pienoisaktiivikaiutin lm386 // pitkävirta

PIENOISAKTIIVIKAIUTIN LM386

PITKÄVIRTA2015

Teknologia-aihepiiri || Pitkävirta 2015

SISÄLLYSLUETTELO

1 TARVITTAVAT KOMPONENTIT JA MUUT OSAT.........................................................................3

2 YLEISTÄ......................................................................................................................................... 4

2.2 ELEKTRONIIKKARAKENTELU.........................................................................................................5

2.3 KOMPONENTIT JA KÄSITTEET.......................................................................................................5

2.4 AKUSTIIKKA.....................................................................................................................................6

2.5 KESTÄVÄ KEHITYS...........................................................................................................................6

3 TYÖVAIHEET................................................................................................................................. 7

4 HUOMIOITA.................................................................................................................................. 8

5 KUVIA LAITTEESTA..................................................................................................................... 9

2


PIENOISAKTIIVIKAIUTIN

1 TARVITTAVAT KOMPONENTIT JA MUUT OSAT

IC LM386 KUVA 1. Kytkentäkaavio

R 10 kΩ

C 220 μF

kaiutin 8Ω / 1W

paristo 9VDC

vipukytkin on-off

kytkentälevy

paristopidike

paristoliitin

kaapelia

kotelo

vaahtomuovia

3


2 YLEISTÄ

KUVA 2. LM386N-1 IC-piiri

LM386 on kuulokevahvistimissa ja sähkökitaraefekteissä suosittu vahvistinkomponentti, mut

ta myös pienoisvahvistimia siitä näkyy tehdyn. Komponentti toimii jännitealueella 4–12V, ulostulotehoa

9V jännitteellä ja 8Ω kuormalla luvataan 0,7W. Kokeiluissani jopa tiiviisti koteloitu passiivinen kaiutin

älypuhelimen jatkeena tarjoaa kohtalaista äänenvoimakkuutta ja -laatua ”pöytäradiokäytössä”, joten vah

vistimen vaatimaton teho ei tässä haittaa. Pienestä tehosta johtuen laitteeseen ei tule äänenvoimakkuu

den säätöä, vaan äänilähteen säätövara saa riittää. Tällöin myös särön määrä minimoidaan, sillä ääniläh

teen ajaminen liian kovalla hiljaiselle voimakkuudelle säädettyyn vahvistimeen aiheuttaa säröä.

Koteloinnissa käytetään ensisijaisesti kierrätysmateriaaleja. Upcycling, vanhojen tuotteiden

tuunaaminen alkuperäisestä poikkeavaan käyttötarkoitukseen, on hyvin suosittua. Myös kestävän kehi

tyksen näkökulma tulee työssä hyvin mukaan; netistä löytämässäni esimerkkisovelluksessa kaiutin oli

koteloitu kartonkirasiaan. Akustiikan vuoksi tässä työssä käytetään kuitenkin jämäkämpiä materiaaleja,

esimerkiksi vanhojen VHS-kasettien kuoret voisivat toimia, niitä luulisi myös saavan helposti koululle

4


vaikka lahjoituksena. Työhön sisältyy tietysti myös mahdollisuus eriyttämiseen puu- tai metallikotelon

valmistamisessa.

2.2 ELEKTRONIIKKARAKENTELU

Sähköaskartelussa eli elektroniikkarakentelussa tarvittavat laitteet ja tarvikkeet sekä niiden tarkoituk

senmukainen ja turvallinen käyttö opetellaan huolellisesti.

Juotoskolvin käytön opettelu lienee tärkein yksittäinen osa-alue, sillä väärin käytettynä kolvil

la saa lähes huomaamatta pilattua niin työnsä, vaatteensa kuin luokan turvallisuudenkin. Hyvän ja huo

non juotoksen konkreettinen havainnollistaminen on äärimmäisen tärkeää. Hyvä juotos on siisti ja hallit

tu, johtaa hyvin sähköä ja kestää vähän kulutustakin. Huono juotos johtuu tavallisesti liian matalasta tai

korkeasta juotoslämpötilasta – kiinteällä lämpötila-asetuksella siis käytännössä juotoskohdan lämmittä

misen kestosta. Ylimitoitetulla lämmittämisellä voi myös pahimmassa tapauksessa kärventää juotettavan

komponentin toimintakelvottomaksi. Myös juotostinan annosteluun tulee kiinnittää huomiota.

Johtimen kuorinta on sorminäppäryyttä ja hienomotorista tarkkuutta vaativa työvaihe. Asian

mukaisilla välineillä se kuitenkin onnistuu oppilailtakin pienen harjoittelun jälkeen, ja tarpeellisena taito

na se onkin hyvä opettaa muutamalla eri työvälineellä monipuolisen työvälineiden hallinnan vuoksi; sivu

leikkureilla tehdessä oppii hienomotorisesti tarpeellisen voiman käyttöä, kun toisaalta hyvin säädetyt au

tomaattiset kuorimapihdit osoittavat teknisten innovaatioiden voiman. Johtimen tarkoituksenmukainen

mitoitus sekä kunto ja laatu käydään myös läpi. Tässäkin hyvän ja huonon kuorinnan esimerkit valottavat

asiaa hyvin: pari karvaa kuparia ei ole kestävä ja tarkoituksenmukainen kuorinnan tulos.

2.3 KOMPONENTIT JA KÄSITTEET

Kaiutin on työn intuitiivisesti toiminnallisin (vipukytkimen ohella) osa – tuottaahan se kuultavan äänen.

Kaiuttimen toimintaperiaatteen ymmärtäminen vaatii äänen fysiikan ymmärtämistä: ääni muutetaan jän

5


nitevaihteluksi, joka johdetaan vahvistettuna kaiuttimelle, joka sähkömagnetismin avulla tuottaa mekaa

nista liikettä, joka saa kartion pinnan värähtelemään, josta ääni siirtyy ilmaan ja sitä kautta kuultavaksi.

Tässä keskeistä on, että ääni-informaatio säilyy alusta loppuun pääpiirteittään muuttumattomana, vaikka

se välissä muuttuu sähkövirran vaihtelusta ilman paineenvaihteluksi tai toisinpäin.

Vastuksen toimintaperiaatteeseen enempää uppoutumatta on hyvä mainita sen rajoittavan lä

vitseen kulkevaa sähkövirtaa. Ylimääräinen virta muuttuu lämmöksi, ja samaa ilmiötä sovelletaankin esi

merkiksi sähkölämmittimissä. Kytkimen tarkoituksena on avata ja sulkea virtapiiri. Napaisuuden käsit

teen ymmärtäminen on tärkeää, sillä monet komponentit vaativat napaisuuden huomioimista kytkettäes

sä. Opettaessa on hyvä lähteä liikkeelle pariston napaisuudesta eli polariteetista; esimerkiksi taskulam

pulla ja paristoilla voi toteuttaa tästä helppoja kokeita. Työssä käytetty kondensaattori tulee kytkeä na

paisuutensa mukaisesti oikein päin, tässä työssä positiivinen napa kohti IC-piiriä. Myös IC on kahdeksan

jalkansa vuoksi kytkettävä erityistä tarkkuutta noudattaen.

2.4 AKUSTIIKKA

Äänen ominaisuuksia voi opettaa tai kerrata oppilaiden ikätasolle sopivalla tavalla. Kaiuttimen ja kote

loinnin suhteen on hyvä tehdä pieniä kokeita eri kokoisilla koteloilla sekä kaiutin-koteloyhdistelmän

ilmatiiviyden vaikutuksia tutkien. Myös koteloon asetettu vaimennusmateriaali vaikuttaa äänenvoimak

kuuteen ja -laatuun, omissa kokeiluissani parhaaseen tulokseen päästiin kotelon täyttämisellä runsaalla

vaahtomuovimäärällä ja kotelon ilmatiiviyden varmistamisella. Tällöin kotelon värähtely vaimenee ja

kaiutin soi puhtaammin. Koteloinnin ilmatiiviys vaikuttaa äänen selkeyteen ja matalien taajuuksien tois

toon, tiiviissä kotelossa ääni myös suuntautuu tarkemmin.

2.5 KESTÄVÄ KEHITYS

Koulussa käytettyjen materiaalien on tietysti oltava mahdollisimman vaarattomia terveydelle ja ympäris

6


tölle. Juotostinan tulee olla RoHS-direktiivin mukaan lyijytöntä ja työt tulee juottaa hyvin ilmastoidussa

tilassa, mieluiten tähän tarkoitukseen asennettujen kärynpoistojen alla. Elektroniikan hävittämiseen ja

kierrätykseen kiinnitetään huomiota; käytöstä poistetut laitteet ja komponentit tulee viedä niille tarkoi

tettuun keräykseen. Elektroniikkarakentelun yhteydessä voi myös muistuttaa, että vaikka kertakäyttöku

lutus onkin enenevässä määrin vallalla oleva käsitys elektroniikkatuotteiden elinkaaresta, suuri osa lait

teista olisi myös rikkoontuessaan mahdollista korjata, mikäli yleinen tahtotila näin vaatisi.

Kierrätysmateriaalin käyttäminen koteloinnissa tarjoaa ikkunan kestävän kehityksen ja tuote

suunnittelun yhdistämiseen, jota monet pienyrittäjät ja designerit ovat onnistuneesti toteuttaneet. Juuri

ihailin pienessä berliiniläisessä käsityöliikkeessä vanhoista auton- ja lentokoneenosista (mm. turvavyö- ja

istuinmateriaaleista sekä kojelaudan nappuloista) valmistettuja laukkuja ja asusteita...

3 TYÖVAIHEET

1. Koteloon työstetään aukko kaiuttimelle, kytkimelle ja äänilähteen piuhalle.

2. Komponentteihin tutustuttuaan oppilas sijoittelee ne osasijoittelukuvaa käyttäen kytkentälevylle komponenttien jalat oikeaoppisesti taivuttaen.

3. Kaiuttimelle ja kytkimelle leikataan sopivanmittaiset kaapelit, ja kuoritaan niiden päät. Koteloa voi käyttää apuna kaapelien sopivaa pituutta hahmotellessa, kaiuttimelle tehty aukko helpottaa tässä.

4. Juotetaan komponentit ja kaapelit ohjeen mukaisesti. (Huomioitava kaiuttimen kiinnitystavasta riippuen kaiuttimen kytkeminen; kotelon ulkopuolelta asennettavan kaiuttimen kaapelointi kulkee kaiuttimen aukon lävitse. Myös kytkin ja audioliittimen piuha tulee kenties asentaa kotelon läpi ennen juotosta, riippuen osien rakenteesta.) Tarkistutetaan työ opettajalla.

5. Kytketään paristo ja äänilähde laitteeseen, testataan toiminta. Tarvittaessa etsitään vika ja korjataan se.

6. Kun laite toimii, lisätään vaimennusmateriaalia kotelon sisään ja kiinnitetään kaiutin aukkoonsa sekä kytkentälevy koteloon tilanteen mukaan joko kuumaliimalla tai ruuveilla.

7. Vertaillaan eri kotelointi- ja ilmatiiviysratkaisujen äänenlaadullisia ominaisuuksia.

7


4 HUOMIOITA

Audioliittimen kytkemisessä piiriin vaaditaan erityistä tarkkuutta; kyseessä on monovahvistin, ja kokeil

tuani eri kombinaatioita, se soi parhaiten vain stereon toista kanavaa ajamalla. Mikäli stereopiuhan kyt

kee väärin, ääni säröytyy herkästi. Koska komponentteja ei montaa vaadita, voi työstä tietysti soveltaa

pienellä vaivalla stereovahvistimen.

Osasijoittelukuva auttaisi oppilaita komponenttien kytkemisessä, tai vaihtoehtoisesti työhön

voisi kuulua myös piirilevyn valmistus. Omani tein IC-piireille tarkoitettuun koekytkentälevyyn, verolevy

kin kävisi – joka tapauksessa osasijoittelu riippuu pitkälti piirilevytyypin valinnasta. Koteloin esimerkki

työn pieneen pahvilaatikkoon. Tällaisen ratkaisun mielellään käsittelisi lakkaamalla pahvilootan kunnol

la, mutta siihen ei ollut kotiverstaassa nyt mahdollisuuksia. Pahvikotelon äänenlaatu ei juuri vaimennus

materiaalista muuttunut, mutta jämäkämpiin muovikoteloihin vaahtomuovia silti suosittelen – vanhaan

Philipsin infrapunalamppuun koteloimani kaiutin hyötyi selvästi vaahtomuovista kotelon sisällä. Alunpe

rin olinkin kyseiselle kaiuttimelle vahvistinta rakentamassa, mutta askartelin nyt pahvikotelon prototyy

pille. Lamppukaiuttimesta kuva kuitenkin kotelointiesimerkkinä mukana.

8


5 KUVIA LAITTEESTA

KUVA 3. Valmis tuote

KUVA 5. Kaiuttimen asennus koteloon koneruuveilla ja prikoilla.

KUVA 6. Komponentit ja osat valmiina koottavaksi.

9


KUVA 4. Piirilevy ja paristopidike pysyvät kotelossa kuumaliimalla.

10


KUVA 5. Kaiuttimen asennus koneruuveilla ja isoilla aluslevyillä.

11


KUVA 6. Komponentit ja osat valmiina koottavaksi.

12


KUVA 7. Philipsin vanhaan valaisimen kuoreen koteloitu erillinen kaiutin. Audioliitin takana.

13

pienoisaktiivikaiutin lm386 // pitkävirta

Education