MOSFET AUDIO VERSTERKER (lae geraas en hoë wins): 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hallo ouens!

Hierdie projek is die ontwerp en implementering van 'n Lae Power Audio versterker met behulp van MOSFET's. Die ontwerp is so eenvoudig as wat dit kan wees en die komponente is maklik beskikbaar. Ek skryf hierdie instruksies, aangesien ek self baie probleme ondervind het om nuttige materiaal te vind rakende die projek en 'n maklike metode vir die implementering.

Hoop jy geniet die lees van die instruksies en ek is seker dat dit jou sal help.

Stap 1: Inleiding

"'N Klankversterker (of eindversterker) is 'n elektroniese versterker wat lae-krag, onhoorbare elektroniese klankseine versterk, soos die sein van die radio-ontvanger of elektriese kitaaropneem tot 'n sterk genoeg is vir die bestuur van luidsprekers of koptelefoon."

Dit sluit beide versterkers wat in tuisklankstelsels gebruik word, sowel as versterkers van musiekinstrumente soos kitaarversterkers in.

Die klankversterker is in 1909 deur Lee De Forest uitgevind toe hy die triode -vakuumbuis (of "klep" in Brits -Engels) uitgevind het. Die triode was 'n drie -eindapparaat met 'n beheersrooster wat die vloei van elektrone van die filament na die plaat kan moduleer. Die triode vakuumversterker is gebruik om die eerste AM -radio te maak. Vroeë klankversterkers was gebaseer op vakuumbuise. Terwyl daar tans transistor-gebaseerde versterkers gebruik word wat ligter is, meer betroubaar is en minder onderhoud benodig as buisversterkers. Aansoeke vir klankversterkers sluit in tuisklankstelsels, konsert- en teaterklankversterking en openbare adresstelsels. Die klankkaart in 'n persoonlike rekenaar, elke stereo -stelsel en elke tuisbioskoopstelsel bevat een of meer klankversterkers. Ander toepassings sluit instrumentversterkers soos kitaarversterkers, professionele en amateur -mobiele radio en draagbare verbruikersprodukte soos speletjies en kinderspeelgoed in. Die versterker wat hier aangebied word, gebruik mosfets om die gewenste spesifikasies van 'n klankversterker te bereik. Wins en kragstadium word gebruik in die ontwerp om die vereiste wins en bandwydte te bereik.

Stap 2: Ontwerp en 'n paar belangrike versterkerstadia

Die spesifikasies van die versterker sluit in:

Kraguitset 0,5 W.

Bandwydte 100Hz-10KHz

VERWINNING VAN DIE KRING: Die eerste doelwit is om 'n aansienlike kragopwekking te bereik wat voldoende is om 'n klankvrye klanksein te gee by die uitset deur luidsprekers. Om dit te bereik, word die volgende fases in die versterker gebruik:

1. Versterkingsfase: Die versterkingsfase gebruik 'n potensiële verdeler -bevooroordeelde mosfet -versterkerkring. Die potensiële verdeler bevooroordeelde stroombaan word in figuur 1 getoon.

Dit versterk eenvoudig die insetsein en produseer wins volgens die vergelyking (1).

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

Hier is R1 en R2 die insetweerstande, rs is die bronweerstand, RD is die weerstand tussen voorspanning en drein en RL is die lasweerstand.

gm is transkonduktansie wat gedefinieer word as die verhouding van die verandering in dreinstroom tot die verandering in hekspanning.

Dit word gegee as

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

Om die gewenste versterking te produseer, is drie potensiële verdelingsbevooroordeelde stroombane in serie omskakel en die totale wins is die produk van die winste van individuele fases.

Totale wins = A1*A2*A3 (3)

Waar, A1, A2 en A3 is die winste van onderskeidelik die eerste, tweede en derde fase.

Die fases word van mekaar geïsoleer met behulp van onderling gekoppelde kondensators wat 'n RC -koppeling is.

2. Power Stage: 'n Push pull -versterker is 'n versterker met 'n uitsetstadium wat 'n stroom in beide rigtings deur die las kan dryf.

Die uitsetstadium van 'n tipiese push pull -versterker bestaan uit twee identiese BJT's of MOSFET's, een wat deur die las stroom, terwyl die ander die stroom uit die las sink. Drukversterkers is beter as enkelversterkers (met behulp van 'n enkele transistor by die uitgang om die vrag aan te dryf) wat vervorming en prestasie betref. 'N Enkele eindversterker, hoe goed dit ontwerp is, sal beslis 'n mate van vervorming veroorsaak as gevolg van die nie-lineariteit van sy dinamiese oordragseienskappe.

Drukversterkers word algemeen gebruik in situasies waar lae vervorming, hoë doeltreffendheid en hoë uitsetvermoë benodig word.

Die basiese werking van 'n push pull -versterker is soos volg:

"Die sein wat versterk moet word, word eers in twee identiese seine 180 ° uit fase verdeel. Oor die algemeen word hierdie verdeling gedoen met behulp van 'n ingangskoppelingstransformator. Die ingangskoppelingstransformator is so gerangskik dat een sein op die ingang van een transistor en die 'n ander sein word op die ingang van die ander transistor toegedien."

Voordele van 'n versterkingsversterker is lae vervorming, afwesigheid van magnetiese versadiging in die koppelingstransformatorkern en die kansellasie van stroomtoevoer rimpelings, wat lei tot die afwesigheid van brom, terwyl die nadele die behoefte is aan twee identiese transistors en die vereiste van lywige en duur koppeling transformators. 'N Kragversterkingsfase is as die laaste fase van die klankversterkerkring onderbreek.

Frekwensie -reaksie van die kringloop:

Kapasiteit speel 'n dominante rol in die vorming van die tyd- en frekwensierespons van moderne elektroniese stroombane. 'N Omvattende en diepgaande eksperimentele ondersoek is uitgevoer na die rol van verskillende kapasitors in die klein-sein MOSFET-versterkerkring.

Daar is veral klem gelê op die aanspreek van basiese kwessies rakende kapasitansies in MOSFET -versterkers, eerder as om die ontwerp te verander. Drie verskillende verbeterde n-kanaal MOSFET's (2N7000-model, hierna MOS-1, MOS-2 en MOS-3 genoem) vervaardig deur Motorola Inc. is vir die eksperiment gebruik. Die studie onthul verskeie belangrike nuwe funksies van die versterkers. Dit dui aan dat by die ontwerp van klein-signaal MOS-versterkers nooit vanselfsprekend aanvaar moet word dat koppeling- en bypass-kondensators as kortsluiting dien nie en geen invloed op die wisselspannings- en uitgangsspannings het nie. In werklikheid dra dit by tot die spanningsvlakke wat beide by die ingang en die uitgangspoort van die versterker gesien word. As dit oordeelkundig gekies word vir koppel- en omseiloperasies, bepaal dit die werklike spanningsversterking van die versterker by verskillende frekwensies van insetsein.

Die onderste afsnyprekwensies word bepaal deur die waardes van koppeling- en bypass-kapasitors, terwyl die boonste afsny die gevolg is van shuntkapasitansie. Hierdie shuntkapasitansie is die verdwaalde kapasitansie wat tussen die verbindings van die transistor voorkom.

Die kapasitansie word gegee deur die formule.

C = (Area * Ebsilon) / afstand (4)

Die waarde van die kapasitors word so gekies dat die uitsetbandwydte tussen 100-10KHz is en die sein bo en onder hierdie frekwensie verswak.

Syfers:

Figuur.1 Potensiële verdeler bevooroordeelde MOSFET -stroombaan

Figuur.2 Kragversterkerkring met behulp van BJT

Figuur.3 Frekwensie -respons van MOSFET

Stap 3: Implementering van sagteware en hardeware

Die kring is ontwerp en gesimuleer op PROTEUS sagteware soos in figuur 4. Dit is dieselfde stroombaan geïmplementeer op die PCB en dieselfde komponente is gebruik.

Al die weerstande is gegradeer vir 1 Watt en kapasitors vir 50 volt om skade te voorkom.

Die lys van komponente wat gebruik word, word hieronder gelys:

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 = 1,5 µF

Q1, Q2, Q3 = 2N7000

V4 = WENK122

V5 = WENK127

Die stroombaan bestaan eenvoudig uit drie versterkingsfases wat in kaskade verbind is.

Versterkingsfases word verbind deur middel van RC -koppeling. RC -koppeling is die mees gebruikte metode om in meervoudige versterkers te koppel. In hierdie geval is die Weerstand R die weerstand wat by die bronterminale gekoppel is en die kapasitor C is verbind tussen die versterkers. Dit word ook 'n blokkeerkondensator genoem, aangesien dit DC -spanning sal blokkeer. Die insette nadat u deur hierdie fases gegaan het, bereik die kragstadium. Die kragstadium gebruik BJT -transistors (een npn en een pnp). Luidspreker word aan die einde van hierdie fase gekoppel en ons kry 'n versterkte klanksein. Die sein wat aan die stroombaan gegee word vir simulasie, is 10mV singolf en die uitset by die luidspreker is 2,72V singolf.

FIGUUR:

Figuur.4 PROTEUS -stroombaan

Figuur.5 Versterkingsfase

Figuur.6 Kragstadium

Figuur.7 Uitset van versterkingsfase 1 (versterking = 7)

Figuur.8 Uitset van versterkingsfase 2 (versterking = 6,92)

Figuur.9 Uitset van versterkingsfase 3 (versterking = 6.35)

Figuur.10 Uitset van drie versterkingsfases (totale wins = 308)

Figuur.11 Uitset by die luidspreker

Stap 4: PCB LAYOUT

Die stroombaan wat in Figuur 4 getoon word, is op die PCB geïmplementeer.

Hierbo is 'n paar grepe van die sagteware -ontwerp van die PCB

FIGUUR:

Figuur.12 PCB -uitleg

Figuur 13 PCB -uitleg (pdf)

Figuur 14 3D -aansig (BOONSIG)

Figuur.15 3D -aansig (ONDERSTE UITSIG)

Figuur 16 Hardeware (ONDERBEELD) Bo -aansig reeds in die eerste prentjie

Stap 5: Gevolgtrekking

Met behulp van die hoë versterking en hoë insetimpedansie van MOSFET's met kort kanaal -krag, is 'n eenvoudige stroombaan ontwerp om voldoende drywing vir versterkers tot 0,5 watt te lewer.

Dit bied prestasie wat voldoen aan die kriteria vir klankweergawe van hoë gehalte. Belangrike toepassings sluit in openbare adresstelsels, teater- en konsertklankversterkingstelsels en huishoudelike stelsels soos stereo- of tuis-teaterstelsels.

Instrumentversterkers, insluitend kitaarversterkers en elektriese klawerbordversterkers, gebruik ook klankversterkers.

Stap 6: Spesiale dank

Ek bedank veral die vriende wat my gehelp het om die uitkomste van hierdie projek te bereik.

Ek hoop dat u hierdie instruksies geniet het. Vir enige hulp, sal ek dit baie geniet as u kommentaar lewer.

Bly geseënd. Totsiens:)

Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET

Lahore, Pakistan