ZVUČNO POJAČALO MOSFETA (Niska buka i velika pojačanja): 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Bok dečki!

Ovaj projekt je dizajn i implementacija audio pojačala niske snage pomoću MOSFET -ova. Dizajn je što jednostavniji, a komponente su lako dostupne. Pišem ovo uputstvo jer sam i sam imao dosta poteškoća u pronalaženju korisnog materijala u vezi projekta i jednostavne metode za provedbu.

Nadam se da ćete uživati čitajući upute i siguran sam da će vam pomoći.

Korak 1: Uvod

"Pojačalo audio snage (ili pojačalo snage) je elektroničko pojačalo koje pojačava nečujne elektroničke audio signale male snage, poput signala s radijskog prijamnika ili zvučnika električne gitare, na razinu koja je dovoljno jaka za vožnju zvučnicima ili slušalicama."

To uključuje pojačala koja se koriste u kućnim audio sustavima i pojačala za glazbene instrumente poput gitarskih pojačala.

Zvučno pojačalo izumio je 1909. godine Lee De Forest kada je izumio triodnu vakuumsku cijev (ili "ventil" na britanskom engleskom). Trioda je bila tri terminalna naprava s upravljačkom rešetkom koja može modulirati protok elektrona od filamenta do ploče. Triodno vakuumsko pojačalo korišteno je za izradu prvog AM radija. Rana audio pojačala pojačala su se temeljeći na vakuumskim cijevima. Dok se danas koriste pojačala na bazi tranzistora koja su lakša, pouzdanija i zahtijevaju manje održavanja od cijevnih pojačala. Aplikacije za audio pojačala uključuju kućne audio sustave, pojačanje koncertnim i kazališnim zvukom i razglas. Zvučna kartica u osobnom računalu, svakom stereo sustavu i svakom sustavu kućnog kina sadrži jedno ili više audio pojačala. Druge primjene uključuju pojačala za instrumente kao što su pojačala za gitaru, profesionalni i amaterski mobilni radio i prijenosne potrošačke proizvode poput igara i dječjih igračaka. Pojačalo predstavljeno ovdje koristi MOSFET -ove za postizanje željenih specifikacija audio pojačala. Stupanj pojačanja i snage koristi se u dizajnu kako bi se postigao potreban dobitak i propusnost.

Korak 2: Dizajn i neke važne faze pojačala

Specifikacije pojačala uključuju:

Izlazna snaga 0,5 W.

Propusnost 100Hz-10KHz

DOBITAK KRUGA: Prvi cilj je postići značajan dobitak snage koji je dovoljan za davanje audiosignala bez šuma na izlazu kroz zvučnike. Da bi se to postiglo, u pojačalu su korištene sljedeće faze:

1. Stepen pojačanja: Stupanj pojačanja koristi krug pojačala MOSFET -a s potencijalnim razdjelnikom. Sklon sklopa razdjelnika potencijala prikazan je na slici 1.

Jednostavno pojačava ulazni signal i proizvodi pojačanje prema jednadžbi (1).

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

Ovdje su R1 i R2 ulazni otpori, rs otpor izvora, RD otpor između napona prednapona i odvoda, a RL otpor opterećenja.

gm je transprovodljivost koja se definira kao omjer promjene struje odvoda prema promjeni napona na vratima.

Daje se kao

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

Kako bi se postigao željeni dobitak, tri su kruga s potencijalnim razdjelnikom kaskadirana u nizu, a ukupni dobitak je umnožak dobitaka pojedinih stupnjeva.

Ukupni dobitak = A1*A2*A3 (3)

Gdje su A1, A2 i A3 dobici prve, druge i treće faze.

Stupnjevi su međusobno izolirani uz pomoć međusobno povezanih kondenzatora odnosno RC spojnice.

2. Stupanj snage: Potisno pojačalo pojačalo je pojačalo koje ima izlazni stupanj koji može pokretati struju u bilo kojem smjeru kroz opterećenje.

Izlazni stupanj tipičnog push -pull pojačala sastoji se od dva identična BJT -a ili MOSFET -a, od kojih jedan dovodi struju kroz opterećenje, a drugi poništava struju iz opterećenja. Potisna pojačala pojačala su superiornija u odnosu na pojačala s jednim završetkom (koji koriste jedan tranzistor na izlazu za pogon opterećenja) u smislu izobličenja i performansi. Jednostruko pojačalo, koliko dobro može biti dizajnirano, zasigurno će unijeti izobličenja zbog nelinearnosti njegovih karakteristika dinamičkog prijenosa.

Potisna pojačala obično se koriste u situacijama kada su potrebna niska izobličenja, visoka učinkovitost i velika izlazna snaga.

Osnovni rad push pull pojačala je sljedeći:

"Signal koji treba pojačati najprije se dijeli na dva identična signala 180 ° izvan faze. Općenito, to se cijepanje vrši pomoću ulaznog spojnog transformatora. Ulazni spojni transformator je tako raspoređen da jedan signal ulazi na ulaz jednog tranzistora i drugi signal se primjenjuje na ulaz drugog tranzistora."

Prednosti push pull pojačala su niska izobličenja, odsutnost magnetske zasićenosti u jezgri spojnog transformatora i poništavanje talasa napajanja što rezultira nedostatkom šuma, dok su nedostaci potreba za dva identična tranzistora i zahtjev za glomaznom i skupom spojnicom transformatora. Stupanj pojačanja snage kaskadiran je kao posljednja faza kruga audio pojačala.

UČESTALI ODGOVOR KOLA:

Kapacitet ima dominantnu ulogu u oblikovanju vremenskog i frekvencijskog odziva modernih elektroničkih sklopova. Opsežno i detaljno eksperimentalno istraživanje provedeno je kao uloga različitih kondenzatora u krugu pojačala MOSFET-a s malim signalom.

Poseban naglasak dat je rješavanju osnovnih pitanja koja uključuju kapacitete u MOSFET pojačalima, a ne mijenjanju dizajna. Za eksperiment su korištena tri različita n-kanalna MOSFET-a za poboljšanje (model 2N7000, u daljnjem tekstu MOS-1, MOS-2 i MOS-3) proizvođača Motorola Inc. Studija otkriva nekoliko važnih novih značajki pojačala. To ukazuje na to da se u dizajnu MOS pojačala s malim signalom nikada ne smije uzeti zdravo za gotovo da spojni i zaobilazni kondenzatori djeluju kao kratki spoj i nemaju utjecaja na izmjenični i ulazni napon. Zapravo, oni doprinose razinama napona koje se vide i na ulaznom i na izlaznom priključku pojačala. Kada se razumno odaberu za operacije spajanja i zaobilaženja, oni diktiraju stvarni napon pojačala pojačala na različitim frekvencijama ulaznog signala.

Donja granična frekvencija ovisi o vrijednostima spojnih i zaobilaznih kondenzatora, dok je gornja granična vrijednost rezultat kapaciteta šanta. Ovaj ranžirni kapacitet je lutajući kapacitet prisutan između spojeva tranzistora.

Kapacitet je dat formulom.

C = (Područje * Ebsilon) / udaljenost (4)

Vrijednost kondenzatora je odabrana tako da je izlazna širina pojasa između 100-10KHz i signal iznad i ispod ove frekvencije je prigušen.

Figure:

Slika.1 MOSFET sklop pristran prema razdjelniku

Slika.2 Krug pojačala snage pomoću BJT -a

Slika.3 Frekvencijski odziv MOSFET -a

Korak 3: Implementacija softvera i hardvera

Krug je projektiran i simuliran na PROTEUS softveru kao što je prikazano na slici 4. Isti je krug implementiran na PCB -u i korištene su iste komponente.

Svi otpornici imaju nazivnu snagu 1 W, a kondenzatori 50 V kako bi se izbjegla oštećenja.

Popis korištenih komponenti naveden je u nastavku:

R1, R5, R9 = 1MΩ

R2, R6, R11 = 68Ω

R3, R7, R10 = 230KΩ

R4, R8, R12 = 1KΩ

R13, R14 = 10KΩ

C1, C2, C3, C4, C5 = 4,7 µF

C6, C7 = 1,5 µF

Q1, Q2, Q3 = 2N7000

Q4 = TIP122

Q5 = SAVJET127

Krug se jednostavno sastoji od tri stupnja pojačanja spojena kaskadno.

Stepeni pojačanja povezani su putem RC spojnice. RC sprega najraširenija je metoda spajanja u višestupanjskim pojačalima. U ovom slučaju otpor R je otpornik spojen na izvoru, a kondenzator C spojen je između pojačala. Naziva se i kondenzator za blokiranje jer blokira istosmjerni napon. Ulaz nakon prolaska kroz ove stupnjeve doseže stupanj napajanja. Stupanj napajanja koristi BJT tranzistore (jedan npn i jedan pnp). Zvučnik je spojen na izlaz ove faze i dobivamo pojačani audio signal. Signal koji se daje krugu za simulaciju je 10mV sin val, a izlaz na zvučniku je 2.72 V sin sin val.

FIGURE:

Slika.4 PROTEUS sklop

Slika.5 Faza pojačanja

Slika.6 Stupanj napajanja

Slika.7 Izlaz stupnja pojačanja 1 (dobitak = 7)

Slika.8 Izlaz stupnja pojačanja 2 (dobitak = 6,92)

Slika.9 Izlaz stupnja pojačanja 3 (dobitak = 6,35)

Slika.10 Izlaz iz tri stupnja pojačanja (ukupni dobitak = 308)

Slika.11 Izlaz na zvučniku

Korak 4: Raspored PCB -a

Krug prikazan na slici 4 implementiran je na PCB -u.

Gore su neki isječci softverskog dizajna PCB -a

FIGURE:

Slika.12 Raspored PCB -a

Slika.13 Raspored PCB -a (pdf)

Slika.14 3D prikaz (TOP VIEW)

Slika.15 3D prikaz (BOTTOM VIEW)

Slika 16 Hardver (BOTTOM VIEW) Pogled odozgo već je prisutan na prvoj slici

Korak 5: Zaključak

Koristeći visoko pojačanje i visoku ulaznu impedanciju kratkoskanalnih MOSFET -ova, osmišljen je jednostavan sklop koji osigurava dovoljan pogon za pojačala do 0,5 W izlazne snage.

Nudi izvedbu koja zadovoljava kriterije za visokokvalitetnu reprodukciju zvuka. Važne primjene uključuju razglas, sustave za pojačanje kazališnog i koncertnog zvuka i domaće sustave kao što su stereo ili sustav kućnog kina.

Instrumentalna pojačala uključujući gitarska pojačala i električna pojačala s tipkovnicom također koriste audio pojačala.

Korak 6: Posebna hvala

Posebno zahvaljujem prijateljima koji su mi pomogli u postizanju rezultata ovog projekta.

Nadam se da ste uživali u ovom uputstvu. Za bilo kakvu pomoć, bilo bi mi drago ako komentirate.

Budi blagoslovljen. Vidimo se:)

Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET

Lahore, Pakistan