Obsah:
2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-13 06:58
Ahojte chlapi!
Tento projekt je návrhom a implementáciou zosilňovača zvuku s nízkym výkonom pomocou systému MOSFET. Konštrukcia je taká jednoduchá, ako by mohla byť a komponenty sú ľahko dostupné. Píšem tento návod, pretože som sám zažil veľa problémov pri hľadaní užitočného materiálu týkajúceho sa projektu a jednoduchej metódy na implementáciu.
Dúfam, že vás čítanie návodov baví a som si istý, že vám to pomôže.
Krok 1: Úvod
"Zosilňovač zvuku (alebo koncový zosilňovač) je elektronický zosilňovač, ktorý zosilňuje nízkoenergetické, nepočuteľné elektronické zvukové signály, ako je signál z rádiového prijímača alebo snímača elektrickej gitary, na úroveň, ktorá je dostatočne silná na ovládanie reproduktorov alebo slúchadiel."
Patria sem zosilňovače používané v domácich audio systémoch a zosilňovače hudobných nástrojov, ako sú gitarové zosilňovače.
Zosilňovač zvuku vynašiel v roku 1909 Lee De Forest, keď vynašiel triodovú vákuovú trubicu (alebo „ventil“v britskej angličtine). Trióda bola tri koncové zariadenia s riadiacou mriežkou, ktoré môžu modulovať tok elektrónov z vlákna na dosku. Triodový vákuový zosilňovač bol použitý na výrobu prvého AM rádia. Skoré zosilňovače zvuku boli založené na elektrónkach. Zatiaľ čo sa v dnešnej dobe používajú zosilňovače na báze tranzistorov, ktoré sú ľahšie, spoľahlivejšie a vyžadujú menej údržby ako elektrónkové zosilňovače. Aplikácie pre zosilňovače zvuku zahŕňajú domáce audio systémy, zosilňovače koncertov a divadelných zvukov a systémy miestneho rozhlasu. Zvuková karta v osobnom počítači, každý stereo systém a každý systém domáceho kina obsahuje jeden alebo niekoľko zosilňovačov zvuku. Medzi ďalšie aplikácie patria prístrojové zosilňovače, ako sú gitarové zosilňovače, profesionálne a amatérske mobilné rádiá a prenosné spotrebné výrobky, ako sú hry a detské hračky. Tu uvedený zosilňovač používa mosfety na dosiahnutie požadovaných špecifikácií zvukového zosilňovača. Zisk a výkonový stupeň sa v návrhu používajú na dosiahnutie požadovaného zisku a šírky pásma.
Krok 2: Návrh a niektoré dôležité fázy zosilňovača
Špecifikácia zosilňovača zahŕňa:
Výkon 0,5 W
Šírka pásma 100 Hz-10 kHz
ZÍSKANIE OBVODU: Prvým cieľom je dosiahnuť značný energetický zisk, ktorý je dostatočný na to, aby na výstupe cez reproduktory bol zvukový signál bez šumu. Na dosiahnutie tohto cieľa boli v zosilňovači použité nasledujúce stupne:
1. Fáza zosilnenia: Fáza zosilnenia využíva predpätý obvod zosilňovača mosfet s deličom potenciálu. Predpätý obvod rozdeľovača potenciálov je znázornený na obrázku 1.
Jednoducho zosilňuje vstupný signál a vytvára zisk podľa rovnice (1).
Zisk = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)
Tu R1 a R2 sú vstupné odpory, rs je odpor zdroja, RD je odpor medzi predpätím napätia a odtokom a RL je odpor zaťaženia.
gm je transkonduktancia, ktorá je definovaná ako pomer zmeny odtokového prúdu k zmene napätia v bráne.
Udáva sa ako
gm = Delta (ID) / delta (VGS) (2)
Aby sa dosiahol požadovaný zisk, tri kaskádové obvody s predpätým potenciálom boli kaskádovane zapojené do série a celkový zisk je súčinom ziskov jednotlivých fáz.
Celkový zisk = A1*A2*A3 (3)
Kde A1, A2 a A3 sú zisky z prvého, druhého a tretieho stupňa.
Stupne sú navzájom izolované pomocou prepojených kondenzátorov, ktorými je RC väzba.
2. Power Stage: Zosilňovač push pull je zosilňovač, ktorý má koncový stupeň, ktorý môže cez záťaž prenášať prúd v oboch smeroch.
Výstupný stupeň typického zosilňovača typu push -pull pozostáva z dvoch identických BJT alebo MOSFET, z ktorých jeden prúdi prúdom cez záťaž, zatiaľ čo druhý znižuje prúd zo záťaže. Zosilňovače push -pull sú z hľadiska skreslenia a výkonu lepšie ako zosilňovače s jedným koncom (pomocou jedného tranzistora na výstupe na riadenie záťaže). Jednostranný zosilňovač, ako dobre môže byť navrhnutý, určite spôsobí určité skreslenie v dôsledku nelinearity jeho dynamických prenosových charakteristík.
Push zosilňovače sa bežne používajú v situáciách, kde je požadované nízke skreslenie, vysoká účinnosť a vysoký výstupný výkon.
Základná prevádzka zosilňovača push -pull je nasledovná:
"Signál, ktorý sa má zosilniť, je najskôr rozdelený na dva identické signály o 180 ° mimo fázy. Toto rozdelenie sa spravidla vykonáva pomocou vstupného väzbového transformátora. Vstupný spojovací transformátor je usporiadaný tak, že jeden signál je aplikovaný na vstup jedného tranzistora a iný signál je privedený na vstup druhého tranzistora."
Výhody zosilňovača push pull sú nízke skreslenie, absencia magnetického nasýtenia v jadre spojovacieho transformátora a zrušenie zvlnenia napájacieho zdroja, čo má za následok absenciu šumu, pričom nevýhodou je potreba dvoch identických tranzistorov a požiadavka na objemné a nákladné prepojenie. transformátory. Stupeň zosilnenia výkonu bol kaskádovo zaradený ako konečný stupeň obvodu zosilňovača zvuku.
FREKVENČNÁ ODPOVEĎ NA OBVOD:
Kapacita hrá dominantnú úlohu pri formovaní časovej a frekvenčnej odozvy moderných elektronických obvodov. Rozsiahle a hĺbkové experimentálne skúmanie bolo vykonané za úlohu rôznych kondenzátorov v obvode zosilňovača MOSFET s malým signálom.
Osobitný dôraz bol kladený na riešenie základných problémov zahŕňajúcich kapacity v zosilňovačoch MOSFET, a nie na úpravu dizajnu. Na experiment boli použité tri rôzne vylepšené n-kanálové MOSFETy (model 2N7000, ďalej len MOS-1, MOS-2 a MOS-3) vyrobené spoločnosťou Motorola Inc. Štúdia odhaľuje niekoľko dôležitých nových vlastností zosilňovačov. Znamená to, že pri konštrukcii zosilňovačov MOS s malým signálom by sa nikdy nemalo považovať za samozrejmé, že väzbové a obtokové kondenzátory pôsobia ako skrat a nemajú žiadny vplyv na vstupné a výstupné napätie striedavého prúdu. V skutočnosti prispievajú k úrovniam napätia pozorovaným na vstupnom aj výstupnom porte zosilňovača. Pri rozumnom výbere pre spojovacie a obtokové operácie určujú skutočný napäťový zisk zosilňovača pri rôznych frekvenciách vstupného signálu.
Dolné medzné frekvencie sa riadia hodnotami väzbových a obtokových kondenzátorov, zatiaľ čo horné medzné hodnoty sú výsledkom skratovej kapacity. Táto skratová kapacita je rozptylová kapacita prítomná medzi spojmi tranzistora.
Kapacita je daná vzorcom.
C = (plocha * Ebsilon) / vzdialenosť (4)
Hodnota kondenzátorov je zvolená tak, aby bola výstupná šírka pásma medzi 100 až 10 kHz a signál nad a pod touto frekvenciou bol zoslabený.
Figúrky:
Obrázok.1 Predpätý obvod rozdeľovača potenciálov MOSFET
Obrázok 2 Obvod výkonového zosilňovača pomocou BJT
Obrázok.3 Frekvenčná odozva MOSFET
Krok 3: Implementácia softvéru a hardvéru
Obvod bol navrhnutý a simulovaný v softvéri PROTEUS, ako je znázornené na obrázku 4. Ten istý obvod bol implementovaný na doske plošných spojov a boli použité rovnaké komponenty.
Všetky odpory sú dimenzované na 1 W a kondenzátory na 50 voltov, aby sa zabránilo poškodeniu.
Zoznam použitých komponentov je uvedený nižšie:
R1, R5, R9 = 1 MΩ
R2, R6, R11 = 68Ω
R3, R7, R10 = 230KΩ
R4, R8, R12 = 1KΩ
R13, R14 = 10KΩ
C1, C2, C3, C4, C5 = 4,7 uF
C6, C7 = 1,5 uF
Q1, Q2, Q3 = 2N7000
Q4 = TIP122
Q5 = TIP127
Obvod jednoducho pozostáva z troch fáz zosilnenia zapojených do kaskády.
Ziskové stupne sú spojené pomocou RC spojky. Spojenie RC je najpoužívanejším spôsobom párovania vo viacstupňových zosilňovačoch. V tomto prípade je odpor R odpor zapojený na zdrojovom termináli a kondenzátor C je zapojený medzi zosilňovače. Hovorí sa mu tiež blokovací kondenzátor, pretože blokuje jednosmerné napätie. Vstup po prechode týmito stupňami dosiahne výkonový stupeň. Výkonový stupeň používa tranzistory BJT (jeden npn a jeden pnp). Na výstup z tohto stupňa je zapojený reproduktor a dostaneme zosilnený zvukový signál. Signál daný obvodu na simuláciu je sinusová vlna 10 mV a výstup z reproduktora je sinusová vlna 2,72 V.
OBRÁZKY:
Obrázok 4 Okruh PROTEUS
Obrázok 5 Fáza zisku
Obrázok 6 Power Stage
Obrázok 7 Výstup stupňa zisku 1 (zisk = 7)
Obrázok 8 Výstup stupňa zisku 2 (zisk = 6,92)
Obrázok.9 Výstup stupňa zisku 3 (zisk = 6,35)
Obrázok 10 Výstup z troch fáz zisku (celkový zisk = 308)
Obrázok.11 Výstup na reproduktore
Krok 4: ROZLOŽENIE DPS
Obvod zobrazený na obrázku 4 bol implementovaný na doske plošných spojov.
Vyššie sú uvedené niektoré útržky softvérového dizajnu DPS
OBRÁZKY:
Obrázok.12 Rozloženie DPS
Obrázok 13 Rozloženie DPS (pdf)
Obrázok.14 3D zobrazenie (TOP POHĽAD)
Obrázok.15 3D zobrazenie (BOTTOM VIEW)
Obrázok 16 Hardvér (BOTTOM VIEW) Pohľad zhora už na prvom obrázku
Krok 5: Záver
Využitím vysokého zisku a vysokej vstupnej impedancie MOSFETov s krátkym kanálom výkonu bol navrhnutý jednoduchý obvod, ktorý poskytuje dostatočný pohon pre zosilňovače až do výkonu 0,5 wattu.
Ponúka výkon, ktorý spĺňa kritériá pre vysoko kvalitnú reprodukciu zvuku. Medzi dôležité aplikácie patria systémy miestneho rozhlasu, systémy zosilnenia zvuku v divadlách a na koncertoch a domáce systémy, ako napríklad stereo alebo systém domáceho kina.
Prístrojové zosilňovače vrátane gitarových zosilňovačov a elektrických klávesových zosilňovačov tiež používajú zvukové zosilňovače.
Krok 6: Osobitné poďakovanie
Osobitne ďakujem priateľom, ktorí mi pomohli dosiahnuť výsledky tohto projektu.
Dúfam, že sa vám tento návod páčil. Za akúkoľvek pomoc budem rád, ak sa vyjadríte.
Ostaň požehnaný. Vidíme sa:)
Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET
Lahore, Pakistan