MOSFET АУДИО Күшейткіші (төмен шу мен жоғары пайда): 6 қадам (суреттермен)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2025-01-23 14:51

Сәлем жігіттер!

Бұл жоба MOSFET -ті қолданатын төмен қуатты дыбыс күшейткішінің дизайны мен іске асырылуы. Дизайн мүмкіндігінше қарапайым және компоненттер оңай қол жетімді. Мен бұл нұсқаулықты жазып отырмын, өйткені мен өзім жобаға қатысты пайдалы материалдар мен оны жүзеге асырудың қарапайым әдісін табу қиынға соқты.

Сіз нұсқаулықты оқығанды ұнатасыз деп үміттенемін және бұл сізге көмектесетініне сенімдімін.

1 -қадам: Кіріспе

«Дыбыстық күшейткіш (немесе күшейткіш)-бұл радио қабылдағыштан немесе электр гитараның сигналынан дыбыс зорайтқыш немесе құлаққапты басқаруға жеткілікті күшті деңгейге дейін төмен қуатты, естілмейтін электронды дыбыстық сигналдарды күшейтетін электронды күшейткіш».

Бұған үйдегі аудио жүйелерде қолданылатын күшейткіштер де, гитара күшейткіштері сияқты музыкалық аспаптардың күшейткіштері де кіреді.

Аудио күшейткішті 1909 жылы Ли Де Форест триодты вакуумдық түтікті (немесе британдық ағылшын тіліндегі «клапанды») ойлап тапқан кезде ойлап тапқан. Триод жіптен пластинаға электрондардың ағынын модуляциялай алатын басқару торы бар үш терминалды құрылғы болды. Триодты вакуумдық күшейткіш бірінші AM радиосын жасау үшін қолданылды. Алғашқы дыбыстық күшейткіштер вакуумдық түтіктерге негізделген. Ал қазіргі кезде транзисторлық негіздегі күшейткіштер қолданылады, олар салмағы бойынша жеңіл, сенімді және түтік күшейткіштерге қарағанда техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді. Аудио күшейткіштерге қосымшаларға үйдегі аудио жүйелер, концерттік және театрлық дыбысты күшейту және көпшілікке хабарлау жүйесі кіреді. Дербес компьютердегі дыбыстық картада, стерео жүйеде және үй кинотеатрында бір немесе бірнеше дыбыс күшейткіштері бар. Басқа қосымшаларға гитара күшейткіштері, кәсіби және әуесқой мобильді радио сияқты аспаптық күшейткіштер және ойындар мен балалар ойыншықтары сияқты портативті тұтыну өнімдері кіреді. Мұнда ұсынылған күшейткіш аудио күшейткіштің қажетті сипаттамаларына қол жеткізу үшін мосфеттерді қолданады. Қажеттіліктер мен өткізу қабілеттілігіне қол жеткізу үшін дизайн мен кірістілік кезеңі қолданылады.

2 -қадам: Дизайн және күшейткіштің маңызды кезеңдері

Күшейткіштің сипаттамаларына мыналар кіреді:

Қуат 0,5 Вт.

Өткізу қабілеті 100 Гц-10 КГц

ЦИРКТІҢ ПАЙДАСЫ: Бірінші мақсат - динамиктер арқылы шығуда дыбыссыз дыбыстық сигнал беру үшін жеткілікті болатын қуаттың айтарлықтай өсуіне қол жеткізу. Бұл үшін күшейткіште келесі кезеңдер қолданылды:

1. Табыс кезеңі: Табыс кезеңінде потенциалды бөлгіш біржақты мосфет күшейткіш схемасы қолданылады. Потенциалды бөлгіштің біржақты тізбегі 1 суретте көрсетілген.

Ол жай ғана кіріс сигналын күшейтеді және (1) теңдеуге сәйкес пайда әкеледі.

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

Мұнда R1 және R2 кіріс кедергісі, rs - кіріс кедергісі, RD - кернеу мен ағызу арасындағы қарсылық, ал RL - жүктеме кедергісі.

gm - өткізгіштік, ол ағызу тогының өзгеруінің кернеудің өзгеруіне қатынасы ретінде анықталады.

Ол ретінде беріледі

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

Қажетті пайданы алу үшін үш потенциалды бөлгіш біржақты тізбектер сериялы түрде каскадталды, ал жиынтық пайда жеке сатылардағы табыстардың өнімі болып табылады.

Жалпы табыс = A1*A2*A3 (3)

Мұндағы A1, A2 және A3 сәйкесінше бірінші, екінші және үшінші сатыдағы табыстар.

Кезеңдер өзара байланысқан конденсаторлардың көмегімен бір -бірінен оқшауланған - бұл RC муфтасы.

2. Қуат кезеңі: итеру күшейткіші - бұл жүктеме арқылы токты екі бағытта да жүргізе алатын шығыс сатысы бар күшейткіш.

Кәдімгі итергіш күшейткіштің шығыс кезеңі екі бірдей BJT немесе MOSFET -тен тұрады, олардың біреуі жүктеме арқылы ток алады, екіншісі жүктемені токқа түсіреді. Итеру күшейткіштері бұрмалануы мен өнімділігі бойынша бір ұшты күшейткіштерден (жүктемені шығару үшін бір транзисторды қолдана отырып) артық. Жалғыз ұшты күшейткіш, оны қаншалықты жақсы құрастыруға болады, оның динамикалық берілу сипаттамаларының сызықты еместігіне байланысты кейбір бұрмалануларға әкеледі.

Итеру күшейткіштері әдетте төмен бұрмалау, жоғары тиімділік және жоғары шығыс қуаты қажет болған жағдайларда қолданылады.

Итеру күшейткішінің негізгі жұмысы келесідей:

«Күшейтілетін сигнал алдымен 180 ° фазадан тыс екі бірдей сигналға бөлінеді. Әдетте бұл бөлу кіріс муфтасының трансформаторы арқылы жүзеге асады. Кіріс муфталық трансформатор бір транзистордың кірісіне бір сигнал қолданылатын етіп реттелген. басқа сигнал басқа транзистордың кірісіне қолданылады ».

Итеру күшейткішінің артықшылығы төмен бұрмалау, муфталық трансформатор ядросында магниттік қанықтылықтың болмауы және қоректену толқындарының жойылуы болып табылады, нәтижесінде дыбыс жоқ, ал екі бірдей транзистордың қажеттілігі және көлемді және қымбат муфтаның қажеттілігі. трансформаторлар. Дыбыс күшейткіш тізбегінің соңғы кезеңі ретінде қуат алу кезеңі каскадты болды.

ЦИРКТІҢ ЖИІЛІК ЖАУАПЫ:

Сыйымдылық қазіргі электронды схемалардың уақыт пен жиілік реакциясын қалыптастыруда басым рөл атқарады. Кішкене сигналды MOSFET күшейткіш тізбегіндегі әр түрлі конденсаторлардың рөлі бойынша кең және терең эксперименттік зерттеу жүргізілді.

Дизайнды өзгертуге емес, MOSFET күшейткіштеріндегі сыйымдылықтармен байланысты негізгі мәселелерді шешуге ерекше назар аударылды. Эксперимент үшін Motorola Inc шығарған n-каналды MOSFET үш түрлі жақсартылған моделі (2N7000 моделі, бұдан әрі MOS-1, MOS-2 және MOS-3 деп аталады) қолданылды. Зерттеу күшейткіштердің бірнеше маңызды жаңа мүмкіндіктерін ашады. Бұл шағын сигналды MOS күшейткіштерінің конструкциясында ілінісу мен айналма конденсаторлардың қысқа тұйықталу ретінде әрекет ететінін және айнымалы токтың кіріс және шығыс кернеуіне әсер етпейтінін ешқашан ескермеу керектігін көрсетеді. Шындығында, олар күшейткіштің кірісінде де, шығысында да кернеу деңгейіне әсер етеді. Қосылу және айналып өту операциялары үшін ақылға қонымды таңдау кезінде олар кіріс сигналының әр түрлі жиіліктерінде күшейткіштің нақты кернеуін көрсетеді.

Төменгі жиіліктер муфталар мен айналып өтетін конденсаторлардың мәндерімен реттеледі, ал жоғарғы үзіліс шунт сыйымдылығының нәтижесі болып табылады. Бұл шунт сыйымдылығы - бұл транзистордың түйіспелері арасындағы қаңғыған сыйымдылық.

Сыйымдылық формуламен берілген.

C = (Аудан * Эбсилон) / қашықтық (4)

Конденсаторлардың мәні шығыс өткізу қабілеттілігі 100-10КГц аралығында болатындай таңдалады және осы жиіліктің үстіндегі және астындағы сигнал әлсірейді.

Фигуралар:

Сурет.1 Потенциалды бөлгіштің екі жақты MOSFET схемасы

Сурет.2 BJT қолданатын күшейткіштер тізбегі

Сурет.3 MOSFET жиілігіне жауап

3 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету мен жабдықты енгізу

Схема 4 -суретте көрсетілгендей PROTEUS бағдарламалық жасақтамасында жасалған және модельденген. ПХД -да дәл осындай схема енгізілген және сол компоненттер пайдаланылған.

Барлық резисторлар 1 Вт -қа, ал конденсаторлар - 50 вольтке зақым келтірмеу үшін.

Қолданылатын компоненттер тізімі төменде келтірілген:

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

Схема каскадпен қосылған үш кіріс сатысынан тұрады.

Табыс сатылары RC муфтасы арқылы қосылады. РК қосылымы - көп сатылы күшейткіштерде қосылудың ең кең тараған әдісі. Бұл жағдайда R қарсылығы - бастапқы терминалға қосылған резистор, ал күшейткіштер арасында C конденсаторы қосылған. Ол конденсатор деп аталады, өйткені ол тұрақты кернеуді блоктайды. Осы кезеңдерден өткеннен кейін кіріс қуат сатысына жетеді. Қуат сатысында BJT транзисторлары қолданылады (бір npn және бір pnp). Дауыс зорайтқышы осы кезеңнің шығысына қосылады және біз күшейтілген дыбыстық сигнал аламыз. Симуляция үшін схемаға берілген сигнал - 10 мВ синнуттік толқын, ал дауыс зорайтқыштағы шығыс - 2,72 В толқын.

Фигуралар:

Сурет.4 PROTEUS схемасы

5 -сурет

6 -сурет. Қуат кезеңі

Сурет.7 1 -ші сатыдағы кірістің шығуы (Табыс = 7)

Сурет.8 2 -ші кезеңнің шығысы (Табыс = 6.92)

Сурет 9 3 -ші сатыдағы шығыс (пайда = 6.35)

Сурет.10 Үш кезеңнің шығуы (Total Gain = 308)

Сурет.11 Дауыс зорайтқыштағы шығыс

4 -қадам: PCB LAYOUT

4 -суретте көрсетілген схема ПХД -да орындалды.

Жоғарыда ПХД бағдарламалық жасақтамасының кейбір үзінділері берілген

Фигуралар:

12 -сурет ПХД орналасуы

13 -сурет ПХД орналасуы (pdf)

Сурет.14 3D көрінісі (TOP VIEW)

Сурет.15 3D көрінісі (ТӨМЕН КӨРУ)

Сурет 16 Аппараттық құрал (ТҮМІНДЕН КӨРУ) Бірінші суретте жоғарыдан көрініс

5 -қадам: Қорытынды

Қысқа арналы MOSFET -тің жоғары кірісі мен жоғары кіріс кедергісін қолдана отырып, күші 0,5 Вт дейін күшейткіштер үшін жеткілікті жетекті қамтамасыз ету үшін қарапайым схема ойлап табылды.

Ол жоғары сапалы аудио репродукция критерийлеріне сәйкес келетін өнімділікті ұсынады. Маңызды қосымшалар көпшілікке хабарлау жүйелерін, театрлық және концерттік дыбысты күшейту жүйесін және стерео немесе үй кинотеатры жүйесі сияқты тұрмыстық жүйелерді қамтиды.

Гитара күшейткіштері мен электрлік пернетақта күшейткіштері бар аспаптық күшейткіштер де дыбыс күшейткіштерін пайдаланады.

6 -қадам: Арнайы алғыс

Мен бұл жобаның нәтижесіне қол жеткізуге көмектескен достарыма алғысымды білдіремін.

Сізге бұл нұсқаулық ұнады деп сенемін. Кез келген көмек үшін, сіз түсініктеме берсеңіз қуаныштымын.

Құтты болсын. Кездескенше:)

Тахир Ул Хак, EE DEPT, UET

Лахор, Пәкістан