Konstruktionsbeskrivning av. analogdelen i en digital talmaskin

Transkript

1 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Konstruktionsbeskrivning av analogdelen i en digital talmaskin Grupp 10 KTH Haninge

2 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 PROJEKTRAPPORT KURS: TITEL: ANALOGA SYSTEM 4p Konstruktionsbeskrivning av analogdelen i en digital talmaskin GRUPP: Grupp 10 DELTAGARE: HANDLEDARE: Tomas Carlsson Thomas Kihlberg Göran Lindgren Mohammad Manouchehr Sandra Öberg Aramis Mirzakhanian DATUM: EXAMINATOR: Piotr Kolodziejski 2

3 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Abstrakt Denna rapport beskriver hur en specifik analogdel 1 till en maskin, för in- och uppspelning av ljud, med digitalt minne är byggd. Rapporten innehåller beskrivningar av de olika delar som nämnda analogdel bör innehålla, samt hur urvalsprocessen för de komponenter den är byggd av har genomförts. De delar som rapporten ger konstruktionsbeskrivning av är mikrofon, mikrofonförstärkare, effektförstärkare, styrning, signalförstärkare samt spänningsförsörjning. Läsaren ges insyn i hur programvara för konstruktion av ett aktivt 2 ljudfrekvensfilter använts samt dimensionering av mikrofon-, effekt- samt signalförstärkning. Även styrning och spänningsförsörjning beskrivs utförligt, både gällande konstruktion och mätresultat. Gränssnittet beskrivs under en egen rubrik och fungerar också som maskinens bruksanvisning. I appendix finns detaljritningar för samtliga delar. I direkt anslutning till ritningarna finns en utförlig komponentlista med ELFA:s artikelnummer och gällande pris vid rapportskrivingstillfället. Det finns också möjlighet att genom ett komponentplaceringsschema se hur komponenterna är placerade på kretskortet vid konstruktion av modellen. Vissa mätningar och de simuleringar som är gjorda presenteras också i appendix. Rapporten återfinns även på en cd-rom med samtliga ritningar, produktblad och den härefter följande rapporttexten, då ett av våra mål har varit att ta största möjliga miljöhänsyn. 1 Omvandlar ljud till en elektrisk signal och vice versa 2 Drivs av en egen strömförsörjning 3

4 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Innehållsförteckning ABSTRAKT...3 INTRODUKTION...6 BAKGRUND... 6 UPPGIFT... 6 MÅL... 6 MÖJLIGA LÖSNINGSMETODER... 6 GRUPPENS LÖSNINGSMETOD... 6 STRÖMFÖRBRUKNING OCH MATNINGSSPÄNNING...7 STRÖMFÖRBRUKNING... 7 Spänningsregulatorn...7 Batteritesten...7 Styrningen...7 Inspelningssteget...7 Digitaldelen...7 Uppspelningssteget...7 MATNINGSSPÄNNING... 7 BATTERI OCH STYRNING...8 BATTERI... 8 SÄKRING... 8 SPÄNNINGSREGULATORN... 8 Konstruktion...8 Komponentval...8 BATTERITEST... 8 Funktion och prestanda...8 Konstruktion...8 Utveckling...8 Intrimning...9 Komponentval...9 STYRNING... 9 Konstruktion...9 Utveckling...9 Komponentval...10 INSPELNINGSSTEGET...11 MIKROFON Konstruktion...11 Komponentval...11 Mätningar...11 MIKROFONFÖRSTÄRKNING Konstruktion...11 Utveckling...11 Komponentval...11 AKTIVT FILTER Konstruktion och utveckling...12 Komponentval...12 Mätningar...12 Frekvensgångsmätning...13 Övertonsmätning...13 UPPSPELNINGSSTEGET...14 FILTER Utveckling...14 EFFEKTFÖRSTÄRKARE

5 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Komponentval...14 Mätningar på filter och effektförstärkaren...14 HÖGTALARE Frekvensgångsmätning...15 Övertonsmätning...15 GRÄNSSNITT...16 Konstruktion...16 Användning...16 SERVICEANVISNINGAR REKOMMENDATIONER...18 SLUTSATS...18 INDEX...19 REFERENSLISTA...20 BÖCKER INTERNET PERSONLIGA KONTAKTER

6 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Introduktion Bakgrund Under de två första åren på Ingenjörsskolans elektroingenjörsutbildning förutsätts varje student att vara med och konstruera en fungerande så kallad digital talmaskin (nedan kallat DITAMA). Tillverkningsprocessen är uppdelad i två projektperioder varvid den rapport du nu håller i din hand är baserad på resultatet av den första projektperiodens arbete (DITAMA 1). Under projektets första period har den analoga delen av DITAMA:n konstruerats. Vi har under första studieåret studerat ellära, mät- och simuleringsteknik samt analog elektronik. Dessa kurser har förberett oss för att kunna genomföra detta projekt och arbetet med konstruerandet har löpt över fyra veckor effektiv tid, vilket motsvarar en högskolekurs på fyra poäng. Tekniskt består DITAMA:ns analogdel av inspelnings-, uppspelnings- samt styrenhet. Mellan in- och utenheten placeras en digitaldel på den färdiga konstruktionen. Eftersom vår egen digitaldel inte tillverkas förrän under andra året så kopplas en, av skolan utlånad, svart låda till den analoga delen. Den innehåller bl a minnesfunktionen som digitaldelen normalt inrymmer. DITAMA:n och tillhörande rapport lämnas in den 18 maj 2000 till beställaren. För att apparaten ska godkännas så krävs att den uppfyller en av beställaren godkänd kravspecifikation. Denna specifikation finns bifogad som bilaga. Uppgift Gruppens uppgift har varit att dimensionera och bygga den analoga delen i en talmaskin samt att producera en rapport med sådan dokumentation att en likadan maskin kan återskapas. Arbetet avslutas med en demonstration av den byggda prototypen. Både rapport och konstruktion skall uppnå de krav som ställs i kravspecifikationen. Mål DITAMA:n och tillhörande rapport ska lämnas in den 18 maj 2000 till beställaren. Gruppens mål har, förutom att uppfylla kravspecifikationen, varit att förhöja kvalitén vad gäller dokumentation, design, användarvänlighet, ljudkvalitet samt service och testvänlighet. Möjliga lösningsmetoder Arbetet kommer att bedrivas i projektform. För att kunna bygga och dimensionera talmaskinen måste vi ha information om de olika delarna. Fakta kan samlas in genom böcker och Internet. Simuleringar och mätningar kan utföras för att komma fram till de rätta komponenterna. Under projektet har vi haft tillgång till en handledare i projektfrågor, en teknisk konsult i teknikteoretiska frågor samt en laborationsassistent vid rent praktisk-elektroniska problem. Gruppens lösningsmetod Själva projektet har genomförts i fyra faser: 1) Analys och avgränsning av uppgiften 2) Faktainsamling 3) Genomförande, montering 4) Utvärdering och rapportering Projektgruppen valde att dela upp maskinens olika huvuddelar inom gruppen och studera dessa individuellt för att sedan tillsammans bestämma de olika specifikationerna för maskinen. Var och en har samlat information om respektive del genom böcker, Internet och genom att studera produktbladen för de olika komponenterna. Mätningar och simuleringar har också kunnat utföras tack vare att vi har haft tillgång till modern teknisk utrustning. Vi har även utnyttjat ovan nämnda handledare, konsult samt laborationsassistent inom deras respektive områden. 6

7 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Strömförbrukning och matningsspänning Strömförbrukning Vi har skapat en mycket strömsnål produkt. Nyckeln till det är främst att styrsystemet ser till att bara de delar som används vid de olika tillfällena 3 är försedda med matningsspänning. Vår DITAMA förbrukar vid inspelning 91mA, vid uppspelning ca 120mA och i viloläge 18mA. Enligt kravspecifikationen skall DITAMA:n klara av 30 minuters aktivt läge 4 och åtta timmar i viloläge. Efter denna användning har vår DITAMA förbrukat totalt 195mAh.Uträkninen grundar sig på att man spelar in lika länge som man spelar upp. Mätningarna av de olika delarna gjordes på laborationsdäck för att möjliggöra enskilda mätningar. Dessa mätningar av den totala strömförbrukningen skiljer sig något från de slutgilltliga mätningarna på det färdiga kortet och vi anser att det beror på läckströmmar vid mätningar på laborationsdäck. Skillnaden är dock marginell. För mer detaljerad information se tabell strömförbrukning (bilaga 17). Spänningsregulatorn Spänningsregulatorns strömförbrukning skiftar lite på grund av. hur mycket den behöver arbeta. Vid in- och uppspelning drar spänningsregulatorn ca 10mA men endast 7mA i viloläge. Batteritesten I bevakande läge drar batteritestkretsen 1mA och då dioden lyser något mer. Styrningen I aktivt läge drar styrkretsarna 5mA. I passivt läge sjunker strömförbrukningen till 1mA. Inspelningssteget Komponenterna i inspelningssteget drar var och en för sig obetydligt med ström. Tillsammans kräver de 11mA. Digitaldelen Vi kommer att mata digitaldelen med 5V 5. Det ger en strömförbrukning hos den samma på ca 60mA i aktivt läge. För att kunna behålla kvar det inspelade i minnet matar vi alltid minnet, alltså både i aktivt och passivt läge. Vid en matningsspänning på 5V är strömförbrukning 10mA vilket kan jämföras med 73mA för matning till hela digitaldelen i viloläge. För att ytterligare minska strömförbrukningen valde vi att sänka matningsspänningen till minnet till 4,3V. Detta medförde att strömförbrukningen sjönk till 8mA. Uppspelningssteget Vårt uppspelningssteg har en strömförbrukning på ca 40mA vid uppspelning. Den varierar mellan 30-60mA beroende på hur kraftigt ljud som spelas upp, men genomsnittet ligger på 40mA. Matningsspänning Som det nämnts tidigare matas endast de delar som skall vara aktiva. För att erhålla bästa prestanda ur digitaldelen matar vi den med 5V. Inspelningsdelen, uppspelningssteget och styrningen matas med 5,5V och minnet matas med 4,3V. 3 Inspelning, uppspelning och viloläge 4 In- och uppspelning 5 Stift 12 på HDR-20 kontakten, bilaga 10 7

8 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Batteri och styrning Batteri För att få vår produkt att vara så användarvänlig som möjligt har vi konstruerat den så att den kan drivas av ett batteri av den typ som man kan hitta i en vanlig affär. Vi har också lagt stor vikt på att man skall kunna använda ett miljövänligt batteri och därför kan konstruktionen drivas av ett Svanmärkt batteri. Det enda vi kräver av batteriet är att det är av 9V 6, har en kapacitet på ca 500mAh samt att det klarar av att leverera höga strömmar under korta perioder. För att inte skapa någon förvirring och vara på den säkra sidan så rekommenderar vi Panasonic MaxPower 9V. Säkring För att skydda kretsen mot allt för höga strömmar vid t ex kortslutning har en säkring på 500mA monterats mellan batteriet och spänningsregulatorn. Spänningsregulatorn Spänningsregulatorn har vi för att kunna leverera en stabil spänning oberoende av batteriets kondition. När batteriet inte klarar av att leverera 9V lämnar spänningsregulatorn fortfarande önskad spänning. Konstruktion Vi bestämde oss för att mata digitaldelen med 5Voch för att klara det var vi tvungna att ha en spänningsregulator som levererar 5,5V eftersom spänningsfallet över styrkretsen är 0,5V. För inspelningssteget och uppspelningssteget lämpade sig denna spänning väl. Vi valde spänningsregulator LM 2941som är en positiv justerbar regulator med låg dropout-spänning. Den har ett lågt spänningsfall och tål en belastning på upp till 1 A. Regulatorn är kortslutnings-, polaritetskyddad samt skyddad mot spegelvänt montage på kretskort. Man kan enkelt variera utspänningen från 5V upp till 20 V med hjälp av två motstånd. För att få våra 5,5V kopplade vi ett motstånd på 3,3kΩ och ett på 1kΩ enligt kopplingsschemat (bilaga 1) för spänningsregulatorn. Komponentval Istället för LM2941 kunde vi ha valt LT1086 eller L200, men dessa valdes bort på grund av högre pris eller högre dropout-spänning. Batteritest Funktion och prestanda Batteritesten är till för att upptäcka när matningsspänningen i kretsen understiger 5V och då genom att en röd lysdiod tänds, varna användaren för att apparaten inte längre är pålitlig. Vi valde denna konstruktion dels för att den är väldigt strömsnål, dels för att den kräver relativt få komponenter, vilka dessutom är billiga. Konstruktion Kretsen är bygger på två transistorer, där den ena transistorn är styrd av en trimbar spänningsdelning. När batterispänningen sjunker, sjunker även spänningen över nämnda transistor och strömtillförseln stryps. Detta leder till en kedjereaktion där den andra transistorn börjar leda och tänder lysdioden. Utveckling Kretsen är byggd enligt en förlaga erhållen av Sören Haraldsson, gymnasielärare vid Sjödalsgymnasiet i Huddinge. 6 Typ 6LR61 8

9 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Intrimning Vid intrimning av kretsen så används en skruvmejsel för att justera potentiometern R5 (bilaga 2) så att dioden tänds när spänningen sjunker under 5V i mätpunkten M2 (bilaga 8). Komponentval Transistorerna BC546B valde vi för att de är billiga, klarar relativt hög effekt, är strömtåliga och har ett högt H fe - värde. Transistorer vilka vi skulle kunna ha valt istället är: BC547B eller BC Valet mellan dessa var betydelselöst och därför kan vi inte vidare motivera valet av BC546B. Styrning Styrkretsarna har vi för att lösa strömförsörjningen till inspelningssteg, uppspelningssteg och digitaldel. Dessutom har vi genom vår styrning löst kravet på en strömbesparingsfunktion genom att mata hela digitaldelen endast vid aktivt läge. Vi matar dessutom endast den del av analogdelen vi använder vid varje tillfälle. Vi bestämde oss tidigt för att försöka få en styrning som arbetade med de knappar som finns på digitaldelen samt i möjligaste mån använda digitaldelens styrsignaler. Detta för att få en så exakt och strömsnål styrning som möjligt. Vi utvärderade även lösningar med "timer", men då måste kretsen matas längre tid än vad som behövs för att vara säker på att spela in och upp hela meddelanden. Förutom att vi anser det osnyggt att använda en digital lösning i en analog krets så ger det också en högre strömförbrukning. Även lösningar med flera olika, av användaren manövrerade strömbrytare, underkändes på grund av den minskade användarvänligheten det ger. Konstruktion Till kretsen har vi två, i stort sett likadant, kopplade styrkretsar där den enda skillnaden består i vilka stift på kontakten till digitaldelen de är anslutna. Samtliga hänvisningar nedan är därför anpassade till inspelningens styrkrets (bilaga 3). Konstruktionen bygger på en tyristor vilken startas av en puls som alstras då upp- eller inspelningsknappen tillfälligt intrycks. Tyristorn hålls sedan öppen via en NPN-transistor (Q3) av den ström som alstras av de 5V styrkretsen får från digitaldelen så länge in eller uppspelning pågår. Denna ström används sedan till att via en NPN-transistor (Q5) styra en PNP-transistor (Q6) vilken i sin tur, genom att vara öppen eller stängd, matar de delar vilka behöver spänning. Omvandlingen från den tillfälliga jordning som upp- resp. inspelningsknappen ger, till en positiv spänningspuls, sker med hjälp av en PNP-transistor (Q4). I startögonblicket då spänningen från digitaldelen ännu inte erhållits, tas ström från uppstartskretsen via en diod (D2), för att styra ovan nämnda transistorerna Q5 och Q6, som i sin tur styr matningsspänningen. Utveckling Genom prov kom vi fram till att tyristorn kräver 2mA för att hållas öppen och denna ström även räcker till för att hålla Q5 mättad. För att klara tillfälligt låga batterispänningar och samtidigt inte belasta digitaldelen med mer än 2mA fick följande lösning av styrningen göras: De 5V som erhålls från digitaldelen kopplas inte direkt in till styrningen utan istället via en transistors bas. Till transistorns kollektor kopplas 5,5V från spänningsregulatorn och med hjälp av digitaldelens styrspänning kan man sedan styra uttaget av ström från spänningsregulatorn till styrkretsen. Spänningsregulatorn tål i sin tur större strömmar än digitalkretsen, vilket gör att den kan dimensioneras för att klara tillfälliga spänningsfall. 9

10 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Komponentval Tyristorn BT169B valdes för att den är billig. Det, jämfört med andra tyristorers, låga gränsvärdet räcker gott och väl till kretsens behov. Söker man alternativ till denna komponent bör man i första hand titta på tyristorer med låga värden på tändspänning och tändström. Till exempel kan EC103A eller BT149D användas, men dessa är dyrare. Transistorerna BC är av PNP-typ och valdes för deras låga pris och att kollektorn tål strömmar på upp till 500mA. Alternativa komponenter som skulle kunna användas är BC eller BC640-16, vilka kostar betydligt mer. Transistorn BC är av NPN-typ och valdes för kollektorns strömtålighet och sitt låga pris. Alternativ är här till exempel BC eller BC vilka är betydligt dyrare. Transistorn BC549C valdes i första hand pga priset men alternativen till denna är de samma som till BC Dioderna som används är av schottkytyp och har betäckning BAT85, vilka valdes för att få en låg framspänning 7 samt på grund av komponentens låga pris. Alternativ till BAT85 är BAT86 eller BYV10-20, vilka båda är dyrare än BAT85. Även germaniumdioder utvärderades, men ansågs alltför dyra. 7 Under rätta omständigheter 0,4V 10

11 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Inspelningssteget Mikrofon Konstruktion Vid val av mikrofon till konstruktionen valdes kondensatormikrofon EC-301 av elektrettyp, som ger både bättre frekvenskurva och större dynamik. För godtycklig inspelning av ljud måste mikrofonen ha en rundtagande karaktäristik, vilket innebär att mikrofonelementet kan uppta ljud från en ljudkälla på 30 cm avstånd. Mikrofonen kan ta upp ljud inom frekvensområdet Hz vilket räcker till att fånga upp tal av telefonstandard, vilket enligt kravspecifikationen är Hz (bilaga 18). Komponentval Matningsspänning till mikrofonelementet är 5,5V vilket ligger inom komponentens gränsområden på 1,5-10 volt. Enligt datablad från tillverkaren har EC-301 en inbyggd förstärkare och mikrofonen har tre anslutningar: matningsspänning, jord och signal, där den förstärkta signalen plockas ut från den sistnämnda. EM-6LS, som också är ett mikrofonelement av elektrettyp, har något högre känslighet och högre impedans, men lägre strömförbrukning. Uppkoppling av en sådan kräver ett externt belastningsmotstånd, vilket skulle leda till att fler komponenter skulle behövas på kretskortet. UEC-14 är en annan mikrofon med många liknande egenskaper som EC-301, men de fysiska måtten och priset gjorde att vi avstod från den. Eftersom frekvensgensvarskurvan (bilaga 18) för de båda sistnämnda mikrofonerna har oregelbunden återgivning inom frekvensområdet Hz, så ansåg vi att dessa mikrofoner inte passade i vår koppling. Mätningar Mikrofonen ger en signal som är på 5-30mV vid tal från 30 cm håll. Spänningen ut från mikrofonen har en offsetspänning på ungefär 600mV. Enligt datablad från tillverkaren har EC-301 en maximal strömförbrukning på 500µA och den nominella arbetsspänningen är på 3V. Mikrofonens totala impedans uppgår till 1kΩ. Den inre belastningsmotståndet är 2.2 kω. Mikrofonförstärkning Konstruktion Förstärkningen av mikrofonsignalen sker i två steg om vardera 27 gånger, vilket ger en total förstärkning på 729 gånger. För att på rätt sätt kunna behandla signalen tar vi innan förstärkningen bort mikrofonens offsetspänning och tillför en egen. Detta görs för att få full kontroll på vilken nivå denna skall ligga på. Förstärkningen sker genom en icke inverterad förstärkarkoppling med OP-krets. Utveckling Vi hade från början en inverterande förstärkare där vi tillförde offsetspänning direkt till OP-kretsen. Detta fungerade dåligt vilket ledde till att vi sedan gick över till den icke inverterande förstärkarkopplingen, med offset spänningen pålagd utanför förstärkarkopplingen. För att inte förstärka offsetspänningen fick vi koppla in en kondensator mot jord i förstärkarkopplingen. Förhållandet mellan R15 och R16 (bilaga 4) har vi provat oss fram till genom att med oscilloskop kontrollera när sinuskurvans toppar klipptes. Komponentval För att enkelt kunna arbeta på kretskortet så valde vi operationsförstärkarkapseln TLC272CP vilken innehåller två operationsförstärkare. Detta gjorde att vi sparade plats på kretskortet. Innan vi bestämt oss för TLC272CP så hade vi två andra operationsförstärkarkapslar att välja mellan: ILC7621DCPA samt OP290GP. 11

12 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Vi bestämde oss tidigt att ha enkelmatning vilket gjorde att ett val som ILC7621DCPA, som kräver dubbelmatning, inte var att tänka på. OP290GP hade en låg strömförbrukning vilket var intressant av eftersom maskinen ska kunna ligga i viloläge i åtta timmar och sedan kunna arbeta. Nackdelen var att den kostade för mycket. TLC272CP klarar enkelmatning, kostar mindre än hälften av OP290GP och har en strömförbrukning på 1.4 ma i viloläge och vid största tillåtna matningsspänning. Aktivt filter Konstruktion och utveckling Det aktiva lågpassfiltret i denna DITAMA har en övre brytfrekvens på c:a 2.8 khz vilket faller inom ramen för det i kravspecifikationen givna värdet 3 khz. För att uppnå detta har vi arbetat med ett dataprogram som heter "Filter2 - Lowpass filter design program (rel.1.0)" som är konstruerat av Burr-Brown Corp 8. Programmet ger användaren möjlighet att mata in den grundtyp av filtermodell nyttjaren önskar (multifeedback alternativt en Sallen-Key typ, med eller utan förstärkning). Därefter finns det ytterligare möjlighet att bestämma hur stor dämpningen efter övre brytpunkten ska bli, det vill säga hur snabbt frekvenser högre än brytpunkten ska dämpas. Denna bestämning sker genom att välja en av följande kopplingar: Butterworth, Chebyshev och Bessel. Som grundtyp valde vi Sallen-Key modellen för att den har en stor exakthet i eventuell filterförstärkningen samt att det krävs färre komponenter än i multifeedbacksmodellen, vilket ger mindre kostnad samt enklare planering på kretskortet. Vi valde undertypen Chebyshev, vilken ger en liten "ripple" som dock inte understiger - 3dB förrän den passerar övre brytpunkten. Nackdelen med "ripple" i passband har ingen större betydelse i denna konstruktion, då örat inte uppfattar så små variationer. Vi ville istället utnyttja den stora fördel som Chebyshevmodellen har nämligen en brant kurva från passband till stoppband. Eftersom just detta filter är av femte ordningen så ges en dämpning på 100 db/dekad efter övre brytfrekvensen. Denna modell valde vi eftersom vi anser att ljudkvaliteten bör bli bättre ju snabbare de högre frekvenserna dämpas. I vår filtermodell finns också en förstärkning på två gånger. Detta gjorde vi ursprungligen som en test, men konstaterade efter försök att utan filterförstärkning blev ljudet märkbart sämre. Därför lät vi förstärkarsteget i filtret sitta kvar. Komponentval TLC272CP har en strömförbrukning på 1,4mA i viloläge vid största tillåtna matningsspänning, vilket föll inom ramen för filtrets tillåtna strömförbrukningsnivå. I övrigt grundar sig komponentvalet på samma villkor som komponentvalet för mikrofonförstärkaren på sidan 11. Mätningar Mätning av filtret på laborationsplatta skedde genom att filtrets ingång kopplades till en tongenerator och utgången kopplades till oscilloskop. Till oscilloskopet kopplades även den signal som sändes ut från tongeneratorn. Mätningen startade på 100 Hz och pågick till 3.5 khz. "Ripplarna" sjönk aldrig under -3dB 9 förrän den beräknade övre brytpunkten på 3200 Hz passerades. Genom denna mätning konstaterades att filtret uppfyllde kravet för kretsen och var klart för montering på kretskortet. Efter montering fann vi att filtret hade en övre brytpunkt på låga 2100 Hz, vilket också märktes ljudkvalitetsmässigt. Vi hade olika teorier om att de långa sladdarna på laborationsdäck ersatts med korta banor på kortet och att omgivande kretsar förändrade filtrets beteende. Efter många timmars felsökning kom vi fram till att en kondensator hade upphört att fungera. Efter byte av denna komponent så mätte vi över hela inspelningssteget med programmet HPVEE och detta gav ett mätresultat på ca 2800 Hz vid övre brytpunkten (bilaga 14). 8 Program och information kan hämtas från 9 Den förstärkta signalen fick aldrig under-ripplarna sjunka under 1,4 gånger av toppvärdet på utgångssignalen. (-20 log (1/2)=-3dB) 12

13 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Frekvensgångsmätning Mätningsresultaten till denna mätning finns bifogad som bilaga nummer 14. Mätningarna utfördes med hjälp av Hewlett Packards datoriserade mätprogram VEE 4, funktionsgenerator 33210a och digital multimeter 34401a. Funktionsgeneratorn kopplades in vid mikrofonen och styrkretsen förbikopplades genom att mata uppspelningskretsen via mätpunkten M3 (bilaga 8). Signalen lästes sedan av över HDR20-kontaktens stift 3. Programmet var uppkopplat enligt bilaga 18 och signalen till kretsen var 8mA. Som mätresultaten visar så erhålls en dämpning på 3dB mellan kurvans högsta punkt och brytfrekvensen 2700 Hz, varefter kurvan sedan böjer av nedåt. Övertonsmätning Via spänningsdelning kopplade vi in funktionsgenerator på mikrofoningången. Inspänningen blev på detta sätt c:a 7mV och frekvensen var satt till 1kHz. På utgången till digitaldelen mättes sedan signalen med hjälp av Scopemeter och dataprogrammet FlukeView gjordes en spektrumanalys. Den finns bifogad som bilaga 12. Vi anser att inspelningsstegets konstruktion är lyckad då vi fick mycket låga störningsvärden på övertonsfrekvenserna. 13

14 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Uppspelningssteget Uppspelningssteget består av ett passivt filter, en spänningsdelning för dämpning av signalen, en effektförstärkare samt en högtalare Filter Filtret inleds med en kondensator C12 (bilaga 7) för att ta bort likspänning från signalen. Därefter sitter ett passivt lågpassfilter bestående av en kondensator och en resistor. Eftersom digitaldelen producerar en del störningar behövs det ett filter även här för att filtrera bort de störningar som DA-omvandlaren och minneshanteringen producerar. Här går det dock bra med ett passivt lågpassfilter. Utveckling Efter mätningar och simuleringar i Pspice kom vi fram till att det räcker med en enda RC länk för att få bort de oönskade frekvenserna. Det blev inte någon större skillnad på brytfrekvenskurvan då vi hade en eller flera länkar. Kondensatorn C12 i början på uppspelningssteget var till att börja med 47µF vi sänkte den sedan till 10µF även detta visade sig vara för stort då kretsen drog mycket ström under de första sekunderna av uppspelningen samtidigt som ljudkvalitén försämrades. Vi bytte till en kondensator på 10nF och detta drog ner strömförbrukningen, men ljudkvalitén var fortfarande inte godtagbar. Då provade vi olika kondensatorer och valde en där vi tyckte att vi fortfarande hade god ljudkvalitet och acceptabel strömförbrukning. Effektförstärkare Då effektförstärkaren har en stor inre förstärkning av signalen har vi en spänningsdelning innan effektförstärkaren. Under arbetes gång har vi kommit fram till att motstånden bör vara så stora att de kraftigt begränsar strömmarna från filtret. Kretsen är kopplad enligt förslaget för monotillämpningen i databladet 10. Komponentval Vi har använt TDA7050, som vid mätningarna hade en ren signal utan störningar. Den är billigare och har en lägre uteffekt än de andra effektförstärkarna vi jämförde med. Den behöver dessutom inga yttre komponenter vilket är att föredra då monteringen blir enklare, den tar mindre plats och kostnaden hålls nere. Andra kretsar som utvärderades och kan användas som alternativ är TDA2822M som kräver relativt få yttre komponenter, har en uteffekt som inte är så stor och dessutom var det lätt att få ren signal och bra ljud. Den klarar även att arbeta vid låg matningsspänning. Förstärkningen ligger i nivå med många andra kretsar, men kräver fler komponenter och är dyrare än TDA7050. TBA820 kräver många yttre komponenter vilket gjorde att vi hade svårigheter att få den att fungera då vi skulle mäta på den eftersom det blev mycket störningar. Denna krets kan användas, men rekommenderas inte. Mätningar på filter och effektförstärkaren Vid mätningar på det passiva filtret och effektförstärkare kopplade vi på en signal från tongeneratorn till kretsen och mätte ingångssignalen med ena kanalen på oscilloskopet och över högtalaren med den andra kanalen. På så sätt kunde vi få en bra uppfattning av hur signalen såg ut och om det fanns några störningar samt om signalen förstärktes eller inte. Högtalare För att hålla effekten nere och få ut bästa möjliga prestanda ur effektförstärkaren behövde vi en högtalare med 16Ω:s impedans. Vi valde en högtalare med pappmembran vilket vi efter tester anser ger bättre ljud än högtalare med plastmembran. Högtalarens dimensioner är ,5 mm och har ett frekvensområde på Hz. Maxeffekten är 0,3W. Den modellen vi valt har monteringsram för enklare montering. Vi valde en så stor högtalare som möjligt därför att ljudet blir bättre ju större högtalare man har. Alternativ till denna högtalare har visat sig svårt att hitta. Man får då antingen ge avkall på bandbredden och då finns till exempel 40CA16FK, eller ändra på impedansen och då kan även vissa ändringar på kopplingarna runt effektförstärkaren bli aktuella. För denna koppling finns högtalare 50CP08K. 10 Se datablad för TDA7050 på 14

15 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Frekvensgångsmätning Mätningsresultaten till denna mätning finns bifogad som bilaga nummer 15. Mätningarna utfördes med hjälp av Hewlett Packards datoriserade mätprogrammet VEE 4, funktionsgenerator 33210a och digitala multimeter 34401a. Funktionsgeneratorn kopplades via HDR20-kontaktens stift 1 in till uppspelningskretsen. Styrkretsen förbikopplades genom att mata uppspelningskretsen via mätpunkten M4. Signalen lästes sedan av över högtalarens anslutningar. Programmet var konfigurerat enligt bilaga 16. Som mätresultaten visar så erhålls en dämpning på 3dB mellan kurvans högsta punkt och brytfrekvensen 3000Hz (på 10% när) kurvan går sedan vidare nedåt. Första gången mätningen gjordes påvisade den ett fel i kretsen vilket ledde till att brytfrekvensen blev ca Hz. Vi bytte då ut motstånden i dämpsatsen till 670 gånger större. Detta gav att strömmarna höll sig kvar i filtret i större utsträckning och filtret fungerade då som önskat och vi fick en brytfrekvens på ca 3000 Hz. Övertonsmätning Via stift 1 kopplade vi in funktionsgenerator på uppspelningsstegen med frekvensen 1 khz och amplituden 1V. Signalen uppmättes sedan parallellt över högtalaren med hjälp av Scopemeter och dataprogrammet FlukeView producerade en spektrumanalys. Den finns bifogad som bilaga 13. Vi anser att uppspelningsstegets konstruktion är lyckad då vi fick låga störningsvärden på övertonsfrekvenserna. 15

16 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Gränssnitt Redan i början av projektet bestämde vi att vi skulle satsa på ett miljövänligt gränssnitt med enkel svensk design. Höljet skulle vara av trä och då ett svenskt träslag. Att vi valde just trä är enkelt att motivera: Trä är ett naturligt material och därför miljövänligt. Trä skapar god akustik med följdverkan att apparaten får en högre ljudkvalitet. Vi valde att använda furu för det var billigare än ek eller bok. Hela lådan upptar en volym av 346 ml. Konstruktion. För att fullfölja vårt miljövänliga koncept användes endast miljövänliga produkter vid konstruktionen av lådan, så som linolja och vattenbaserat trälim. Kretskortet är monterat med en skruv i botten av lådan och vid behov av enklare felsökning finns det mätpunkter utplacerade på kortet. För mer avancerade ingrepp bör man lyfta ur kretskortet. Locket och kretskortet är sammankopplade med en flatkabel enligt tabell nedan (tabell 1). Batteriet sitter i en batterihållare fäst i locket och vid batteribyte lyfter man bara av locket och kopplar bort det gamla batteriet. Användning. Apparaten är försedd med en enkel knapp för på och avstängning, vilken med ett smidigt handgrepp, gör apparaten klar för användning. Användaren behöver aldrig själv tänka på att aktivera apparatens batteribesparingsfunktion. En diod varnar när batteriet är dåligt. Lådan är konstruerad så att mikrofon och högtalare är riktad mot användaren när den ligger på ett bord eller dylikt. Lådan är försedd med lättåtkomlig kontakt för sammankoppling med digitaldelen. Kabel nr. 1 (blå) Funktion Högtalare Högtalare Mick Matning Mick Signal Jord Diod Anod Diod Katod Batteri 9V Tabell 1 Flatkabel mellan kretskort och lock 16

17 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Serviceanvisningar Skulle det vara så att apparaten är i behov av service så följer här några anvisningar för att underlätta felsökningen. Först och främst, kontrollera att kabeln till digitaldelen sitter i ordentligt. Sedan kan Ni försäkra er om att batteriet är fräscht och att säkringen är hel. Skulle detta inte hjälpa så är det dags att ta fram mätutrustningen. Kontrollera att potentialerna på mätpunkterna stämmer med tabellen nedan (tabell 2). Ni kan också se över undersidan på kortet, jämför med bilden Kretskortets baksida (bilaga 9). Skulle det se ut som om det hänt något på översidan så är Komponentplaceringsschema (bilaga 8) till hjälp. Inspelning Uppspelning Vänteläge M1 8,7 8,7 8,9 M2 5,5 5,5 5,5 M3 5,4 0 0 M4 0,3 5,4 0,2 M5 5,0 5,0 1,1 M6 0 1,6 0,5 M7 1,9 0 1,4 Tabell 2 - Mätpunkter vid 9 volts matningsspänning. 17

18 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Rekommendationer De rekommendationer vi vill lämna är att vid batteriköp till maskinen kontrollera batteriets kapacitet och se till att dessa överstiger 500mAh för att få den rätta driftskapaciteten enligt de krav som kravspecifikationen ställer. En andra rekommendation är att vid lödningsarbetet vara försiktig med uppvärmning av vissa komponenter, exempelvis kondensatorer, som annars kan bli förstörda. Löd inte heller hela kretsen på en gång utan mät vid varje steg så att dessa uppfyller de specifikationer vad gäller ström och spänningar som återfinns i rapporten. Innan montering på kretskortet bör man kontrollera att komponenterna fungerar som de ska. Ni kan bespara er många timmar av felsökning genom att följa dessa rekommendationer. Slutsats Vi har uppnått de mål som sattes upp under analysfasen. Dessa var förutom att uppfylla kravspecifikationen även att förhöja kvalitén vad gäller dokumentation, design, användarvänlighet, ljudkvalitet samt service och testvänlighet. Vi har skrivit en detaljerad rapport och har tydlig tidsplanering, kallelser samt protokoll från uppföljningsmöten. Kretskortet är snyggt och välplanerat för att öka service och testvänligheten. Det är enkelt att mäta över eller byta enstaka komponenter. Kretskortet har behändig storlek och apparaten har en tilltalande yttre design i miljövänlig stil. För att öka användarvänligheten finns endast en av och påknapp på apparaten. Då den är påslagen är apparaten klar att användas och så fort apparaten inte är aktiv aktiveras batteribesparingsfunktionen automatiskt. Ljudkvalitén är högre än vad som krävs enligt kravspecifikationen då man klart och tydligt kan urskilja vem som talar. Utöver det som nämnts tidigare om testvänlighet har apparaten en batteritest som varnar om batteriet inte är tillförlitligt. Apparaten var klar till den 18 maj 2000, vilket var den utsatta tiden för inlämnande till beställaren. 18

19 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Index A aktivt läge...7 analog...6 analogdel...3, 6 B batteri...8, 16 batteritest...7, 8 Bessel...12 brytfrekvens...12, 13, 14, 15 Butterworth...12 C Chebyshev...12 D digitaldel...6 DITAMA...6 dropout-spänning...8 dämpning...12, 13, 14, 15 E effektförstärkare...3, 14 elektrettyp...11 F filter...14 frekvensgångsmätning...13, 15 förstärkare...11 G gränssnitt...16 H HDR , 15 högtalare...14 Högtalare...16 K kondensatormikrofon...11 kravspecifikation...6 L laborationsassistent...6 LM lysdiod...8 lågpassfiltret...12 M matningsspänning...7 mikrofon...3 mikrofonförstärkare...3 miljövänliga...16 P passivt lågpassfilter...14 S Sallen-Key...12 spänningsregulatorn...7 strömförbrukning...7 T talmaskin...6 TDA teknisk konsult...6 TLC272CP...11, 12 tyristor...9 V viloläge...7 Ö övertonsmätning...13, 15 19

20 analogdelen i en digital talmaskin Våren 2000 Referenslista Böcker Författare Titel Förlag Utgivningsår ISDN Floyd, Thomas L. Electronic devices Prentice Hall Horenstein, Mark N. Microelectronic Circuit Prentice Hall and Devices Leibig, Jean-Pierre Projekthandbok för KTH-IS 1999 Högskoleingejörsutbildningen, vers.4.1 Walla, Erik Så skriver du bättre Studentlitt tekniska rapporter Lund ELFA katalogen nr. 48 Stibo Graphic, Horsens Internet Titel WEB-adress Aktuell datum Burr-Brown Corp Dala Information AB w-90234/ ELFA:s hemsida Personliga kontakter Sören Haraldsson Sjödalsgymnasiet Huddinge 20

21 Förteckning över bilagor Ritningar 1 Spänningsregulatorkrets 2 Batteritestkrets 3 Styrkrets - inspelning 4 Förstärkning av mikrofonsignal 5 Aktivt filter 6 Styrkrets - uppspelning 7 Effektförstärkare samt högtalare 8 Komponentplaceringsschema 9 Kretskortets baksida 10 HDR-20 Simuleringar 11 Simulering av batteritestkrets Mätningar 12 Övertonsmätning insteg 13 Övertonsmätning utsteg 14 Frekvensgångsmätning inspelningssteg 15 Frekvensgångsmätning uppspelningssteg 16 Programinitiering i HPVEE 4 vid frekvensgångsmätning Tabeller 17 Strömförbrukningstabell 18 Mikrofon - Frekvensgensvarskurvor Administration 19 19:1-3 Ekonomirapport 20 20:1-2 Kravspecifikation

22 - B1 Batteri 9V 0 + LM 2941 T Spänningsregulatorkrets k R1 1k R2 10uF C1 10uF C2 270 R39 Batteritest Styr REC Styr PLAY Minne Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 1

23 B2 5.5 V från spänningsregulatorkretsen Batteritestkrets R4 18k 0 R5 10k R3 470 R6 4.7k R7 4.7k Q1 BC546 D1 Q2 BC546 Lysdiod lyser när spänningen sjunker under 5 V Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 2

24 B3 R40 1.5k Styrsignal från DITAMA 2, ben 15 Styrsignal från DITAMA 2, stift 13 R9 1k Q3 BC549C 5.5 V från spänningsregulatorkretsen R10 1k R D2 BAT85 Q4 BC328 R11 1k Styrkrets-inspelning R12 12k 0 X1 BT169 R13 4.7k R14 2.2k Q5 BC337 0 Spänning till mikrofon, förstärkare och infilter Q6 BC328 D3 BAT85 Spänning till DITAMA 2, stift V från spänningsregulatorkretsen Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 3

25 B4 0 C3 100nF Förstärkning av mikrofonsignal 5.5 V från styrkretsinspelning R15 3.3k R16 1.8k 0 U1 + V+ - R C4 10uF V- 0 R18 2.7k TLC272CP U2 + V+ - R C5 10uF 0 V- 0 R20 2.7k Signal till aktivt filter Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 4

26 B5 5.5 V från styrkretsinspelning Från mikrofon och förstärkare. TLC272CP U1 + V+ - V- R21a 8.2k R21b 220 C6 33nF U2 + V V- Aktivt filter 1.5k R22 C8 100nF 22k R23 1.5nF 0 TLC272CP C7 U3 - + V- V V från styrkretsinspelning R24 2.7k R25 3.9k C9 10nF 0 C11 22nF 0 U4 + - R26 47k V+ V- C10 33nF 0 R27 47k R28 2.2k Till minnet DITAMA2, stift 3 Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 5

27 B6 R40 1.5k Styrsignal från DITAMA 2, stift 15 Styrsignal från DITAMA 2, stift 11 R30 1k 5.5 V från spänningsregulatorkretsen Styrkrets-uppspelning Q3 BC549C R31 1k R D4 BAT85 Q7 BC328 R32 1k R33 12k 0 X2 BT169B R34 4.7k R35 2.2k Q8 BC337 0 Spänning till effektförstärkare Q9 BC328 D5 BAT85 Spänning till DITAMA 2, stift V från spänningsregulatorkretsen Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 6

28 B7 Signal från digitaldel, stift 1 Effektförstärkare samt högtalare C12 R36 680nF 5.6k C13 10nF 0 R37 1MEG R38 56k 0 0 Spänning 5.5 V från styrkrets Effektförstärkare TDA 7050 U1 + - U2 + - V+ V- V+ V- 0 Högtalare 16 ohm Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 7

29 Konstruktionsbskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 8 Komponentplaceringsschema B8

30 Konstruktionsbskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 9 Kretskortets baksida B9

31 Kontruktionsbeskrivning av Analogdelen i en digitaltalmaskin Våren 2000 Bilaga 10 Stift Typ Signalbeskrivning 1 Signal-in Signal från Dit2 D/A -omvandlare 0-5 V till Högtalare. 2 GND-in Signal jord för signalen högtalare, GND. 3 Sign-ut Signal från Dit1 till Dit2 A/D -omvandlare. Mikrofon: 0 till 5[V]. 4 GND-ut Signal jord för signalen Mikrofon, GND. 5 GND-ut Matningsspännings jord, Effekt GND. 6 NC No conection. 7 NC No conection. 8 NC No conection. 9 NC No conection. 10 NC No conection. 11 Styrning-in Kortvarig kortslutning till jord vid tryckning på Play -knappen på Dit2 (Pl ay-kommando). 12 Effekt-ut Matningsspänning till Dit2: 5[V], max 60 [ma] vid Play eller Rec, ca 50 [ma] annars, DIG-PWR. 13 Styrning-in Kortvarig kortslutning till jord vid tryckning på Rec -knappen på Dit2 (Rec -kommando). 14 Effekt-ut 5V Spänning till minne. Minne-5Volt, max 15 ma vid Play eller Rec, ca 10 [ma] annars. 15 Styrning-in Signal från Dit2 så länge Play eller Rec pågår 5V. Observera att strömdata ovan gäller vid matningsspänning 5.00 Volt. Ändringar av matningsspänning neråt minskar strömförbrukning, ändringar uppåt ökar strömförbrukning. Ditama2 fungerar tillfredställande med matningsspänningar ner till ca 4 Volt. B10

32 analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 11 B11

33 Övertonsmätning insteg Konstruktionsbeskrivning av analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 12 Våren 2000 B 12

34 Övertonsmätning utsteg Konstruktionsbeskrivning av analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 13 Våren 2000 B 13

35 B14 Frekvensgång-inspelningssteg Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 14

36 B15 Frekvensgå ngmätning-uppspelningssteg Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 15

37 B16 Programinitiering i HPVEE 4 vid frekvensgå ngsmätning Konstruktionsbeskrivning av analogdelen till en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 16

38 analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 17 Våren 2000 Strömförbrukning Uppmätt i [ma] Inspelning Uppspelning Vänteläge Spänningsreg Batteritest Styrningen Inspelningssteg Digitaldelen Minnet 8,5 8,5 8,5 Uppspelingssteg Totalt (uträknat) 95,5 124,5 17,5 Totalt (uppmätt) ,5 Tid [h] 0,25 0,25 8 Totalt [mah] 23,875 31, Totalt för alla (uträknat) [mah]: 195 Totalt för alla (uppmätt) [mah]: 192,75 Vi mätte upp strömförbrukningen i dom olika delarna. Vi delade in apparaten i spänningsregulator, batteritest, styrning, inspelningssteg, digitaldel, minnet och uppspelningsstegsteg. Tiden i tabellen avser den tid varje del skall vara aktiv för att fylla kvoten enligt kravspecifikationen Skillnaden mellan totalvärdet för uträknat och uppmätt kan bero på läckströmmar vid mätningarna. B17

39 analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 17 Våren 2000 B17

40 Konstruktionsbeskrivning av analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 18 Våren 2000 Frekvensgensvarskurvor för tre mikrofoner B 18

41 analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 19 Våren 2000 Komponentlista med prisangivelser Spänningsregulatorkrets Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris Sponsring Ej rabatt R1 3,3 kohm ,35 kr x R2 1 kohm ,35 kr x R ohm ,35 kr x C1 10 uf ,50 kr x C2 10 uf ,50 kr x Spänningsregulator LM2941T ,10 kr F1-Keramisk säkring 500 ma ,68 kr x Kostnad Spänningsregulatorkrets 33,83 kr Batteritestkrets Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris R3 470 kohm ,35 kr x R4 18 kohm ,35 kr x R5 10 kohm vridpot ,74 kr x R6 4,7 kohm ,35 kr x R7 4,7 kohm ,35 kr x D1 Lysdiod 3mm röd ,60 kr x Q1 BC546/npn ,10 kr Q2 BC546/npn ,10 kr Kostnad Batteritestkrets 7,94 kr Styrkrets-inspelning Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris R8 1,8 kohm ,35 kr x R9 1 kohm ,35 kr x R10 1 kohm ,35 kr x R11 1 kohm ,35 kr x R12 12 kohm ,35 kr x R13 4,7 kohm ,35 kr x R14 2,2 kohm ,35 kr x X1 Tyristor BT ,46 kr D2 BAT ,95 kr D3 BAT ,95 kr x Q4 BC 328/pnp ,40 kr Q5 BC337/npn ,35 kr x x Q6 BC328/pnp ,40 kr Kostnad Styrkrets-inspelning 12,96 kr Förstärkning av mikrofonsignal Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris R15 3,3 kohm ,35 kr x R16 1,8 kohm ,35 kr x R ohm ,35 kr x R18 2,7 kohm ,35 kr x R ohm ,35 kr x R20 2,7 kohm ,35 kr x C3 100nF ,95 kr x C4 10uF ,50 kr x C5 10uF ,50 kr x U1 samt U2 TLC272CP op-amp ,00 kr Kostnad Förstärkning av mikrofonsignal 21,05 kr B 19:1

42 analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 19 Våren 2000 Aktivt filter Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris Sponsring Ej rabatt R21a 8,2 kohm ,35 kr x R21b 220 ohm ,35 kr x R22 1,5 kohm ,35 kr x R23 22 kohm ,35 kr x R24 2,7 kohm ,35 kr x R25 3,9 kohm ,35 kr x R26 47 kohm ,35 kr x R27 47 kohm ,35 kr x R28 2,2 kohm ,35 kr x C6 33 nf ,55 kr x C7 1,5 nf ,45 kr x C8 100 nf ,95 kr x C9 10 nf ,45 kr x C10 33 nf ,55 kr x C11 22 nf ,55 kr x U3 samt U4 TLC272CP op-amp ,00 kr U5 samt U6 TLC272CP op-amp ,00 kr Kostnad Aktivt filter 40,65 kr Styrkrets-uppspelning Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris R29 1,8 kohm ,35 kr x R30 1 kohm ,35 kr x R31 1 kohm ,35 kr x R32 1 kohm ,35 kr x R33 12 kohm ,35 kr x R34 4,7 kohm ,35 kr x R35 2,2 kohm ,35 kr x D4 BAT ,95 kr D5 BAT ,95 kr Q7 BC328/pnp ,40 kr Q8 BC337/npn ,35 kr x Q9 BC328/pnp ,40 kr X2 Tyristor BT169B ,46 kr Kostnad Styrkrets-uppspelning 12,96 kr Effektförstärkare samt högtalare Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris R36 5,6 kohm ,35 kr x R37 1,5 Mohm ,35 kr x R kohm ,35 kr x C nf ,45 kr x C13 10 nf ,45 kr x x Effektförstärkare TDA7050N ,60 kr Högtalare 16 ohm ,00 kr Kostnad Effektförstärkare samt högtalare 64,55 kr B 19:2

43 analogdelen i en digitaltalmaskin Bilaga 19 Våren 2000 Diverse Komponent Beteckning ELFA art.nr. Pris Låda Boss industr ,50 kr x Strömställare H8600VBBB ,50 kr Kondensatormikrofon EC301MC 1kohm ,90 kr Batterikontakt ,05 kr Batteriklämma Liggande 6F ,20 kr Labkort x160 mm ,50 kr 5 st IC-socklar Lågprissockel AMP ,50 kr x 2 st säkringshållare LittleFuse ,30 kr x Flatkabeldon DIN ,70 kr x Totalkostnad DITAMA 1 Spänningsregulatorkrets Batteritestkrets Styrkrets-inspelning Förstärkning av mikrofonsignal Aktivt filter Styrkrets-uppspelning Effektförstärkare samt högtalare Diverse Kostnad Diverse 33,83 kr 7,94 kr 12,96 kr 21,05 kr 40,65 kr 12,96 kr 64,55 kr 173,15 kr 173,15 kr Summa komponenter totalt Eventuell rabatt (minus) Moms (plus) Reell kostnad för DITAMA 1 367,09 kr 34,80 kr 91,77 kr 424,06 kr B 19:3

44 en KTH Haninge analogdel i en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 20 Kravspecifikation för Ditama1, Grupp 10. INTRODUKTION: Uppgiften är att konstruera och tillverka en analog del av Digital Tal Maskin, d v s en mikrofon med mikrofonförstärkare och filter samt högtalarförstärkare med filter och högtalare. Apparaten skall förses med en matningsspänningsaggregat med ett batteri och en lämplig låda med kretskort som ett mekanisk stöd för konstruktionen. Arbetet skall ske inom en angiven tidsram. FUNKTIONSKRAV: Apparaten skall göra det möjligt att spela in och spela upp ljud på och från en digitaldel av DITAMA. En digital del av en DITAMA lånas ut av KTH. Matningsspänningsaggregatet skall klara att, förutom den analoga delen, försörja den digitala delen med spänningar och effekter med minst 8 timmars "stand by" tid, och en halvtimme inspelnings- eller uppspelningstid. Ljudkvalitet skall vara av telefonstandard d v s bandbredden 300 till 3000 [Hz] krävs i båda delar. Inspelningskänsligheten skall räcka till att spela in normalt tal då apparaten hålls i handen och människan som talar håller den ca 20 till 30 cm från munnen. Avspelningssignalstyrka skall räcka till att man tydligt hör vad som spelas upp i högtalaren som är placerad på samma sätt som vid inspelningen. KOSTNADSKRAV: Max komponent kostnad, 500 kronor inkl. moms. Totalt kostnaden för hela DITAMA d v s inklusive den digitala delen är begränsad till 1200 Skr. Sponsring kan också förekomma men komponenternas kostnadstak måste respekteras. Komponenter som man får genom sponsring räknas in i kalkylen med den mest förmånliga priset som finns i Elfa-katalogen. PRODUKTIONSKRAV: Kretskortet skall tillverkas i KTH-Haninge lokaler. Elektroniska komponenter skall monteras på ett s k experimentkort med hjälp av lödning och annan teknik där lödning är omöjligt. Experimentkortet skall placeras i en lämplig låda. Konstruktionen får inte innehålla aktiva kretsar som finns i prototypen som finns i projektskåpet. Storleken av monteringskortet skall inte överskrida 130X90 [mm]. Hela apparaten inklusive lådan skall inte vara större än 375 ml. MILJÖKRAV: Ditama1 skall vara så strömsnåltkonstruerad som möjligt för att skona miljö. Konstruktionen skall innehålla en batteribesparings funktion. TEST OCH REPARATION Kortet skall vara konstruerat så att det skall vara möjligt att felsöka kortet och reparera det. En funktionstest I konstruktionen av den analoga delen måste vi ta hänsyn till att belastar signalkällan i Ditama1 med 2 [ma] signalström. Den digitala delen kommer att lämna ut till högtalarförstärkaren en signal som ligger mellan 0 och 3,5 [V], om man spelade in mellan 0 och 5. Den digitala delen kan belastas med max 2[mA] signalström. Interface (gränssnitt) mot den digitala delen för funktionstestet skall utgöras av HDR20-kontakt, som erhålls från KTH. B20:1

45 en KTH Haninge analogdel i en digital talmaskin Våren 2000 Bilaga 20 DOKUMENTATIONSKRAV: Rapporten skall innehålla all information som behövs för en tekniker att återskapa apparaten. I övrigt skall rapporten följa föreskrifter för rapportskrivning från Infometkursen. Särskilt skall finnas: Resultat. Här finns resultaten från projektet samlade. Beskrivning av alla delar i tur och ordning (hänvisningar till bifogade signal- och komponentplacering- schema, med motivation av varje komponentval och jämförelse med två andra komponenter som kunde användas på det stället. Resultaten av labbmätningar av prototypen. Frekvensgång mätning med HP-VEE, strömförbrukningsmätning, övertonmätning i en signal på 1 khz, separat för den signalen som spelas in och den som spelas upp. Jämförelse mellan simuleringar och mätningar om det gäller bandbredden. Slutsatser angående uppfyllande av specifikationskraven. Bilagor. Bilagorna skall kommenteras i texten, de skall refereras till från texten och de skall förses med identifierande text. Följande bilagor är obligatoriska: Signalschema (ritat i Design Center) med referensnummer samma som i rapporttexten och komponentpla-ceringsschema. Komponentplaceringsschema med referensnummer samma som i signalschema. Resultat av simulering för de delar av konstruktionen som man simulerade Testresultat av prototypen och trimning anvisningar om sådana behövs. Fullständiga komponentlistor med priser. Verifierat av: Piotr Kolodziejski Beställare. Göran Lindgren Projektledare. B20:2