MOSFET ZVUČNO POJAČALO (Niska buka i velika pojačanja): 6 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Hello guys!

Ovaj projekt je dizajn i implementacija audio pojačala male snage koristeći MOSFET -ove. Dizajn je što jednostavniji, a komponente su lako dostupne. Pišem ovo uputstvo jer sam i sam imao dosta poteškoća u pronalaženju nekog korisnog materijala u vezi projekta i jednostavne metode za implementaciju.

Nadam se da ćete uživati čitajući uputstva i siguran sam da će vam pomoći.

Korak 1: Uvod

"Pojačalo audio snage (ili pojačalo snage) je elektroničko pojačalo koje pojačava nečujne elektroničke audio signale male snage, poput signala s radijskog prijemnika ili električne gitare do nivoa koji je dovoljno jak za vožnju preko zvučnika ili slušalica."

Ovo uključuje i pojačala koja se koriste u kućnim audio sistemima i pojačala za muzičke instrumente poput pojačala za gitaru.

Zvučno pojačalo izumio je 1909. godine Lee De Forest kada je izumio triodnu vakuumsku cijev (ili "ventil" na britanskom engleskom). Trioda je bila tri terminalna uređaja s upravljačkom rešetkom koja može modulirati protok elektrona od filamenta do ploče. Triodno vakuumsko pojačalo korišteno je za izradu prvog AM radija. Rana audio pojačala pojačala su zasnovana na vakuumskim cijevima. Dok se danas koriste tranzistorska pojačala lakših težina, pouzdanija i zahtijevaju manje održavanja od cijevnih pojačala. Aplikacije za audio pojačala uključuju kućne audio sisteme, pojačanje koncertnog i pozorišnog zvuka i razglas. Zvučna kartica u personalnom računaru, svakom stereo sistemu i svakom sistemu kućnog bioskopa sadrži jedno ili više audio pojačala. Druge primjene uključuju pojačala za instrumente kao što su pojačala za gitaru, profesionalni i amaterski mobilni radio i prijenosne potrošačke proizvode kao što su igre i dječje igračke. Pojačalo predstavljeno ovdje koristi MOSFET -ove za postizanje željenih specifikacija audio pojačala. Stepen pojačanja i snage koristi se u dizajnu kako bi se postigao potreban dobitak i propusnost.

Korak 2: Dizajn i neke važne faze pojačala

Specifikacije pojačala uključuju:

Izlazna snaga 0,5 W.

Propusni opseg 100Hz-10KHz

DOBITAK KRUGA: Prvi cilj je postići značajan dobitak snage koji je dovoljan za davanje audio signala bez šuma na izlazu kroz zvučnike. Da bi se to postiglo, u pojačalu su korištene sljedeće faze:

1. Stepen pojačanja: Stupanj pojačanja koristi krug pojačala MOSFET -a s potencijalnim razdjelnikom. Sklon sklopa razdjelnika potencijala prikazan je na slici 1.

Jednostavno pojačava ulazni signal i proizvodi pojačanje prema jednadžbi (1).

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

Ovdje su R1 i R2 ulazni otpori, rs je otpor izvora, RD je otpor između napona prednapona i odvoda, a RL je otpor opterećenja.

gm je transprovodljivost koja se definira kao omjer promjene struje odvoda prema promjeni napona na zasun.

Daje se kao

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

Da bi se proizvelo željeno pojačanje, tri sklopa s pristranskim potencijalom razdjelnika kaskadirana su u nizu, a ukupni dobitak je proizvod dobitka pojedinih stupnjeva.

Ukupni dobitak = A1*A2*A3 (3)

Gdje su A1, A2 i A3 dobici prve, druge i treće faze.

Stupnjevi su međusobno izolirani uz pomoć međusobno povezanih kondenzatora, odnosno RC sprege.

2. Stupanj snage: Potisno pojačalo pojačalo je pojačalo koje ima izlazni stupanj koji može pokretati struju u bilo kojem smjeru kroz opterećenje.

Izlazni stupanj tipičnog potisnog pojačala sastoji se od dva identična BJT -a ili MOSFET -a, od kojih jedan dovodi struju kroz opterećenje, dok drugi poništava struju iz opterećenja. Potisna pojačala su superiornija u odnosu na pojačala s jednim završetkom (koji koriste jedan tranzistor na izlazu za pogon opterećenja) u smislu izobličenja i performansi. Jednokrako pojačalo, koliko dobro može biti dizajnirano, zasigurno će unijeti izobličenja zbog nelinearnosti njegovih karakteristika dinamičkog prijenosa.

Potisna pojačala se obično koriste u situacijama gdje su potrebna niska izobličenja, visoka efikasnost i velika izlazna snaga.

Osnovni rad potisnog pojačala je sljedeći:

"Signal koji treba pojačati najprije se dijeli na dva identična signala 180 ° izvan faze. Općenito, ovo se cijepanje vrši pomoću ulaznog spreznog transformatora. Ulazni spojni transformator je tako raspoređen da jedan signal ulazi na ulaz jednog tranzistora i drugi signal se primjenjuje na ulaz drugog tranzistora."

Prednosti push pull pojačala su niska izobličenja, odsutnost magnetske zasićenosti u jezgri spojnog transformatora i poništavanje mreškanja napajanja što dovodi do odsustva šuma, a nedostaci su potreba za dva identična tranzistora i zahtjev za glomaznom i skupom spojnicom transformatori. Stupanj pojačanja snage kaskadiran je kao posljednja faza kola audio pojačala.

UČestalost odgovora kruga:

Kapacitet igra dominantnu ulogu u oblikovanju vremenskog i frekvencijskog odziva modernih elektroničkih kola. Opsežno i detaljno eksperimentalno istraživanje provedeno je kao uloga različitih kondenzatora u MOSFET pojačalu s malim signalom.

Poseban naglasak dat je rješavanju osnovnih pitanja koja uključuju kapacitete u MOSFET pojačalima, umjesto mijenjanju dizajna. Za eksperiment su korištena tri različita poboljšana n-kanalna MOSFET-a (model 2N7000, u daljnjem tekstu MOS-1, MOS-2 i MOS-3) proizvođača Motorola Inc. Studija otkriva nekoliko važnih novih karakteristika pojačala. To ukazuje na to da se u dizajnu MOS pojačala s malim signalom nikada ne smije uzeti zdravo za gotovo da spojni i zaobilazni kondenzatori djeluju kao kratki spoj i nemaju utjecaj na izmjenični i ulazni napon. Zapravo, oni doprinose nivoima napona koji se vide i na ulaznom i na izlaznom portu pojačala. Kada su razumno odabrani za operacije spajanja i zaobilaženja, oni diktiraju stvarni napon pojačala pojačala na različitim frekvencijama ulaznog signala.

Donja granična frekvencija određena je vrijednostima spojnih i zaobilaznih kondenzatora, dok je gornja granična vrijednost rezultat kapacitivnosti šanta. Ovaj ranžirni kapacitet je lutajući kapacitet prisutan između spojeva tranzistora.

Kapacitet je dat formulom.

C = (Područje * Ebsilon) / udaljenost (4)

Vrijednost kondenzatora je odabrana tako da je izlazna širina pojasa između 100-10KHz i signal iznad i ispod ove frekvencije je prigušen.

Slike:

Slika.1 MOSFET krug podložan razdjelniku

Slika.2 Krug pojačala snage pomoću BJT -a

Slika.3 Frekvencijski odziv MOSFET -a

Korak 3: Implementacija softvera i hardvera

Krug je dizajniran i simuliran na PROTEUS softveru kao što je prikazano na slici 4. Isti krug je implementiran na PCB -u i korištene su iste komponente.

Svi otpornici imaju nazivnu snagu 1 W, a kondenzatori 50 V kako bi se izbjegla oštećenja.

Popis korištenih komponenti naveden je u nastavku:

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

Krug se jednostavno sastoji od tri stupnja pojačanja povezana kaskadno.

Stepeni pojačanja povezani su putem RC -sprege. RC sprega je najraširenija metoda spajanja u višestupanjskim pojačalima. U ovom slučaju otpor R je otpornik spojen na stezaljku izvora, a kondenzator C spojen je između pojačala. Zove se i kondenzator za blokiranje jer blokira istosmjerni napon. Ulaz nakon prolaska kroz ove stupnjeve doseže stupanj napajanja. Stupanj napajanja koristi BJT tranzistore (jedan npn i jedan pnp). Zvučnik je spojen na izlaz ove faze i dobijamo pojačani audio signal. Signal koji se daje krugu za simulaciju je 10mV sin val, a izlaz na zvučniku je 2,72 V sin sin.

SLIKE:

Slika.4 PROTEUS kolo

Slika.5 Faza pojačanja

Slika.6 Stage napajanja

Slika.7 Izlaz stupnja pojačanja 1 (dobitak = 7)

Slika.8 Izlaz stupnja pojačanja 2 (dobitak = 6,92)

Slika.9 Izlaz stupnja pojačanja 3 (dobitak = 6,35)

Slika.10 Izlaz tri faze pojačanja (ukupni dobitak = 308)

Slika.11 Izlaz na zvučniku

Korak 4: Raspored PCB -a

Krug prikazan na slici 4 implementiran je na PCB -u.

Gore su navedeni neki isječci softverskog dizajna PCB -a

SLIKE:

Slika.12 Raspored PCB -a

Slika.13 Raspored PCB -a (pdf)

Slika.14 3D prikaz (TOP VIEW)

Slika.15 3D prikaz (BOTTOM VIEW)

Slika 16 Hardver (BOTTOM VIEW) Pogled odozgo već je prisutan na prvoj slici

Korak 5: Zaključak

Koristeći visoko pojačanje i visoku ulaznu impedanciju kratkoročnih MOSFET -ova snage, osmišljeno je jednostavno kolo koje osigurava dovoljan pogon za pojačala do 0,5 W izlazne snage.

Nudi performanse koje zadovoljavaju kriterije za visokokvalitetnu audio reprodukciju. Važne primjene uključuju razglas, sisteme za pojačanje zvuka u pozorištu i na koncertima i domaće sisteme poput stereo sistema ili sistema kućnog bioskopa.

Instrumentalna pojačala, uključujući gitarska pojačala i električna pojačala sa klavijaturom, takođe koriste audio pojačala.

Korak 6: Posebno hvala

Posebno zahvaljujem prijateljima koji su mi pomogli u postizanju rezultata ovog projekta.

Nadam se da ste uživali u ovom uputstvu. Za bilo kakvu pomoć, bilo bi mi drago ako date komentar.

Ostani blagoslovljen. Vidimo se:)

Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET

Lahore, Pakistan