan testaus aloitettiin. Suurimmaksi ongelmaksi laitteen kasauksessa muodostuivat virheet piirilevyllä. Kytkentäkaaviot piirrettiin SPICE simulaatioissa käytettyjen kytkentöjen mukaan. Ryhmän jäsenet tekivät omat piirin simulaatiot itsenäisesti ja kun kaikki oli saatu valmiiksi, kopioitiin kytkennät ISIS schematic capture ohjemaan. ISIS on osa PROTEUS ohjelmistoa, jolla varsinainen piirilevy piirrettiin. Laitetta ei saatu toimimaan pääosin kytkentäkaavion piirtovaiheessa tehtyjen virheiden takia. Laitteessa havaittiin seuraavat viat testauksen aikana: - Ensimmäisen vahvistusasteen operaatiovahvistimen tulo oli oikosuljettu maatasoon. - Virheellinen kytkentä bassokanavan modulaattorilla. - Modulaattorien takaisinkytkennöissä oli ylimääräinen operaatiovahvistin (simulaation
16 toiminnalle oleellinen, mutta reaalisessa toteutuksessa tarpeeton). - Mikrofonitulon volumesäätö väärässä paikassa. Koska järjestelmän modulaattori lakkasi toimimasta, ei omavalmisteista vahvistinta voitu käyttää järjestelmää esiteltäessä, vaan jouduttiin tyytymään varalla olleeseen 7W:n Velleman monovahvistin kytkentään. 9. YHTEENVETO Testauksen perusteella voidaan todeta, että esiaste ja pääteaste toimivat kuten suunniteltiin muutamien korjausten jälkeen. Myös modulaattori olisi suurella todennäköisyydellä saatu toimimaan, mikäli käytettävissä olisi ollut suunnitelman mukainen D -kiikkupiiri. Järjestelmän toiminnan kannalta kynnyskysymykseksi muodostui modulaattorin kiikkupiirin väärä kotelointi ja korvaavaksi varatun piirin toimimattomuus suunnitelluilla käyttöjänniteillä ja kellotaajuudella. Lopullista kytkentää ei saatu toimimaan, joten kurssin loppu -show:ssa jouduttiin turvautumaan varalla olleeseen vahvistinkytkentään. 10. JOHTOPÄÄTÖKSET Kokonaisuudessaan projekti eteni varsin tyydyttävästi kurssin aikana, ja jokainen ryhmän jäsen oppi uusia asioita koko aihealueesta, mutta erityisesti omasta vastuualueestaan. Projekti olisi varmasti edennyt hallitummin ja vauhdikkaammin, mikäli ryhmän jäsenet olisivat olleet ennestään tekemisissä ryhmässä toteutettavien tuotekehitysprojektien kanssa. Aikataulujen järjestämisessä oli välillä vaikeuksia, mutta pääasiallisesti löytyi kuitenkin kaikille sopiva aika tapaamisille ja suunnittelusessioille. Työ oli varsin antoisa, ja olisi varmasti antanut vielä enemmän, mikäli kaikki olisivat voineet käyttää aikaa enemmän projektin tekoon. Osa ryhmäläisistä harkitsee jopa kurssin suorittamista toistamiseen pelkän projektityöskentelyn harjoittelemiseksi.
17 11. LÄHDELUETTELO (Leach, et. al. 1979) Leach, W. Jr., Schafer, R. & Barnwell, T. III. 1979. Time-domain measurement of loudspeaker driver parameters. Acoustics, Speech and Signal Processing, IEEE Transactions. Vol. 7, no. 6, 734 s. (Raza) Raza, M. I. (Julkaisuaika ei tiedossa). Sallen-Key topology, [verkkodokumentti]. [viitattu 18.4.011]. Saatavilla http://www.ewubd.edu/~iraza/sallen-key.pdf (Sommarek, et. al. 004) Sommarek, J., Virtanen, A., Vankka, J. & Halonen, K. 004. Comparison of Different Class-D Power Amplifier Topologies for 1bit RF Band Pass Delta Sigma D/A Converters[verkkodokumentti]. [viitattu 19.5.011]. Saatavilla http://lib.tkk.fi/diss/007/isbn97895188090/article7.pdf
LIITTEET Liite I - Piirilevyn layout