Dit artikel beschrijft de ontwikkeling van een FM-radio, waarbij een initieel prototype met een Arduino UNO is geëvolueerd naar een compact, op maat gemaakt PCB-ontwerp met een ESP32.
Belangrijke hardwarecomponenten zijn:
- TEA5767-tuner: Voor de radio-ontvangst.
- PAM8403-versterker: Voor het aansturen van twee 3-Watt luidsprekers.
- 0,96" OLED-display: Voor de weergave van frequenties.
- KY-040 draaiencoder: Voor handmatige afstemming en preset-selectie.
De auteur bespreekt cruciale technische overwegingen, zoals het voeden van de TEA5767 met 3,3V om de I/O-pinnen van de ESP32 te beschermen en het gebruik van een externe 5V 1,5A voeding om stroomtekorten (brownouts) door de versterker te voorkomen. Het ontwerp is gemaakt met KiCad en geproduceerd door JLC PCB.
Radio-tuner op basis van de TEA5767
Projectgeschiedenis
In januari 2026 is dit project gestart met de bouw van een FM-radio met behulp van de TEA5767-radiomodule en een Arduino UNO. Fase 2 bestaat uit het ontwerpen van een compacte, op maat gemaakte PCB met verdere verbeteringen, waarbij het ontwerp eenvoudig en reproduceerbaar blijft. De stappen van dit proces worden gedocumenteerd in deze repository.
De primaire functies van het prototype-circuit met de Arduino omvatten:
- Handmatige en vooraf ingestelde (preset) FM-afstemming.
- Weergave van de huidige frequentie op een 16x2 LCD-scherm.
- Audio-uitvoer via bedrade hoofdtelefoons.
Luidsprekers konden in het prototype niet worden gebruikt omdat de TEA5767-module geen ingebouwde luidsprekerversterker heeft, wat vereiste dat er direct op de module werd gesoldeerd. (Zie Figuur 1 voor een foto van het prototype en Figuur 2 voor het schakelschema).
Een video-demonstratie van het prototype is te bekijken via https://youtu.be/HQ7OcgIyThs. Voor een gedetailleerde uiteenzetting van de theorie, componentselectie en het circuitontwerp kan het bijbehorende PDF-bestand (ProducinganFMRadioTuner.pdf) worden geraadpleegd.
Ontwikkeling naar een PCB-ontwerp
Om het project verder te verbeteren, is besloten om er een eerste PCB-ontwerpproject van te maken. De volgende verbeteringen zijn doorgevoerd:
- PAM8403-versterker: Deze stuurt het audiosignaal naar twee 3-Watt, 4-Ohm luidsprekers en dient tevens als volumeregeling.
- ESP32 Development Board: Ter vervanging van de Arduino UNO om ruimte op de PCB te besparen.
- 0,96" OLED-display: Ter vervanging van het 16x2 LCD-scherm, eveneens om ruimte te besparen.
- KY-040 draaiencoder: Deze dient voor zowel de handmatige frequentieafstemming als de selectie van presets.
Technische overwegingen en schakelschema
Voorafgaand aan het PCB-ontwerp is het circuit op een breadboard getest. Hierbij zijn enkele belangrijke technische inzichten naar voren gekomen:
Spanning en bescherming Hoewel de TEA5767-module is ontworpen voor 5V, kan en moet deze worden gevoed met 3,3V om de datapinnen van de ESP32-module te beschermen. De fabrikant van de microcontroller, Nulllab, geeft aan dat een spanning hoger dan 3,6V op de I/O-pinnen schade aan de chip kan veroorzaken. Wanneer de TEA5767-module met 5V wordt gevoed, worden de SCL- en SDA-pinnen naar 5V getrokken, wat het risico op doorbranden vergroot. Meer informatie is te vinden bij de ESP32-DevKit-32E.
Stroomvoorziening van de versterker De PAM8403-versterker moet via een andere bron worden gevoed dan de microcontroller. De gebruikte luidsprekers hebben een vermogen van 3 Watt per stuk (6 Watt in totaal). Bij een voeding van 5V is de benodigde stroom: I = P / V = 6W / 5V = 1,2A
Deze stroomsterkte overschrijdt de limiet van de microcontroller-pinnen (absoluut maximum per pin: 40mA) aanzienlijk. Daarom zijn de versterker en de microcontroller parallel geschakeld op één transformator met een capaciteit van 5V 1,5A. Omdat de versterker veel stroom vereist voor optimaal volume, wordt aangeraden adapters te gebruiken die meer dan 1A kunnen leveren om brownouts in andere delen van het circuit te voorkomen.
Het uiteindelijke schakelschema is getekend in de schematic editor van KiCad (zie Figuur 3).
Noot: Om het audiosignaal van de TEA5767-module naar de PAM8403-versterker te leiden, is een 3,5mm jack met een onbeschermd uiteinde gebruikt, verbonden met de L-, G- en B-pinnen van de versterker. Deze verbindingen zijn niet zichtbaar in het schema, omdat KiCad geen extra pinnen toestaat voor symbolen die niet in de footprint staan. Aangezien de jack en de verbinding tussen de twee modules de PCB niet raken, is besloten deze weg te laten in het schema.
Footprints
Omdat er voor sommige modules geen standaard footprints beschikbaar waren in KiCad, zijn er custom footprints gemaakt voor:
- ESP32-DevKit-32E
- TEA5767
- PAM8403
- KY-040
- 0,96" OLED-display
Deze zijn te vinden in de map Custom_Footprints.pretty (zie Figure 4 t/m 8).
Noot: Er is gebruikgemaakt van de "knobby" versie van de PAM8403-versterkerbord voor de volumeregeling. De draaiknoppen van de PAM8403 en KY-040 zijn niet opgenomen in de footprints, omdat deze fysiek niet op de PCB rusten.
PCB Layout
Na het maken van de custom footprints is het PCB-ontwerp voltooid in de PCB-editor van KiCad (zie Figuur 9).
Productie Als fabrikant is gekozen voor JLC PCB. Er is nauwgezet gelet op de technische vereisten van de fabrikant bij het genereren van de Gerber-bestanden. De uiteindelijke Gerber-bestanden staan in de map gerbers. De persoonlijke tekst op de silkscreen ("The first of many. Grateful for everyone who supported me.") is uit de productiefiles verwijderd.
De code voor dit project is te vinden in het bestand code. Afbeeldingen van de uiteindelijke PCB en het apparaat zijn te zien in Figuur 10, 11 en 12.
Een video-demonstratie van de PCB en het functionerende radio-apparaat is beschikbaar via https://www.youtube.com/watch?v=WM1Qq82G7yY.
Conclusie
Het ontwerpen van deze eerste PCB is een waardevolle leerervaring geweest die de interesse in elektronica en hardware-ontwerp heeft versterkt. De auteur hoopt dat deze repository nuttig is voor anderen die een vergelijkbaar project bouwen of beginnen met hun eerste PCB-ontwerp. Er wordt speciale dank uitgesproken aan het HTM Workshop-team voor hun instructieve YouTube-serie, en aan familie en vrienden voor hun steun.
Radio-tuner op basis van de TEA5767
Projectgeschiedenis
In januari 2026 is dit project gestart met de bouw van een FM-radio met behulp van de TEA5767-radiomodule en een Arduino UNO. Fase 2 bestaat uit het ontwerpen van een compacte, op maat gemaakte PCB met verdere verbeteringen, waarbij het ontwerp eenvoudig en reproduceerbaar blijft. De stappen van dit proces worden gedocumenteerd in deze repository.
De primaire functies van het prototype-circuit met de Arduino omvatten:
- Handmatige en vooraf ingestelde (preset) FM-afstemming.
- Weergave van de huidige frequentie op een 16x2 LCD-scherm.
- Audio-uitvoer via bedrade hoofdtelefoons.
Luidsprekers konden in het prototype niet worden gebruikt omdat de TEA5767-module geen ingebouwde luidsprekerversterker heeft, wat vereiste dat er direct op de module werd gesoldeerd. (Zie Figuur 1 voor een foto van het prototype en Figuur 2 voor het schakelschema).
Een video-demonstratie van het prototype is te bekijken via https://youtu.be/HQ7OcgIyThs. Voor een gedetailleerde uiteenzetting van de theorie, componentselectie en het circuitontwerp kan het bijbehorende PDF-bestand (ProducinganFMRadioTuner.pdf) worden geraadpleegd.
Ontwikkeling naar een PCB-ontwerp
Om het project verder te verbeteren, is besloten om er een eerste PCB-ontwerpproject van te maken. De volgende verbeteringen zijn doorgevoerd:
- PAM8403-versterker: Deze stuurt het audiosignaal naar twee 3-Watt, 4-Ohm luidsprekers en dient tevens als volumeregeling.
- ESP32 Development Board: Ter vervanging van de Arduino UNO om ruimte op de PCB te besparen.
- 0,96" OLED-display: Ter vervanging van het 16x2 LCD-scherm, eveneens om ruimte te besparen.
- KY-040 draaiencoder: Deze dient voor zowel de handmatige frequentieafstemming als de selectie van presets.
Technische overwegingen en schakelschema
Voorafgaand aan het PCB-ontwerp is het circuit op een breadboard getest. Hierbij zijn enkele belangrijke technische inzichten naar voren gekomen:
Spanning en bescherming Hoewel de TEA5767-module is ontworpen voor 5V, kan en moet deze worden gevoed met 3,3V om de datapinnen van de ESP32-module te beschermen. De fabrikant van de microcontroller, Nulllab, geeft aan dat een spanning hoger dan 3,6V op de I/O-pinnen schade aan de chip kan veroorzaken. Wanneer de TEA5767-module met 5V wordt gevoed, worden de SCL- en SDA-pinnen naar 5V getrokken, wat het risico op doorbranden vergroot. Meer informatie is te vinden bij de ESP32-DevKit-32E.
Stroomvoorziening van de versterker De PAM8403-versterker moet via een andere bron worden gevoed dan de microcontroller. De gebruikte luidsprekers hebben een vermogen van 3 Watt per stuk (6 Watt in totaal). Bij een voeding van 5V is de benodigde stroom: I = P / V = 6W / 5V = 1,2A
Deze stroomsterkte overschrijdt de limiet van de microcontroller-pinnen (absoluut maximum per pin: 40mA) aanzienlijk. Daarom zijn de versterker en de microcontroller parallel geschakeld op één transformator met een capaciteit van 5V 1,5A. Omdat de versterker veel stroom vereist voor optimaal volume, wordt aangeraden adapters te gebruiken die meer dan 1A kunnen leveren om brownouts in andere delen van het circuit te voorkomen.
Het uiteindelijke schakelschema is getekend in de schematic editor van KiCad (zie Figuur 3).
Noot: Om het audiosignaal van de TEA5767-module naar de PAM8403-versterker te leiden, is een 3,5mm jack met een onbeschermd uiteinde gebruikt, verbonden met de L-, G- en B-pinnen van de versterker. Deze verbindingen zijn niet zichtbaar in het schema, omdat KiCad geen extra pinnen toestaat voor symbolen die niet in de footprint staan. Aangezien de jack en de verbinding tussen de twee modules de PCB niet raken, is besloten deze weg te laten in het schema.
Footprints
Omdat er voor sommige modules geen standaard footprints beschikbaar waren in KiCad, zijn er custom footprints gemaakt voor:
- ESP32-DevKit-32E
- TEA5767
- PAM8403
- KY-040
- 0,96" OLED-display
Deze zijn te vinden in de map Custom_Footprints.pretty (zie Figure 4 t/m 8).
Noot: Er is gebruikgemaakt van de "knobby" versie van de PAM8403-versterkerbord voor de volumeregeling. De draaiknoppen van de PAM8403 en KY-040 zijn niet opgenomen in de footprints, omdat deze fysiek niet op de PCB rusten.
PCB Layout
Na het maken van de custom footprints is het PCB-ontwerp voltooid in de PCB-editor van KiCad (zie Figuur 9).
Productie Als fabrikant is gekozen voor JLC PCB. Er is nauwgezet gelet op de technische vereisten van de fabrikant bij het genereren van de Gerber-bestanden. De uiteindelijke Gerber-bestanden staan in de map gerbers. De persoonlijke tekst op de silkscreen ("The first of many. Grateful for everyone who supported me.") is uit de productiefiles verwijderd.
De code voor dit project is te vinden in het bestand code. Afbeeldingen van de uiteindelijke PCB en het apparaat zijn te zien in Figuur 10, 11 en 12.
Een video-demonstratie van de PCB en het functionerende radio-apparaat is beschikbaar via https://www.youtube.com/watch?v=WM1Qq82G7yY.
Conclusie
Het ontwerpen van deze eerste PCB is een waardevolle leerervaring geweest die de interesse in elektronica en hardware-ontwerp heeft versterkt. De auteur hoopt dat deze repository nuttig is voor anderen die een vergelijkbaar project bouwen of beginnen met hun eerste PCB-ontwerp. Er wordt speciale dank uitgesproken aan het HTM Workshop-team voor hun instructieve YouTube-serie, en aan familie en vrienden voor hun steun.
Groetjes,