MOSFET AUDIO AMPLIFIER (Аз ызы -чуу жана жогорку киреше): 6 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Салам балдар!

Бул долбоор MOSFETтин жардамы менен аз кубаттуу аудио күчөткүчтү иштеп чыгуу жана ишке ашыруу. Дизайн мүмкүн болушунча жөнөкөй жана компоненттери оңой жеткиликтүү. Мен бул көрсөтмөнү жазып жатам, анткени мен долбоорго байланыштуу пайдалуу материалдарды жана ишке ашыруунун оңой ыкмасын табууда көп кыйынчылыктарга туш болгом.

Көрсөтмөлөрдү окуу сизге жагат деп ишенем жана бул сизге жардам берет деп ишенем.

1 -кадам: Киришүү

"Аудио күчөткүч (же күчөткүч)-бул аз кубаттуу, угулбай турган электрондук аудио сигналдарды, мисалы радио кабылдагычтан же электр гитаранын пикапынан үн күчөткүчтөрдү же наушниктерди айдоого жетиштүү деңгээлге чейин күчөтүүчү электрондук күчөткүч."

Бул үй аудио тутумдарында колдонулган күчөткүчтөрдү жана гитара күчөткүчтөрү сыяктуу музыкалык инструменттердин күчөткүчтөрүн камтыйт.

Аудио күчөткүч 1909 -жылы Ли Де Форест тарабынан триоддук вакуум түтүгүн (же британиялык англисче "клапан") ойлоп табылганда ойлоп табылган. Триод жиптен пластинкага электрондордун агымын модуляциялай турган башкаруу торчосу бар үч терминалдык түзмөк болгон. Триоддук вакуумдук күчөткүч биринчи AM радиосун жасоо үчүн колдонулган. Алгачкы аудио күчөткүчтөр вакуумдук түтүктөргө негизделген. Ал эми, учурда транзисторго негизделген күчөткүчтөр жеңил, ишенимдүү жана түтүк күчөткүчтөргө караганда азыраак тейлөөнү талап кылат. Аудио күчөткүчтөр үчүн колдонмолорго үйдөгү аудио системалар, концерттик жана театралдык үндөрдү күчөтүү жана жалпыга маалымдоо системалары кирет. Жеке компьютердеги үн картасы, ар бир стерео системасы жана ар бир үй кинотеатры системасы бир же бир нече аудио күчөткүчтөрдү камтыйт. Башка колдонмолорго гитара күчөткүчтөрү, аспаптык күчөткүчтөр, профессионалдуу жана ышкыбоздук радио жана оюндар жана балдар оюнчуктары сыяктуу көчмө керектөө продуктулары кирет. Бул жерде көрсөтүлгөн күчөткүч аудио күчөткүчтүн керектүү спецификациясына жетүү үчүн mosfetsти колдонот. Талап кылынган кирешеге жана өткөрүү жөндөмүнө жетүү үчүн дизайнда киреше жана күч стадиясы колдонулат.

2 -кадам: Дизайн жана кээ бир маанилүү күчөткүч стадиялар

Күчөткүчтүн өзгөчөлүктөрү төмөнкүлөрдү камтыйт:

Power чыгаруу 0,5 W.

Өткөрүү жөндөмдүүлүгү 100 Гц-10 КГц

АЙЛАНУУНУН КЕЛИШИ: Биринчи максат - динамиктер аркылуу чыгууда ызы -чуусуз аудио сигнал берүү үчүн жетиштүү болгон бир топ кубаттуулукка жетүү. Бул үчүн күчөткүчтө төмөнкү баскычтар колдонулган:

1. Gain этап: пайда стадиясында потенциалдуу бөлүүчү бир жактуу mosfet күчөткүч схемасы колдонулат. Потенциалдуу бөлүүчү тараптуу схема 1 -сүрөттө көрсөтүлгөн.

Бул жөн гана кирүү сигналын күчөтөт жана (1) теңдемеге ылайык пайда келтирет.

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

Бул жерде, R1 жана R2 - бул кириш каршылыгы, rs - булактын каршылыгы, RD - бир жактуу чыңалуу менен дренаждын ортосундагы каршылык, ал эми RL - жүктүн каршылыгы.

gm - өткөргүчтүк, ал дренаждык токтун өзгөрүүсүнүн дарбазанын чыңалуусуна болгон катышы катары аныкталат.

Ал катары берилет

gm = Delta (ID) / дельта (VGS) (2)

Каалаган кирешени алуу үчүн үч потенциалдуу бөлүүчү бир жактуу схемалар каскаддалган жана жалпы киреше жеке этаптардын кирешелеринин продуктусу болуп саналат.

Жалпы киреше = A1*A2*A3 (3)

Бул жерде, A1, A2 жана A3 тиешелүүлүгүнө жараша биринчи, экинчи жана үчүнчү этаптын кирешелери.

Этаптар бири -биринен RC кошкучу болгон конденсаторлордун жардамы менен бөлүнүп алынат.

2. Күч стадиясы: Түртүүчү күчөткүч - бул жүктөө аркылуу эки тарапка токту айдай ала турган чыгуу стадиясына ээ болгон күчөткүч.

Кадимки түртүүчү күчөткүчтүн чыгуу стадиясы эки бирдей BJT же MOSFETтен турат, бири жүктү ток менен камсыз кылат, экинчиси жүктү токтон чөгөт. Түртүү күчөткүчтөрү бир учтуу күчөткүчтөрдөн (жүктү айдап чыгуу үчүн бир транзисторду колдонуп) бурмалоо жана иштөө жагынан жогору. Бир бүткөн күчөткүч, анын канчалык жакшы иштелип чыгышы динамикалык өткөрүп берүү мүнөздөмөлөрүнүн сызыктуу болбогондугуна байланыштуу, кандайдыр бир бурмалоолорду киргизет.

Push pull amplifiers көбүнчө аз бурмалоо, жогорку эффективдүүлүк жана жогорку чыгаруу күчү талап кылынган учурларда колдонулат.

Түртүүчү күчөткүчтүн негизги иши төмөнкүчө:

"Күчөтүлө турган сигнал алгач фазадан 180 ° эки окшош сигналга бөлүнөт. Негизинен бул бөлүнүү кирүүчү кошкуч трансформатордун жардамы менен ишке ашат. Кирүүчү кошкуч трансформатору ушунчалык иреттелген, бир сигнал бир транзистордун киришине колдонулат. башка сигнал башка транзистордун киришине колдонулат."

Түртүүчү күчөткүчтүн артыкчылыктары төмөн бурмалоо, бириктирүүчү трансформатордун өзөгүндө магниттик каныкуунун жоктугу жана электр менен камсыздоонун толкундарынын жоктугу, мунун үнү жок, ал эми кемчиликтери эки бирдей транзистордун муктаждыгы жана көлөмдүү жана кымбат кошкучтун талабы. трансформаторлор. Аудио күчөткүч схемасынын акыркы баскычы катары кубат алуу стадиясы каскаддалды.

ЦИРКТИН ЖЫЛДЫГЫНА ЖООП:

Сыйымдуулук заманбап электрондук схемалардын убактысын жана жыштыгын калыптандырууда башкы ролду ойнойт. Кичине сигналдуу MOSFET күчөткүч схемасында ар кандай конденсаторлордун ролу кеңири жана терең эксперименталдык иликтөө жүргүзүлдү.

Өзгөчө басым дизайнды өзгөртүүгө эмес, MOSFET күчөткүчтөрүнүн сыйымдуулугуна байланышкан негизги маселелерди чечүүгө багытталган. Эксперимент үчүн Motorola Inc. тарабынан чыгарылган n-канал MOSFETs (2N7000 модели, мындан ары MOS-1, MOS-2 жана MOS-3 деп аталат) үч башка жакшыртылышы колдонулду. Изилдөө күчөткүчтөрдүн бир нече маанилүү жаңы өзгөчөлүктөрүн ачат. Бул кичинекей сигналдуу MOS күчөткүчтөрдүн дизайнында кошуу жана айланып өтүүчү конденсаторлордун кыска туташуу катары иштээрин жана AC киришине жана чыгышына эч кандай таасири жок экенин эч качан кабыл албоо керек экенин көрсөтүп турат. Чындыгында, алар күчөткүчтүн кириш жана чыгуу портундагы чыңалуу деңгээлине салым кошот. Кошуу жана айланып өтүү операциялары үчүн акылдуулук менен тандалганда, алар кирүүчү сигналдын ар кандай жыштыктарында күчөткүчтүн чыныгы чыңалуусун жогорулатышат.

Төмөнкү кесүү жыштыктары бириктирүүчү жана айланып өтүүчү конденсаторлордун мааниси менен башкарылат, ал эми жогорку кесүү шунт сыйымдуулугунун натыйжасы. Бул шунттун сыйымдуулугу - транзистордун түйүндөрүнүн ортосундагы адашкан сыйымдуулук.

Сыйымдуулугу формула боюнча берилет.

C = (Аймак * Эбсилон) / аралык (4)

Конденсаторлордун мааниси чыгуунун өткөрүү жөндөмдүүлүгү 100-10КГцтин ортосунда тандалып алынат жана бул жыштыктын үстүндөгү жана астындагы сигнал өчүрүлөт.

Фигуралар:

Figure.1 Потенциалдуу бөлүүчү Biased MOSFET схемасы

Figure.2 Power Amplifier Circuit BJT колдонуу

Figure.3 MOSFETтин Frequency Response

3 -кадам: Программалык камсыздоону жана аппараттык камсыздоону ишке ашыруу

Район 4 -сүрөттө көрсөтүлгөндөй PROTEUS программасында иштелип чыккан жана окшоштурулган. Ошол эле схема ПХБда ишке ашырылган жана ошол эле компоненттер колдонулган.

Бардык резисторлор 1 Ваттка жана конденсаторлор 50 вольтко зыян келтирбөө үчүн бааланат.

Колдонулган компоненттердин тизмеси төмөндө келтирилген:

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

Район жөн гана каскадда туташкан үч киреше баскычынан турат.

Gain этаптары RC кошкучу аркылуу туташат. RC кошкучу - көп баскычтуу күчөткүчтөрдө кошуунун эң кеңири колдонулган ыкмасы. Бул учурда R Resistance булагы терминалга туташкан резистор жана күчөткүчтөрдүн ортосунда C конденсатору туташкан. Ал ошондой эле тоскоолдук конденсатор деп аталат, анткени ал DC чыңалуусун бөгөйт. Бул этаптардан өткөндөн кийин киргизүү күч стадиясына жетет. Күч стадиясында BJT транзисторлору колдонулат (бири npn жана бир pnp). Катуу сүйлөмө бул этаптын чыгышына туташкан жана биз күчөтүлгөн аудио сигналын алабыз. Симуляция үчүн схемага берилген сигнал - бул 10мВ син толкуну, ал эми үн күчөткүчтүн чыгышы 2.72 В син толкуну.

ФИГУРАЛАР:

Figure.4 PROTEUS микросхемасы

Figure.5 Gain Stage

Figure.6 Power Stage

Figure.7 пайда этап 1 Output (Gain = 7)

Figure.8 пайда этап 2 Output (Gain = 6.92)

Figure.9 пайда этап 3 чыгуу (Gain = 6.35)

Figure.10 үч пайда этаптары Output (Total Gain = 308)

Figure.11 Катуу сүйлөткүчтүн чыгышы

4 -кадам: PCB LAYOUT

Figure 4тө көрсөтүлгөн схема ПХБда ишке ашырылган.

Жогоруда ПХБнын программалык камсыздоонун айрым үзүндүлөрү бар

ФИГУРАЛАР:

Figure12 PCB макети

Figure.13 PCB макети (pdf)

Figure.14 3D View (TOP VIEW)

Figure.15 3D көрүнүшү (ТҮМӨН КӨРҮҮ)

Figure 16 Аппараттык жабдыктар (ТҮМӨНДӨГҮ КӨРҮНҮШ) Биринчи сүрөттө мурунтан эле бар

5 -кадам: Жыйынтык

Кыска канал кубаттуулугунун жогорку кирешесин жана жогорку кирүү импедансын колдонуп, 0,5 ваттка чейин күчөткүчтөр үчүн жетиштүү дискти камсыз кылуу үчүн жөнөкөй схема иштелип чыккан.

Бул жогорку сапаттагы аудио репродукциялоо критерийлерине жооп берген аткарууну сунуштайт. Маанилүү тиркемелерге жалпыга маалымдоо системалары, театралдык жана концерттик үн күчөтүү системалары жана стерео же үй театры системасы сыяктуу тиричилик системалары кирет.

Аспап күчөткүчтөрү, анын ичинде гитара күчөткүчтөрү жана электрдик клавиатура күчөткүчтөрү да аудио күчөткүчтөрдү колдонушат.

6 -кадам: Өзгөчө рахмат

Бул долбоордун жыйынтыктарына жетишиме жардам берген досторума өзгөчө ыраазычылык билдирем.

Бул көрсөтмө сизге жакты деп ишенем. Кандайдыр бир жардам үчүн, эгер сиз комментарий берсеңиз жакшы болмок.

Кут болсун. Көрүшкөнчө:)

Тахир Ул Хак, EE DEPT, UET

Лахор, Пакистан