Sisukord:
2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-13 06:57
Tere kutid!
See projekt on väikese võimsusega helivõimendi projekteerimine ja juurutamine MOSFET -i abil. Disain on nii lihtne kui võimalik ja komponendid on kergesti kättesaadavad. Kirjutan seda õpetlikku, kuna olen ise kogenud palju raskusi, et leida projekti kohta kasulikku materjali ja lihtsat rakendamisviisi.
Loodan, et teile meeldib juhendeid lugeda ja ma olen kindel, et see aitab teid.
Samm 1: Sissejuhatus
"Helivõimendi (või võimsusvõimendi) on elektrooniline võimendi, mis tugevdab väikese võimsusega kuuldamatuid elektroonilisi helisignaale, nagu raadiosaatja signaal või elektrikitarri vastuvõtja, valjuhääldite või kõrvaklappide juhtimiseks piisavalt tugevale tasemele."
See hõlmab nii kodu helisüsteemides kasutatavaid võimendeid kui ka muusikariistade võimendeid, näiteks kitarrivõimendeid.
Helivõimendi leiutas 1909. aastal Lee De Forest, kui ta leiutas triood -vaakumtoru (või Briti inglise keeles "ventiili"). Triood oli kolme terminaliga seade, millel oli juhtimisvõrk, mis suudab moduleerida elektronide voogu hõõgniidilt plaadile. Trioodvaakumvõimendit kasutati esimese AM -raadio valmistamiseks. Varasemad helivõimsuse võimendid põhinesid vaakumtorudel. Arvestades, et tänapäeval kasutatakse transistoripõhiseid võimendeid, mis on kergemad, töökindlamad ja vajavad vähem hooldust kui toruvõimendid. Helivõimendite rakendused hõlmavad koduseid helisüsteeme, kontsert- ja teatriheli tugevdust ning valjuhääldisüsteeme. Helikaart personaalarvutis, igas stereosüsteemis ja igas kodukinosüsteemis sisaldab ühte või mitut helivõimendit. Muud rakendused hõlmavad instrumendivõimendeid, näiteks kitarrivõimendeid, professionaalseid ja amatöör -mobiilraadioid ning kaasaskantavaid tarbekaupu, nagu mängud ja laste mänguasjad. Siin esitatud võimendi kasutab helivõimendi soovitud spetsifikatsioonide saavutamiseks mosfette. Vajaliku võimenduse ja ribalaiuse saavutamiseks kasutatakse konstruktsioonis võimendus- ja võimsusastet.
2. samm: disain ja mõned olulised võimendi etapid
Võimendi tehnilised andmed hõlmavad järgmist:
Väljundvõimsus 0,5 W.
Ribalaius 100Hz-10KHz
AHTE VÕIMALUS: Esimene eesmärk on saavutada märkimisväärne võimsuse suurenemine, mis on piisav, et anda kõlarite väljundis müravaba helisignaal. Selle saavutamiseks kasutati võimendis järgmisi etappe:
1. Gain Stage: võimendusaste kasutab potentsiaalse jagaja kallutatud mosfeti võimendi ahelat. Potentsiaalse jagaja kallutatud ahel on näidatud joonisel 1.
See lihtsalt võimendab sisendsignaali ja annab võimenduse vastavalt võrrandile (1).
Kasv = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)
Siin on R1 ja R2 sisendtakistused, rs on allika takistus, RD on takistus pinge ja äravoolu vahel ning RL on koormustakistus.
gm on juhtivus, mis on määratletud kui äravoolu muutuse ja värava pinge muutuse suhe.
See on antud kujul
gm = Delta (ID) / delta (VGS) (2)
Soovitud võimenduse saamiseks liideti järjestikku kolm potentsiaalse jagaja kallutatud ahelat ja kogukasum on üksikute etappide kasumi tulemus.
Kogu võimendus = A1*A2*A3 (3)
Kus A1, A2 ja A3 on vastavalt esimese, teise ja kolmanda etapi kasumid.
Etapid on üksteisest eraldatud omavahel ühendatud kondensaatorite abil, mis on RC -sidestus.
2. Võimsusaste: tõuketõmbevõimendi on võimendi, millel on väljundaste, mis suudab voolu läbi koormuse mõlemas suunas juhtida.
Tüüpilise tõmbevõimendi väljundaste koosneb kahest identsest BJT -st või MOSFET -st, millest üks saab voolu läbi koormuse, teine aga koormusest voolu. Tõuketõmbevõimendid on moonutuste ja jõudluse poolest paremad kui ühe otsaga võimendid (kasutades väljundis ühte transistorit). Ühe otsaga võimendi, kui hästi see on kavandatud, tekitab kindlasti mõningaid moonutusi selle dünaamiliste ülekandeomaduste mittelineaarsuse tõttu.
Tõuketõmbevõimendeid kasutatakse tavaliselt olukordades, kus on vaja madalat moonutust, suurt efektiivsust ja suurt väljundvõimsust.
Tõukejõu võimendi põhitoiming on järgmine:
"Võimendatav signaal jagatakse esmalt kaheks identseks signaaliks, mis jäävad 180 ° faasist välja. Üldiselt tehakse see jagamine sisendühendustrafo abil. Sisendtrafo on paigutatud nii, et üks signaal sisestatakse ühe transistori ja teise signaali sisendile rakendatakse muud signaali."
Tõuketõmbevõimendi eelised on madal moonutus, magnetilise küllastuse puudumine haakeseadme trafo südamikus ja toiteallika lainetuse katkestamine, mille tagajärjel ei kostu, samas kui puudused on kahe identse transistori vajadus ning mahukate ja kulukate ühenduste nõue. trafod. Võimsuse suurendamise etapp kaskaaditi helivõimendi vooluahela viimaseks etapiks.
LINGI SAKTUSE VASTUS:
Mahtuvus mängib tänapäevaste elektrooniliste vooluahelate aja- ja sagedusreaktsiooni kujundamisel domineerivat rolli. Ulatuslik ja põhjalik eksperimentaalne uurimine on läbi viidud erinevate kondensaatorite rolli väikese signaaliga MOSFET võimendusahelas.
Erilist rõhku on pandud põhiprobleemide lahendamisele, mis puudutavad MOSFET -võimendite mahtuvusi, mitte disaini muutmist. Katses on kasutatud kolme erinevat täiustatud n-kanaliga MOSFET-i (mudel 2N7000, edaspidi MOS-1, MOS-2 ja MOS-3), mille on tootnud Motorola Inc. Uuring paljastab võimendite mitmeid olulisi uusi funktsioone. See näitab, et väikese signaaliga MOS-võimendite projekteerimisel ei tohiks kunagi pidada iseenesestmõistetavaks, et sidestus- ja möödavoolukondensaatorid toimivad lühisena ega mõjuta vahelduvvoolu sisend- ja väljundpinget. Tegelikult aitavad need kaasa pinge tasemele, mida on näha nii võimendi sisend- kui ka väljundpordis. Mõistlikult sidumis- ja ümbersõiduoperatsioonide valimisel dikteerivad need võimendi tegelikku pingetõusu sisendsignaali erinevatel sagedustel.
Alumisi katkestamissagedusi reguleerivad haakeseadise ja möödavoolukondensaatorite väärtused, samas kui ülemine piir on šundi mahtuvuse tulemus. See šundimahtuvus on transistori ristmike vahel olev hulkuv mahtuvus.
Mahtuvus on antud valemiga.
C = (Pindala * Ebsilon) / kaugus (4)
Kondensaatorite väärtus valitakse nii, et väljundriba laius jääb vahemikku 100-10KHz ja selle sageduse kohal ja all olev signaal nõrgeneb.
Arvud:
Joonis.1 Potentsiaalse jagaja kallutatud MOSFET -ahel
Joonis.2 Toitevõimendi ahel, kasutades BJT -d
Joonis.3 MOSFET -i sagedusreaktsioon
3. samm: tarkvara ja riistvara juurutamine
Vooluahel konstrueeriti ja simuleeriti tarkvaraga PROTEUS, nagu on näidatud joonisel 4. Sama vooluahel rakendati trükkplaadil ja kasutati samu komponente.
Kahjustuste vältimiseks on kõigi takistite võimsus 1 W ja kondensaatorite võimsus 50 volti.
Kasutatavate komponentide loend on loetletud allpool:
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 uF
Q1, Q2, Q3 = 2N7000
Q4 = TIP122
Q5 = TIP127
Ahel koosneb lihtsalt kolmest kaskaadiga ühendatud võimendusastmest.
Võimendusastmed on ühendatud RC -siduri kaudu. RC -sidestus on mitmeastmelistes võimendites kõige laialdasemalt kasutatav ühendusviis. Sellisel juhul on takistus R allikaklemmiga ühendatud takisti ja kondensaator C võimendite vahel. Seda nimetatakse ka blokeerivaks kondensaatoriks, kuna see blokeerib alalispinge. Sisend pärast nende etappide läbimist jõuab võimsusastmesse. Toiteastmes kasutatakse BJT transistore (üks npn ja üks pnp). Selle etapi väljundisse on ühendatud kõlar ja saame võimendatud helisignaali. Ahelale simuleerimiseks antud signaal on 10 mV sinilaine ja valjuhääldi väljund on 2,72 V sinilaine.
JOONISED:
Joonis.4 PROTEUS -ahel
Joonis.5 Võimendusaste
Joonis.6 Power Stage
Joonis 7. Võimendusastme 1. väljund (võimendus = 7)
Joonis 8. Võimendusastme 2. väljund (võimendus = 6.92)
Joonis 9. Võimendusastme 3. väljund (võimendus = 6.35)
Joonis.10 Kolme võimendusastme väljund (koguvõimsus = 308)
Joonis.11 Väljund kõlaris
4. samm: trükkplaatide paigutus
Joonisel 4 näidatud vooluahel rakendati trükkplaadil.
Ülal on mõned katkendid trükkplaadi tarkvarast
JOONISED:
Joonis.12 PCB paigutus
Joonis 13. PCB paigutus (pdf)
Joonis.14 3D -vaade (ÜLEVAADE)
Joonis 15. 3D -vaade (ALAVAADE)
Joonis 16 Riistvara (BOTTOM VIEW) Ülaltvaade on juba esimesel pildil
5. samm: järeldus
Kasutades lühikese kanalivõimsusega MOSFET -ide suurt võimendust ja suurt sisendtakistust, on välja töötatud lihtne vooluahel, mis tagab piisava ajami võimenditele kuni 0,5 vatti.
See pakub jõudlust, mis vastab kvaliteetse heli taasesituse kriteeriumidele. Oluliste rakenduste hulka kuuluvad valjuhääldisüsteemid, teatri- ja kontsertheli tugevdussüsteemid ning kodumaised süsteemid, nagu stereo- või kodukinosüsteem.
Instrumendi võimendid, sealhulgas kitarrivõimendid ja elektrilised klaviatuurivõimendid, kasutavad ka helivõimendeid.
6. samm: eriline tänu
Eriti tänan sõpru, kes aitasid mul selle projekti tulemusi saavutada.
Loodan, et teile meeldis see õpetlik. Igasuguse abi eest oleksin väga tänulik, kui kommenteeriksite.
Ole õnnistatud. Näeme:)
Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET
Lahore, Pakistan