„MOSFET“garso stiprintuvas (mažas triukšmas ir didelis stiprinimas): 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Sveiki bičiuliai!

Šis projektas yra mažos galios garso stiprintuvo, naudojant MOSFET, projektavimas ir įgyvendinimas. Dizainas yra toks paprastas, koks galėtų būti, ir sudedamosios dalys yra lengvai prieinamos. Rašau tai pamokomu būdu, nes pati patyriau daug sunkumų ieškant naudingos medžiagos apie projektą ir lengvo įgyvendinimo metodo.

Tikiuosi, kad jums patiks skaityti instrukcijas ir esu įsitikinęs, kad tai jums padės.

1 žingsnis: Įvadas

„Garso stiprintuvas (arba galios stiprintuvas) yra elektroninis stiprintuvas, stiprinantis mažos galios, negirdimus elektroninius garso signalus, tokius kaip signalas iš radijo imtuvo ar elektrinės gitaros, iki pakankamai stipraus, kad būtų galima valdyti garsiakalbius ar ausines.

Tai apima ir namų garso sistemose naudojamus stiprintuvus, ir muzikos instrumentų stiprintuvus, tokius kaip gitaros stiprintuvai.

Garso stiprintuvą 1909 metais išrado Lee De Forest, išradęs triodinį vakuuminį vamzdelį (arba „vožtuvą“britų anglų kalba). Triodas buvo trijų galų įtaisas su valdymo tinkleliu, galinčiu modifikuoti elektronų srautą iš gijos į plokštelę. Triodinis vakuuminis stiprintuvas buvo naudojamas pirmam AM radijui gaminti. Ankstyvieji garso stiprintuvai buvo pagrįsti vakuuminiais vamzdeliais. Kadangi dabar naudojami tranzistoriniai stiprintuvai, kurie yra lengvesni, patikimesni ir reikalauja mažiau priežiūros nei vamzdiniai stiprintuvai. Garso stiprintuvų taikymo sritys apima namų garso sistemas, koncertų ir teatro garso stiprinimo bei viešojo garso sistemas. Garso plokštėje asmeniniame kompiuteryje, kiekvienoje stereo sistemoje ir kiekvienoje namų kino sistemoje yra vienas ar keli garso stiprintuvai. Kitos programos apima instrumentinius stiprintuvus, tokius kaip gitaros stiprintuvai, profesionalus ir mėgėjiškas mobilusis radijas ir nešiojamieji plataus vartojimo gaminiai, tokie kaip žaidimai ir vaikų žaislai. Čia pateiktas stiprintuvas naudoja „mosfets“norimoms garso stiprintuvo specifikacijoms pasiekti. Projektavimo metu naudojama stiprinimo ir galios pakopa, kad būtų pasiektas reikiamas padidėjimas ir pralaidumas.

2 žingsnis: dizainas ir kai kurie svarbūs stiprintuvo etapai

Stiprintuvo specifikacijos apima:

Išėjimo galia 0,5 W.

Pralaidumas 100Hz-10KHz

SĄLYGOS ĮGYVENDINIMAS: Pirmasis tikslas yra pasiekti didelį galios padidėjimą, kurio pakanka, kad garso signalas būtų išvestas per garsiakalbius. Norėdami tai pasiekti, stiprintuve buvo naudojami šie etapai:

1. Gain Stage: stiprinimo etapas naudoja potencialų daliklio šališką „Mosfet“stiprintuvo grandinę. Potenciali daliklio šališka grandinė parodyta 1 paveiksle.

Jis tiesiog sustiprina įvesties signalą ir sukuria padidėjimą pagal (1) lygtį.

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

Čia R1 ir R2 yra įvesties varžos, rs yra šaltinio varža, RD yra atsparumas tarp šališkosios įtampos ir nutekėjimo, o RL yra atsparumas apkrovai.

gm yra laidumas, kuris apibrėžiamas kaip nutekėjimo srovės pokyčio ir vartų įtampos pokyčio santykis.

Jis pateikiamas kaip

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

Norint gauti norimą pelną, trys potencialios daliklio šališkos grandinės buvo sujungtos nuosekliai, o bendras pelnas yra atskirų etapų pelno produktas.

Bendras pelnas = A1*A2*A3 (3)

Kur A1, A2 ir A3 yra atitinkamai pirmojo, antrojo ir trečiojo etapų pelnas.

Etapai yra izoliuoti vienas nuo kito, naudojant tarpusavyje sujungtus kondensatorius, kurie yra RC jungtis.

2. Maitinimo etapas: stūmimo stiprintuvas yra stiprintuvas, turintis išėjimo pakopą, galinčią perkelti apkrovą bet kuria kryptimi.

Tipinio stumiamojo stiprintuvo išėjimo pakopą sudaro du identiški BJT arba MOSFET, iš kurių viena tiekia srovę per apkrovą, o kita - srovę nuo apkrovos. „Push pull“stiprintuvai yra pranašesni už vieno galo stiprintuvus (naudojant vieną tranzistorių išėjime apkrovai valdyti) iškraipymų ir našumo požiūriu. Vieno galo stiprintuvas, koks jis gali būti suprojektuotas, tikrai sukels tam tikrų iškraipymų dėl jo dinaminių perdavimo charakteristikų nelinijiškumo.

„Push pull“stiprintuvai dažniausiai naudojami situacijose, kai reikalingas mažas iškraipymas, didelis efektyvumas ir didelė išėjimo galia.

Pagrindinė stūmimo stiprintuvo funkcija yra tokia:

"Stiprinamas signalas pirmiausia padalijamas į du identiškus signalus 180 ° nuo fazės. Paprastai šis skaidymas atliekamas naudojant įvesties jungties transformatorių. Įvesties jungimo transformatorius yra išdėstytas taip, kad vienas signalas būtų taikomas vieno tranzistoriaus įėjimui ir į kito tranzistoriaus įvestį nukreipiamas kitas signalas."

„Push pull“stiprintuvo pranašumai yra maži iškraipymai, magnetinio prisotinimo nebuvimas jungiamojo transformatoriaus šerdyje ir maitinimo šaltinio raibulių atšaukimas, dėl kurio nebūna dūzgimo, o trūkumai yra dviejų vienodų tranzistorių poreikis ir didelių ir brangių jungčių reikalavimas. transformatoriai. Galios padidinimo etapas buvo pakopinis kaip paskutinis garso stiprintuvo grandinės etapas.

GRANDINĖS DARŽO ATSAKYMAS:

Talpa vaidina svarbų vaidmenį formuojant šiuolaikinių elektroninių grandinių reakciją į laiką ir dažnį. Buvo atliktas išsamus ir nuodugnus eksperimentinis tyrimas įvairių kondensatorių vaidmuo mažo signalo MOSFET stiprintuvo grandinėje.

Ypatingas dėmesys buvo skirtas pagrindinėms problemoms, susijusioms su MOSFET stiprintuvų talpomis, spręsti, o ne modifikuoti dizainą. Eksperimentui buvo naudojami trys skirtingi patobulinti n-kanalų MOSFET (2N7000 modelis, toliau vadinamas MOS-1, MOS-2 ir MOS-3), kuriuos pagamino „Motorola Inc. Tyrimas atskleidžia keletą svarbių naujų stiprintuvų savybių. Tai rodo, kad projektuojant mažo signalo MOS stiprintuvus niekada neturėtų būti laikoma savaime suprantamu dalyku, kad sukabinimo ir apėjimo kondensatoriai veikia kaip trumpasis jungimas ir neturi įtakos kintamosios srovės įėjimo ir išėjimo įtampai. Tiesą sakant, jie prisideda prie įtampos lygio, matomo stiprintuvo įvesties ir išvesties prievade. Tinkamai parinkus sujungimo ir apėjimo operacijas, jie diktuoja faktinį stiprintuvo įtampos padidėjimą įvairiais įvesties signalo dažniais.

Apatinius išjungimo dažnius lemia sukabinimo ir apėjimo kondensatorių vertės, tuo tarpu viršutinė riba yra šunto talpos rezultatas. Ši šunto talpa yra klaida, esanti tarp tranzistoriaus jungčių.

Talpa pateikiama pagal formulę.

C = (Plotas * Ebsilonas) / atstumas (4)

Kondensatorių vertė parenkama taip, kad išėjimo dažnių juostos plotis būtų nuo 100 iki 10KHz, o signalas virš ir žemiau šio dažnio būtų susilpnintas.

Skaičiai:

1 pav. Potencialaus skirstytuvo šališka MOSFET grandinė

2 pav. Galios stiprintuvo grandinė naudojant BJT

3 pav. MOSFET dažnio atsakas

3 žingsnis: programinės įrangos ir aparatinės įrangos diegimas

Grandinė buvo suprojektuota ir imituota naudojant PROTEUS programinę įrangą, kaip parodyta 4 paveiksle. Ta pati grandinė buvo įdiegta ant PCB ir buvo naudojami tie patys komponentai.

Visi rezistoriai yra skirti 1 vatui, o kondensatoriai - 50 voltų, kad būtų išvengta žalos.

Naudotų komponentų sąrašas pateiktas žemiau:

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 = PATARIMAS122

Q5 = PATARIMAS127

Grandinę sudaro tik trys stiprinimo etapai, sujungti kaskadoje.

Stiprinimo pakopos yra sujungtos per RC jungtį. RC jungtis yra plačiausiai naudojamas daugiapakopių stiprintuvų sujungimo būdas. Šiuo atveju varža R yra rezistorius, prijungtas prie šaltinio gnybto, o kondensatorius C yra prijungtas tarp stiprintuvų. Jis taip pat vadinamas blokuojančiu kondensatoriumi, nes jis blokuoja nuolatinę įtampą. Įėjimas po šių etapų pasiekia galios pakopą. Maitinimo etape naudojami BJT tranzistoriai (vienas npn ir vienas pnp). Garsiakalbis yra prijungtas prie šio etapo išvesties ir mes gauname sustiprintą garso signalą. Simuliacijos grandinei duodamas signalas yra 10 mV sin banga, o garsiakalbio išėjimas yra 2,72 V sin banga.

PAVEIKSLAI:

4 pav. PROTEUS grandinė

5 pav. Gain Stage

6 pav. Maitinimo etapas

7 pav. 1 stiprinimo etapo išėjimas (stiprinimas = 7)

8 pav. 2 stiprinimo etapo išėjimas (padidėjimas = 6,92)

9 pav. 3 stiprinimo etapo išėjimas (padidėjimas = 6,35)

10 pav. Trijų stiprinimo etapų išvestis (bendras padidėjimas = 308)

11 pav. Garsiakalbio išvestis

4 žingsnis: PCB išdėstymas

Grandinė, parodyta 4 paveiksle, buvo įdiegta ant PCB.

Aukščiau yra keletas PCB programinės įrangos dizaino fragmentų

PAVEIKSLAI:

12 pav. PCB išdėstymas

13 pav. PCB išdėstymas (pdf)

14 pav. 3D vaizdas (Viršutinis vaizdas)

15 pav. 3D vaizdas (BOTTOM VIEW)

16 pav. Techninė įranga (BOTTOM VIEW) Vaizdas iš viršaus jau yra pirmame paveikslėlyje

5 žingsnis: Išvada

Naudojant trumpųjų kanalų galios MOSFET didelį stiprumą ir didelę įėjimo varžą, buvo sukurta paprasta grandinė, skirta pakankamai stiprintuvams iki 0,5 vatų išvesties.

Jis siūlo našumą, atitinkantį aukštos kokybės garso atkūrimo kriterijus. Svarbios programos yra viešojo garso sistemos, teatro ir koncertų garso stiprinimo sistemos ir buitinės sistemos, tokios kaip stereo ar namų kino sistema.

Prietaisų stiprintuvai, įskaitant gitaros stiprintuvus ir elektrinius klaviatūros stiprintuvus, taip pat naudoja garso stiprintuvus.

6 žingsnis: ypatingas ačiū

Ypač dėkoju draugams, kurie padėjo man pasiekti šio projekto rezultatų.

Tikiuosi, kad jums patiko ši pamoka. Už bet kokią pagalbą, būčiau dėkingas, jei pakomentuotumėte.

Būkite palaiminti. Iki:)

Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET

Lahoras, Pakistanas