Sisällysluettelo:
2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-13 06:57
Hei kaverit!
Tämä projekti on MOSFET -laitteita käyttävän pienitehoisen äänivahvistimen suunnittelu ja toteutus. Suunnittelu on niin yksinkertaista kuin se voisi olla ja komponentit ovat helposti saatavilla. Kirjoitan tämän ohjeellisen, koska itselläni oli paljon vaikeuksia löytää hyödyllistä materiaalia projektista ja helppo tapa toteuttaa.
Toivottavasti pidät ohjeen lukemisesta ja olen varma, että se auttaa sinua.
Vaihe 1: Johdanto
"Äänitehovahvistin (tai tehovahvistin) on elektroninen vahvistin, joka vahvistaa pienitehoisia, kuulumattomia elektronisia äänisignaaleja, kuten radiovastaanottimen tai sähkökitaran vastaanottimen signaalin, riittävän voimakkaalle kaiuttimien tai kuulokkeiden ajamiseen."
Tämä sisältää sekä kodin audiojärjestelmissä käytettävät vahvistimet että soittimien vahvistimet, kuten kitaravahvistimet.
Äänenvahvistimen keksi vuonna 1909 Lee De Forest, kun hän keksi triodipumpun (tai "venttiilin" englanninkielisenä). Triodi oli kolmen päätelaitteen ohjausverkko, joka voi moduloida elektronien virtausta filamentista levyyn. Triodin tyhjiövahvistinta käytettiin ensimmäisen AM -radion valmistamiseen. Varhaiset äänitehovahvistimet perustuivat tyhjiöputkiin. Nykyään käytetään transistoripohjaisia vahvistimia, jotka ovat kevyempiä, luotettavampia ja vaativat vähemmän huoltoa kuin putkivahvistimet. Äänivahvistimien sovelluksia ovat kodin äänijärjestelmät, konsertti- ja teatterinäänenvahvistimet ja kaiutinjärjestelmät. Äänikortti henkilökohtaisessa tietokoneessa, jokaisessa stereojärjestelmässä ja jokaisessa kotiteatterijärjestelmässä sisältää yhden tai useamman vahvistimen. Muita sovelluksia ovat instrumentinvahvistimet, kuten kitaravahvistimet, ammattimaiset ja amatööri -matkaviestinradiot sekä kannettavat kuluttajatuotteet, kuten pelit ja lasten lelut. Tässä esitetty vahvistin käyttää mosfetteja halutun äänivahvistimen määrittämiseen. Vahvistus- ja tehovaihetta käytetään suunnittelussa vaaditun vahvistuksen ja kaistanleveyden saavuttamiseksi.
Vaihe 2: Suunnittelu ja joitakin tärkeitä vahvistinvaiheita
Vahvistimen tekniset tiedot sisältävät:
Teho 0,5 W.
Kaistanleveys 100Hz-10KHz
VIRRANVOITTO: Ensimmäinen tavoite on saavuttaa huomattava tehonlisäys, joka riittää antamaan kohinattoman audiosignaalin kaiuttimien lähdöstä. Tämän saavuttamiseksi vahvistimessa käytettiin seuraavia vaiheita:
1. Vahvistusvaihe: Vahvistusvaihe käyttää potentiaalijakajan puolueellista mosfet -vahvistinpiiriä. Potentiaalijakajan esijännitetty piiri on esitetty kuvassa 1.
Se yksinkertaisesti vahvistaa tulosignaalia ja tuottaa vahvistuksen yhtälön (1) mukaisesti.
Vahvistus = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)
Tässä R1 ja R2 ovat tulovastus, rs on lähteen vastus, RD on esijännitteen ja tyhjennyksen välinen vastus ja RL on kuormitusresistanssi.
gm on transkonduktanssi, joka määritellään tyhjennysvirran muutoksen ja hilajännitteen muutoksen suhteena.
Se annetaan muodossa
gm = Delta (ID) / delta (VGS) (2)
Halutun vahvistuksen tuottamiseksi kolme potentiaalijakajan esijännitettyä piiriä kaskadoitiin sarjassa ja kokonaisvahvistus on yksittäisten vaiheiden voittojen tulos.
Kokonaisvahvistus = A1*A2*A3 (3)
Missä A1, A2 ja A3 ovat ensimmäisen, toisen ja kolmannen vaiheen voitot.
Portaat on eristetty toisistaan toisiinsa kytkettyjen kondensaattoreiden avulla, joka on RC -liitäntä.
2. Power Stage: Push pull -vahvistin on vahvistin, jolla on lähtöaste, joka voi ohjata virran kumpaankin suuntaan kuorman läpi.
Tyypillisen työntövoimavahvistimen lähtövaihe koostuu kahdesta identtisestä BJT: stä tai MOSFET: stä, joista toinen hankkii virran kuorman läpi ja toinen upottaa virran kuormasta. Push pull -vahvistimet ovat särön ja suorituskyvyn suhteen ylivoimaisia yksipäisiin vahvistimiin verrattuna (käyttäen yhtä transistoria ulostulossa kuorman lisäämiseksi). Yksipäinen vahvistin, kuinka hyvin se voidaan suunnitella, aiheuttaa varmasti vääristymiä sen dynaamisten siirto-ominaisuuksien epälineaarisuuden vuoksi.
Push pull -vahvistimia käytetään yleisesti tilanteissa, joissa vaaditaan pieniä vääristymiä, tehokkuutta ja suurta lähtötehoa.
Push pull -vahvistimen perustoiminnot ovat seuraavat:
"Vahvistettava signaali jaetaan ensin kahteen identtiseen signaaliin, jotka ovat 180 ° pois vaiheesta. Yleensä tämä jakaminen tehdään käyttämällä tulokytkentämuuntajaa. Tulokytkentämuuntaja on järjestetty siten, että yksi signaali syötetään yhden transistorin ja toinen signaali syötetään toisen transistorin tuloon."
Push pull -vahvistimen etuja ovat vähäinen vääristymä, magneettisen kylläisyyden puuttuminen kytkentämuuntajan ytimessä ja virtalähteen värinän poisto, mikä johtaa huminaan, kun taas haitat ovat kahden samanlaisen transistorin tarve ja vaativa tilava ja kallis kytkentä. muuntajat. Tehonvahvistusvaihe yhdistettiin äänivahvistinpiirin viimeiseksi vaiheeksi.
PIIRIN TAAJUUSVASTE:
Kapasitanssilla on hallitseva rooli nykyaikaisten elektronisten piirien aika- ja taajuusvasteen muokkaamisessa. Laaja ja perusteellinen kokeellinen tutkimus on suoritettu eri kondensaattoreiden roolista pienisignaalisessa MOSFET-vahvistinpiirissä.
Erityistä huomiota on kiinnitetty MOSFET -vahvistimien kapasitansseihin liittyvien perusongelmien ratkaisemiseen sen suunnittelun muuttamisen sijaan. Kokeessa on käytetty kolmea eri parannusta sisältävää n-kanavaista MOSFET-laitetta (malli 2N7000, jäljempänä MOS-1, MOS-2 ja MOS-3), valmistaja Motorola Inc. Tutkimus paljastaa useita tärkeitä uusia ominaisuuksia vahvistimissa. Se osoittaa, että piensignaalisten MOS-vahvistimien suunnittelussa ei pitäisi koskaan pitää itsestäänselvyytenä sitä, että kytkentä- ja ohituskondensaattorit toimivat oikosulkuna eivätkä vaikuta AC-tulo- ja lähtöjännitteisiin. Itse asiassa ne vaikuttavat jännitteen tasoon, joka näkyy sekä vahvistimen tulo- että lähtöportissa. Kun ne valitaan harkiten kytkentä- ja ohitustoimintoihin, ne sanelevat vahvistimen todellisen jännitevahvistuksen eri tulosignaalin taajuuksilla.
Alempia rajataajuuksia säätelevät kytkentä- ja ohituskondensaattoreiden arvot, kun taas ylempi katkaisu johtuu shuntikapasitanssista. Tämä shuntikapasitanssi on transistorin liittimien välissä oleva hajakapasitanssi.
Kapasitanssi annetaan kaavalla.
C = (Alue * Ebsilon) / etäisyys (4)
Kondensaattoreiden arvo valitaan siten, että lähtökaistanleveys on 100-10KHz ja signaali tämän taajuuden ylä- ja alapuolella vaimennetaan.
Luvut:
Kuva 1 Mahdollinen jakajan esijännitetty MOSFET -piiri
Kuva 2 Tehovahvistinpiiri BJT: tä käyttäen
Kuva 3 MOSFETin taajuusvaste
Vaihe 3: Ohjelmiston ja laitteiston käyttöönotto
Piiri suunniteltiin ja simuloitiin PROTEUS -ohjelmistolla kuvan 4 mukaisesti. Sama piiri toteutettiin piirilevylle ja käytettiin samoja komponentteja.
Kaikki vastukset on mitoitettu 1 watille ja kondensaattorit 50 voltille vaurioiden välttämiseksi.
Käytettyjen komponenttien luettelo on lueteltu alla:
R1, R5, R9 = 1 MΩ
R2, R6, R11 = 68Ω
R3, R7, R10 = 230 KΩ
R4, R8, R12 = 1 KΩ
R13, R14 = 10KΩ
C1, C2, C3, C4, C5 = 4,7 uF
C6, C7 = 1,5 uF
Q1, Q2, Q3 = 2N7000
Q4 = VIHJE 122
Q5 = VIHJE 127
Piiri koostuu yksinkertaisesti kolmesta vahvistusvaiheesta, jotka on kytketty kaskadiin.
Vahvistusportaat kytketään RC -liitännän kautta. RC -kytkentä on laajimmin käytetty kytkentämenetelmä monivaiheisissa vahvistimissa. Tässä tapauksessa vastus R on lähdelaitteeseen kytketty vastus ja kondensaattori C on kytketty vahvistimien väliin. Sitä kutsutaan myös estokondensaattoriksi, koska se estää DC -jännitteen. Syöttö näiden vaiheiden läpikäymisen jälkeen saavuttaa tehoasteen. Tehoaste käyttää BJT -transistoreita (yksi npn ja yksi pnp). Kaiutin on kytketty tämän vaiheen lähtöön ja saamme vahvistetun äänisignaalin. Simulointia varten piirille annettu signaali on 10 mV siniaalto ja kaiuttimen lähtö on 2,72 V siniaalto.
KUVAT:
Kuva 4 PROTEUS -piiri
Kuva 5 Vahvistusvaihe
Kuva 6 Virta
Kuva 7 Vahvistusvaiheen 1 lähtö (vahvistus = 7)
Kuva 8 Vahvistusvaiheen 2 lähtö (vahvistus = 6,92)
Kuva 9 Vahvistusvaiheen 3 lähtö (vahvistus = 6,35)
Kuva 10 Kolmen vahvistusvaiheen lähtö (kokonaisvahvistus = 308)
Kuva.11 Lähtö kaiuttimessa
Vaihe 4: PCB LAYOUT
Kuviossa 4 esitetty piiri toteutettiin piirilevylle.
Yllä on joitain katkelmia piirilevyn ohjelmistosuunnittelusta
KUVAT:
Kuva 12 Piirilevyasettelu
Kuva 13 Piirilevyasettelu (pdf)
Kuva 14 3D -näkymä (YLÄNÄKYMÄ)
Kuva 15 3D -näkymä (ALANÄKYMÄ)
Kuva 16 Laitteisto (ALANÄKYMÄ) Ylhäältä näkyvä kuva on jo ensimmäisessä kuvassa
Vaihe 5: Johtopäätös
Hyödyntämällä lyhyen kanavan MOSFET -laitteiden suurta vahvistusta ja suurta tuloimpedanssia on kehitetty yksinkertainen piiri, joka tarjoaa riittävän taajuusmuuttajan vahvistimille, joiden teho on enintään 0,5 wattia.
Se tarjoaa suorituskykyä, joka täyttää korkealaatuisen äänentoiston kriteerit. Tärkeitä sovelluksia ovat kaiutinjärjestelmät, teatteri- ja konserttiäänenvahvistusjärjestelmät sekä kotitalousjärjestelmät, kuten stereo- tai kotiteatterijärjestelmä.
Instrumenttivahvistimet, mukaan lukien kitaravahvistimet ja sähköiset näppäimistövahvistimet, käyttävät myös äänivahvistimia.
Vaihe 6: Erityinen kiitos
Kiitän erityisesti ystäviä, jotka auttoivat minua saavuttamaan tämän projektin tulokset.
Toivottavasti pidit tästä opettavaisesta. Kaikesta avusta, olisin kiitollinen, jos kommentoisit.
Pysy siunattuna. Nähdään:)
Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET
Lahore, Pakistan