MOSFET AUDIO AMPLIFIER (ցածր աղմուկ և բարձր եկամուտ) ՝ 6 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Բարև տղերք:

Այս նախագիծը MOSFET- ի միջոցով ցածր էներգիայի ձայնային ուժեղացուցիչի նախագծում և իրականացում է: Դիզայնը հնարավորինս պարզ է, և բաղադրիչները հեշտությամբ հասանելի են: Ես գրում եմ սա ուսանելի, քանի որ ինքս շատ դժվարություններ եմ ունեցել նախագծի վերաբերյալ որոշ օգտակար նյութեր գտնելու և իրականացման հեշտ մեթոդ գտնելու մեջ:

Հուսով եմ, որ ձեզ դուր կգա ուսանելի ուսուցումը կարդալը, և ես վստահ եմ, որ դա կօգնի ձեզ:

Քայլ 1: Ներածություն

«Ձայնային հզորության ուժեղացուցիչը (կամ հզորությունը) էլեկտրոնային ուժեղացուցիչ է, որն ամրացնում է ցածր էներգիայի, չլսվող էլեկտրոնային աուդիո ազդանշանները, ինչպիսիք են ռադիոընդունիչից կամ էլեկտրական կիթառի ազդանշանը այն մակարդակից, որը բավականաչափ ուժեղ է բարձրախոսներ կամ ականջակալներ վարելու համար»:

Սա ներառում է ինչպես տնային ձայնային համակարգերում օգտագործվող ուժեղացուցիչներ, այնպես էլ երաժշտական գործիքների ուժեղացուցիչներ, ինչպիսիք են կիթառի ուժեղացուցիչները:

Աուդիո ուժեղացուցիչը հորինել է 1909 -ին Լի Դե Ֆորեսթը, երբ նա հորինել է տրիոդի վակուումային խողովակը (կամ բրիտանական անգլերեն «փական»): Եռոտանը երեք տերմինալ սարք էր ՝ հսկիչ ցանցով, որը կարող էր մոդուլացնել թելիկից դեպի ափսե էլեկտրոնների հոսքը: Տրիոդի վակուումային ուժեղացուցիչն օգտագործվել է առաջին AM ռադիոյի պատրաստման համար: Վաղ ձայնային հզորության ուժեղացուցիչները հիմնված էին վակուումային խողովակների վրա: Մինչդեռ օրերս օգտագործվում են տրանզիստորների վրա հիմնված ուժեղացուցիչներ, որոնք ավելի թեթև են, ավելի հուսալի և ավելի քիչ սպասարկում են պահանջում, քան խողովակի ուժեղացուցիչները: Աուդիո ուժեղացուցիչների դիմումները ներառում են տնային աուդիո համակարգեր, համերգային և թատերական ձայնի ուժեղացում և հանրային հասցեների համակարգեր: Անձնական համակարգչի, յուրաքանչյուր ստերեո համակարգի և տնային կինոթատրոնի ձայնային քարտը պարունակում է մեկ կամ մի քանի աուդիո ուժեղացուցիչ: Այլ ծրագրեր ներառում են գործիքների ուժեղացուցիչներ, ինչպիսիք են կիթառի ուժեղացուցիչները, մասնագիտական և սիրողական շարժական ռադիոն և շարժական սպառողական ապրանքներ, ինչպիսիք են խաղերը և մանկական խաղալիքները: Այստեղ ներկայացված ուժեղացուցիչն օգտագործում է mosfets ՝ աուդիո ուժեղացուցիչի ցանկալի բնութագրերին հասնելու համար: Շահույթի և հզորության փուլը օգտագործվում է նախագծման մեջ `պահանջվող շահույթին և թողունակությանը հասնելու համար:

Քայլ 2. Նախագծում և ուժեղացուցիչի որոշ կարևոր փուլեր

Ամրացուցիչի բնութագրերը ներառում են.

Հզորությունը 0.5 Վտ

Թողունակություն 100 Հց -10 ԿՀց

ՇՐIRԱՆԻ ՇԱՀՈՄ. Առաջին նպատակը էներգիայի զգալի շահույթի հասնելն է, որը բավարար է բարձրախոսների միջոցով ելքի վրա առանց ձայնի ձայնային ազդանշան տալու համար: Դրան հասնելու համար ուժեղացուցիչում կիրառվեցին հետևյալ փուլերը.

1. Ձեռք բերելու փուլ. Շահույթի փուլը օգտագործում է պոտենցիալ բաժանարարի կողմնակալ mosfet ուժեղացուցիչի միացում: Պոտենցիալ բաժանարարի կողմնակալ միացումը ներկայացված է նկար 1 -ում:

Այն պարզապես ուժեղացնում է մուտքային ազդանշանը և արտադրում շահույթ ըստ հավասարման (1):

Շահույթ = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (RD || RD || RL) (1)

Այստեղ R1- ը և R2- ը մուտքային դիմադրություններն են, rs- ը աղբյուրի դիմադրությունն է, RD- ն կողմնակալ լարման և արտահոսքի միջև դիմադրությունն է, իսկ RL- ը `բեռի դիմադրությունը:

gm- ը հաղորդունակություն է, որը սահմանվում է որպես արտահոսքի հոսանքի փոփոխության հարաբերություն դարպասի լարման փոփոխության հետ:

Տրվում է որպես

gm = Delta (ID) / delta (VGS) (2)

Theանկալի շահույթ ստանալու համար երեք պոտենցիալ բաժանարար կողմնակալ սխեմաներ հաջորդաբար դասավորվեցին, իսկ ընդհանուր շահույթը առանձին փուլերի ձեռքբերումների արդյունք է:

Ընդհանուր շահույթ = A1*A2*A3 (3)

Որտեղ, A1, A2 և A3- ը համապատասխանաբար առաջին, երկրորդ և երրորդ փուլի ձեռքբերումներն են:

Փուլերը միմյանցից մեկուսացված են փոխկապակցված կոնդենսատորների օգնությամբ, որը RC միացում է:

2. Էլեկտրաէներգիայի փուլ. Հրում քաշող ուժեղացուցիչը ուժեղացուցիչ է, որն ունի ելքային փուլ, որը կարող է հոսանքը ցանկացած ուղղությամբ տանել բեռի միջով:

Տիպիկ մղման ուժեղացուցիչի ելքային փուլը բաղկացած է երկու նույնական BJT- ից կամ MOSFET- ից, որոնցից մեկը բեռնվածքի միջով հոսող հոսանք է, իսկ մյուսը ՝ բեռը հոսանքը խորտակող: Հրում քաշող ուժեղացուցիչները գերազանցում են միայնակ ավարտված ուժեղացուցիչներին (բեռնվածքը քշելու համար մեկ տրանզիստոր օգտագործելով ելքի վրա) խեղաթյուրման և կատարման առումով: Մեկ եզրափակիչ ուժեղացուցիչը, թե որքանով այն կարող է նախագծվել, անշուշտ, որոշակի աղավաղում կբերի ՝ դրա դինամիկ փոխանցման բնութագրերի ոչ գծայնության պատճառով:

Սեղմման ձգման ուժեղացուցիչները սովորաբար օգտագործվում են այն իրավիճակներում, երբ պահանջվում է ցածր խեղաթյուրում, բարձր արդյունավետություն և բարձր ելքային հզորություն:

Հրում քաշող ուժեղացուցիչի հիմնական գործողությունը հետևյալն է.

«Ամրապնդվող ազդանշանը նախ կիսվում է երկու նույնական ազդանշանների 180 աստիճանից դուրս: Ընդհանրապես այս պառակտումը կատարվում է մուտքային կցորդիչ տրանսֆորմատորի միջոցով: Մուտքային կցորդիչ տրանսֆորմատորն այնպես է դասավորված, որ մեկ ազդանշան կիրառվում է մեկ տրանզիստորի և մյուս ազդանշանը կիրառվում է մյուս տրանզիստորի մուտքի վրա »:

Մղման ուժեղացուցիչի առավելություններն են ցածր աղավաղումը, կցորդիչ տրանսֆորմատորի միջուկում մագնիսական հագեցվածության բացակայությունը և էներգիայի մատակարարման ալիքների չեղարկումը, ինչը հանգեցնում է բզզոցի բացակայության, մինչդեռ թերությունները երկու նույնական տրանզիստորների կարիքն են և զանգվածային և ծախսատար միացման պահանջը: տրանսֆորմատորներ: Էլեկտրաէներգիայի ձեռքբերման փուլը ընկավ որպես ձայնային ուժեղացուցիչի միացման վերջին փուլ:

ՇՐIRԱՆԻ Հաճախակի արձագանք.

Հզորությունը գերիշխող դեր է խաղում ժամանակակից էլեկտրոնային սխեմաների ժամանակի և հաճախականության արձագանքի ձևավորման գործում: Extensiveավալուն և խորը փորձարարական հետազոտություն է կատարվել տարբեր կոնդենսատորների դերի փոքր ազդանշանի MOSFET ուժեղացուցիչի սխեմայում:

Առանձնահատուկ շեշտ է դրվել MOSFET ուժեղացուցիչների տարողունակության հետ կապված հիմնական խնդիրների լուծմանը, այլ ոչ թե դիզայնի փոփոխմանը: Փորձի համար օգտագործվել են երեք տարբեր բարձրացնող n-channel MOSFET- ներ (2N7000 մոդել, այսուհետ `MOS-1, MOS-2 և MOS-3), որոնք արտադրվել են Motorola Inc.- ի կողմից: Ուսումնասիրությունը բացահայտում է ուժեղացուցիչների մի քանի կարևոր նոր առանձնահատկություններ: Այն ցույց է տալիս, որ փոքր ազդանշանի MOS ուժեղացուցիչների նախագծման մեջ երբեք չպետք է ընդունվի, որ միացումն ու շրջանցման կոնդենսատորները գործում են որպես կարճ միացում և որևէ ազդեցություն չունեն AC մուտքի և ելքի լարման վրա: Իրականում, դրանք նպաստում են ուժեղացուցիչի ինչպես մուտքի, այնպես էլ ելքի պորտում նկատվող լարման մակարդակին: Կապակցման և շրջանցման գործողությունների համար խելամիտ ընտրության դեպքում նրանք թելադրում են ուժեղացուցիչի լարման իրական շահույթը մուտքային ազդանշանի տարբեր հաճախականություններում:

Ստորին անջատման հաճախականությունները կարգավորվում են միացման և շրջանցման կոնդենսատորների արժեքներով, մինչդեռ վերին անջատումը շունտի հզորության արդյունք է: Այս շունտային հզորությունը տրանզիստորի հանգույցների միջև առկա թափառող տարողունակությունն է:

Հզորությունը տրվում է բանաձևով.

C = (Մակերես * Ebsilon) / հեռավորություն (4)

Կոնդենսատորների արժեքը ընտրված է այնպես, որ ելքային թողունակությունը լինի 100-10 ԿՀց-ի միջև, և այս հաճախականությունից բարձր և ներքևի ազդանշանը թուլանա:

Գործիչներ:

Նկար 1. Պոտենցիալ բաժանարարի կողմնակալ MOSFET միացում

Նկար. 2 Հզորության ուժեղացուցիչի միացում BJT- ի միջոցով

Նկար 3. MOSFET- ի հաճախականության արձագանք

Քայլ 3: Softwareրագրային ապահովման և սարքավորման ներդրում

Շղթան նախագծվել և մոդելավորվել է PROTEUS ծրագրաշարի վրա, ինչպես ցույց է տրված նկար 4 -ում: Նույն միացումն իրականացվել է PCB- ի վրա և օգտագործվել են նույն բաղադրիչները:

Բոլոր ռեզիստորները գնահատվում են 1 Վտ, իսկ կոնդենսատորները ՝ 50 վոլտ ՝ վնասից խուսափելու համար:

Օգտագործված բաղադրիչների ցանկը ներկայացված է ստորև.

R1, R5, R9 = 1MΩ

R2, R6, R11 = 68Ω

R3, R7, R10 = 230KΩ

R4, R8, R12 = 1KΩ

R13, R14 = 10KΩ

C1, C2, C3, C4, C5 = 4.7µF

C6, C7 = 1.5µF

Q1, Q2, Q3 = 2N7000

Q4 = TIP122

Q5 = TIP127

Շղթան պարզապես բաղկացած է կասկադի հետ կապված երեք ձեռքբերման փուլից:

Ձեռքբերման փուլերը միացված են RC միացման միջոցով: RC միացումը բազմաստիճան ուժեղացուցիչներում միացման ամենատարածված մեթոդն է: Այս դեպքում Resistance R- ը աղբյուրի տերմինալին միացված դիմադրությունն է, իսկ C կոնդենսատորը `ուժեղացուցիչների միջև: Այն կոչվում է նաև արգելափակիչ կոնդենսատոր, քանի որ այն արգելափակելու է DC լարումը: Այս փուլերից անցնելուց հետո մուտքագրումը հասնում է հզորության աստիճանին: Հզորության փուլը օգտագործում է BJT տրանզիստորներ (մեկ npn և մեկ pnp): Այս փուլի ելքի վրա բարձրախոսը միացված է, և մենք ստանում ենք ուժեղացված ձայնային ազդանշան: Սիմուլյացիայի համար շղթային տրված ազդանշանը 10 մՎ մեղքի ալիք է, իսկ բարձրախոսում ՝ 2.72 Վ մեղքի ալիք:

ՆԿԱՐՆԵՐ:

Նկար. 4 PROTEUS միացում

Գծապատկեր 5

Գծապատկեր. 6 Power Stage

Նկար. 7 Շահույթի ելք 1 -ին փուլ (Շահույթ = 7)

Գծապատկեր. 8 Շահույթի ելք 2 -րդ փուլ (շահույթ = 6.92)

Նկար. 9 Շահույթի ելք 3 -րդ փուլ (շահույթ = 6.35)

Գծապատկեր.10 Երեք փուլի ելք (ընդհանուր շահույթ = 308)

Նկար. 11 Ելք բարձրախոսից

Քայլ 4: PCB դասավորություն

Նկար 4 -ում ցուցադրված սխեման իրականացվել է PCB- ի վրա:

Վերևում ներկայացված են PCB- ի ծրագրային ապահովման նախագծի որոշ հատվածներ

ՆԿԱՐՆԵՐ:

Նկար. 12 PCB- ի դասավորությունը

Նկար. 13 PCB դասավորություն (pdf)

Նկար. 14 3D տեսք (TOP VIEW)

Նկար. 15 3D տեսք (BOTTOM VIEW)

Նկար 16 Սարքավորումներ (ՍՏՈՄ ԴԻՏՈՄ) Վերին տեսք, որն արդեն առկա է առաջին պատկերում

Քայլ 5: Եզրակացություն

Օգտագործելով կարճ ալիքի հզորության MOSFET- ների բարձր շահութաբերությունն ու մուտքային բարձր դիմադրողականությունը, պարզ միացում է ստեղծվել `ապահովելու բավարար հզորություն ուժեղացուցիչների համար մինչև 0,5 վտ հզորություն:

Այն առաջարկում է կատարում, որը համապատասխանում է բարձրորակ աուդիո վերարտադրության չափանիշներին: Կարևոր ծրագրերը ներառում են հանրային հասցեների համակարգեր, թատերական և համերգային ձայնի ուժեղացման համակարգեր և ներքին համակարգեր, ինչպիսիք են ստերեո կամ տնային կինոթատրոնի համակարգը:

Գործիքային ուժեղացուցիչները, ներառյալ կիթառի ուժեղացուցիչները և ստեղնաշարի էլեկտրական ուժեղացուցիչները, նույնպես օգտագործում են ձայնային ուժեղացուցիչներ:

Քայլ 6: Հատուկ շնորհակալություն

Հատկապես շնորհակալ եմ այն ընկերներին, ովքեր ինձ օգնեցին այս նախագծի արդյունքներին հասնելու համար:

Հուսով եմ, որ ձեզ դուր եկավ այս ուսանելի ծրագիրը: Helpանկացած օգնության համար, ես կցանկանայի մեկնաբանել:

Օրհնված լինես. Կտեսնվենք:)

Թահիր Ուլ Հաք, EE DEPT, UET

Լահոր, Պակիստան