MOSFET AUDIO ERŐSÍTŐ (alacsony zaj és nagy erősítés): 6 lépés (képekkel)

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:48

Helló srácok!

Ez a projekt egy kis teljesítményű audioerősítő tervezése és megvalósítása MOSFET -ek használatával. A kialakítás a lehető legegyszerűbb, és az alkatrészek könnyen elérhetők. Tanulságosan írom ezt, mivel magam is sok nehézséget tapasztaltam, mivel nem találtam hasznos anyagot a projektről, és egy egyszerű módszert a megvalósításhoz.

Remélem, élvezni fogja az oktatóanyag olvasását, és biztos vagyok benne, hogy segít.

1. lépés: Bevezetés

"Az audio teljesítményerősítő (vagy teljesítményerősítő) olyan elektronikus erősítő, amely erősíti az alacsony fogyasztású, nem hallható elektronikus audiojeleket, például a rádióvevő vagy az elektromos gitár felvételét olyan szintre, amely elég erős ahhoz, hogy hangszórókat vagy fejhallgatókat vezessen."

Ez magában foglalja mind az otthoni audiorendszerekben használt erősítőket, mind a hangszer -erősítőket, például a gitárerősítőket.

Az erősítőt Lee De Forest találta fel 1909 -ben, amikor feltalálta a triódás vákuumcsövet (vagy angolul "szelepet"). A trióda egy három terminálos eszköz volt egy vezérlőrács segítségével, amely képes modulálni az elektronok áramlását az izzószálról a lemezre. A trióda vákuumerősítővel készítették az első AM rádiót. A korai audioerősítők vákuumcsöveken alapultak. Míg manapság tranzisztor-alapú erősítőket használnak, amelyek könnyebbek, megbízhatóbbak és kevesebb karbantartást igényelnek, mint a csőerősítők. Az audioerősítők alkalmazásai közé tartoznak az otthoni audiorendszerek, a koncert- és színházi hangerősítés és a hangosító rendszerek. A hangkártya egy személyi számítógépben, minden sztereó rendszerben és minden házimozi -rendszerben egy vagy több audió erősítőt tartalmaz. Más alkalmazások közé tartoznak a hangszer -erősítők, például a gitárerősítők, a professzionális és amatőr mobil rádió, valamint a hordozható fogyasztási cikkek, például játékok és gyermekjátékok. Az itt bemutatott erősítő mosfeteket használ az audioerősítő kívánt specifikációinak eléréséhez. Az erősítést és a teljesítményfokozatot a tervezés során alkalmazzák a kívánt erősítés és sávszélesség elérése érdekében.

2. lépés: Tervezés és néhány fontos erősítő szakasz

Az erősítő specifikációi a következők:

Teljesítmény 0,5 W

Sávszélesség 100Hz-10KHz

Az áramkör nyeresége: Az első cél az, hogy jelentős teljesítménynövekedést érjünk el, amely elegendő ahhoz, hogy zajmentes audio jelet adjon a kimeneten a hangszórókon keresztül. Ennek eléréséhez a következő fokozatokat alkalmazták az erősítőben:

1. Gain Stage: Az erősítési fokozat egy potenciális osztó elfogult mosfet erősítő áramkört használ. A potenciális osztó elfogult áramköre az 1. ábrán látható.

Egyszerűen felerősíti a bemeneti jelet, és erősítést eredményez az (1) egyenlet szerint.

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

Itt R1 és R2 a bemeneti ellenállás, rs a forrás ellenállása, RD az ellenállás a feszültség és a leeresztés között, az RL pedig a terhelési ellenállás.

A gm transzkonduktancia, amelyet a leeresztőáram változásának és a kapufeszültség változásának arányaként határozunk meg.

Úgy van megadva

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

A kívánt nyereség eléréséhez három potenciális osztó elfogult áramkört sorba soroltak, és a teljes nyereség az egyes lépések nyereségének szorzata.

Teljes nyereség = A1*A2*A3 (3)

Ahol A1, A2 és A3 az első, a második és a harmadik szakasz nyeresége.

A szakaszokat egymástól összekapcsolt kondenzátorok, azaz RC csatolás segítségével izolálják.

2. Teljesítményfokozat: A push pull erősítő olyan erősítő, amelynek van egy kimeneti fokozatja, amely mindkét irányba képes áramot vezetni a terhelésen keresztül.

Egy tipikus push pull erősítő kimeneti szakasza két azonos BJT -ből vagy MOSFET -ből áll, amelyek közül az egyik a terhelésen keresztül hozza az áramot, míg a másik az áramot a terhelésről. A push pull erősítők torzítás és teljesítmény tekintetében felülmúlják az egyvégű erősítőket (egyetlen tranzisztor használata a kimeneten). Egy végű erősítő, bármilyen jól is tervezhető, biztosan torzulást idéz elő a dinamikus átviteli jellemzőinek nem-linearitása miatt.

A push pull erősítőket általában olyan helyzetekben használják, ahol alacsony torzítás, nagy hatékonyság és nagy kimeneti teljesítmény szükséges.

A push pull erősítő alapvető működése a következő:

"A felerősítendő jelet először két azonos jelre osztják fel, 180 ° -ban a fázison kívül. Általában ez a felosztás egy bemeneti csatoló transzformátor segítségével történik. A bemeneti kapcsoló transzformátor úgy van elrendezve, hogy egy jel egy tranzisztor bemenetére kerül, és más jelet adnak a másik tranzisztor bemenetére."

A push pull erősítő előnyei az alacsony torzítás, a mágneses telítettség hiánya a kapcsoló transzformátor magjában, és a tápfeszültség hullámzásának megszüntetése, ami zümmögés hiányát eredményezi, míg a hátránya két azonos tranzisztor szükségessége, valamint a terjedelmes és költséges csatolás követelménye. transzformátorok. Az erősítő áramkör utolsó lépéseként egy teljesítménynövelési fokozat lépett fel.

AZ ÁRAM GYAKORLATI VÁLASZA:

A kapacitás domináns szerepet játszik a modern elektronikus áramkörök idő- és frekvenciaválaszának alakításában. Széles körű és mélyreható kísérleti vizsgálatot végeztek a különböző kondenzátorok szerepéről a kis jelű MOSFET erősítő áramkörben.

Különös hangsúlyt fektettek a MOSFET erősítők kapacitásaival kapcsolatos alapvető kérdések kezelésére, a tervezés módosítása helyett. A kísérlethez három különböző fejlesztésű n-csatornás MOSFET-et (2N7000 modell, a továbbiakban MOS-1, MOS-2 és MOS-3) használunk, amelyeket a Motorola Inc. gyárt. A tanulmány az erősítők számos fontos új funkcióját tárja fel. Ez azt jelzi, hogy a kis jelű MOS-erősítők tervezésekor soha nem szabad magától értetődőnek tekinteni, hogy a kapcsoló- és bypass-kondenzátorok rövidzárlatként működnek, és nincsenek hatással a váltóáramú bemeneti és kimeneti feszültségekre. Valójában hozzájárulnak az erősítő bemeneti és kimeneti portján látható feszültségszinthez. Ha megfontoltan választják a csatolási és bypass műveletekhez, akkor ezek határozzák meg az erősítő tényleges feszültségnövekedését a bemeneti jel különböző frekvenciáin.

Az alsó határfrekvenciákat a csatoló- és bypass-kondenzátorok értékei szabályozzák, míg a felső határértékeket a shunt-kapacitás eredménye. Ez a söntkapacitás a szórt kapacitás a tranzisztor csomópontjai között.

A kapacitást a képlet adja meg.

C = (Terület * Ebsilon) / távolság (4)

A kondenzátorok értékét úgy választják meg, hogy a kimeneti sávszélesség 100-10KHz között legyen, és a frekvencia feletti és alatti jel gyengüljön.

Számok:

1. ábra Potenciális osztó elfogult MOSFET áramkör

2. ábra BJT -t használó teljesítményerősítő áramkör

3. ábra A MOSFET frekvenciaválasza

3. lépés: Szoftver és hardver megvalósítása

Az áramkört a 4. ábrán látható módon tervezték és szimulálták PROTEUS szoftverrel. Ugyanezt az áramkört valósították meg a NYÁK -on, és ugyanazokat az alkatrészeket használták.

Az összes ellenállás 1 Wattra, a kondenzátorok 50 V feszültségre vannak méretezve a sérülések elkerülése érdekében.

A felhasznált összetevők listája az alábbiakban található:

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 = TIPP127

Az áramkör egyszerűen három erősítési fokozatból áll, amelyek kaszkádba vannak kötve.

Az erősítési fokozatok RC tengelykapcsolón keresztül csatlakoznak. Az RC csatolás a legelterjedtebb csatlakoztatási módszer a többlépcsős erősítőkben. Ebben az esetben az R ellenállás a forráskivezetésre csatlakoztatott ellenállás, a C kondenzátor pedig az erősítők közé van csatlakoztatva. Blokkoló kondenzátornak is nevezik, mivel blokkolja az egyenfeszültséget. A bemenet ezeken a szakaszokon való áthaladás után eléri a teljesítményfokozatot. A teljesítményfokozat BJT tranzisztorokat használ (egy npn és egy pnp). Ennek a szakasznak a kimenetén hangszóró van csatlakoztatva, és erősített hangjelet kapunk. Az áramkörnek szimulációra adott jel 10 mV sin hullám, és a hangszóró kimenete 2,72 V sin hullám.

ÁBRÁK:

4. ábra PROTEUS áramkör

5. ábra. Erősítés

6. ábra Áramellátás

7. ábra: 1. erősítési fokozat kimenete (erősítés = 7)

8. ábra A 2. erősítési fokozat kimenete (erősítés = 6.92)

9. ábra A 3. erősítési fokozat kimenete (erősítés = 6.35)

10. ábra Három erősítési fokozat kimenete (teljes nyereség = 308)

11. ábra Kimenet a hangszórón

4. lépés: NYÁK -ELrendezés

A 4. ábrán látható áramkört a NYÁK -on valósították meg.

Fentebb néhány részlet a NYÁK szoftver kialakításából

ÁBRÁK:

12. ábra NYÁK -elrendezés

13. ábra NYÁK -elrendezés (pdf)

14. ábra 3D nézet (felülnézet)

15. ábra 3D nézet (BOTTOM VIEW)

16. ábra Hardver (BOTTOM VIEW) Felülnézet már az első képen

5. lépés: Következtetés

A rövid csatorna -teljesítményű MOSFET -ek nagy erősítését és nagy bemeneti impedanciáját kihasználva egy egyszerű áramkört dolgoztak ki, amely elegendő meghajtást biztosít az 0,5 wattos erősítőkhöz.

Olyan teljesítményt nyújt, amely megfelel a kiváló minőségű hangvisszaadás kritériumainak. A fontos alkalmazások közé tartoznak a hangosbemondó rendszerek, a színházi és koncerthang-erősítő rendszerek, valamint a háztartási rendszerek, például a sztereó vagy házimozi rendszer.

A hangszer -erősítők, köztük a gitárerősítők és az elektromos billentyűzet -erősítők is audioerősítőket használnak.

6. lépés: Külön köszönet

Külön köszönöm azoknak a barátoknak, akik segítettek a projekt eredményeinek elérésében.

Remélem tetszett ez az oktatható. Bármilyen segítségért örülnék, ha kommentelnétek.

Maradj áldott. Találkozunk:)

Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET

Lahore, Pakisztán