MOSFET AUDIO AMPLIFIER (დაბალი ხმაური და მაღალი მომატება): 6 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

Გამარჯობათ ბიჭებო!

ეს პროექტი არის დაბალი სიმძლავრის აუდიო გამაძლიერებლის დიზაინი და განხორციელება MOSFET– ის გამოყენებით. დიზაინი არის მარტივი, როგორც ეს შეიძლება იყოს და კომპონენტები ადვილად ხელმისაწვდომია. მე ვწერ ამას სასწავლებლად, რადგან მე თვითონ განვიცადე ბევრი სირთულე, როდესაც ვიპოვე რაიმე სასარგებლო მასალა პროექტთან დაკავშირებით და მისი განხორციელების მარტივი მეთოდი.

ვიმედოვნებ, რომ სიამოვნებით კითხულობთ სასწავლო ინსტრუქციას და დარწმუნებული ვარ, რომ ეს დაგეხმარებათ.

ნაბიჯი 1: შესავალი

"აუდიო სიმძლავრე (ან დენის გამაძლიერებელი) არის ელექტრონული გამაძლიერებელი, რომელიც აძლიერებს დაბალი სიმძლავრის, გაუგონარ ელექტრონულ სიგნალებს, როგორიცაა სიგნალი რადიო მიმღებიდან ან ელექტრო გიტარის პიკაპიდან იმ დონემდე, რაც საკმარისად ძლიერია დინამიკების ან ყურსასმენების მართვისთვის."

ეს მოიცავს როგორც გამაძლიერებლებს, რომლებიც გამოიყენება სახლის აუდიო სისტემებში, ასევე მუსიკალური ინსტრუმენტების გამაძლიერებლებს, როგორიცაა გიტარის გამაძლიერებლები.

აუდიო გამაძლიერებელი გამოიგონეს 1909 წელს ლი დე ფორესტმა, როდესაც მან გამოიგონა ტრიოდის ვაკუუმური მილი (ან ბრიტანული ინგლისურ ენაზე "სარქველი"). ტრიოდი იყო სამი ტერმინალური მოწყობილობა საკონტროლო ბადეებით, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს ელექტრონების ნაკადი ძაფებიდან ფირფიტამდე. ტრიოდური ვაკუუმის გამაძლიერებელი გამოიყენეს პირველი AM რადიოს დასამზადებლად. ადრეული აუდიო სიმძლავრის გამაძლიერებლები დაფუძნებული იყო ვაკუუმის მილებზე. ვინაიდან დღესდღეობით გამოიყენება ტრანზისტორზე დაფუძნებული გამაძლიერებლები, რომლებიც უფრო მსუბუქია, უფრო საიმედოა და საჭიროებს ნაკლებ მოვლას, ვიდრე მილის გამაძლიერებლები. პროგრამები აუდიო გამაძლიერებლებისთვის მოიცავს სახლის აუდიო სისტემებს, საკონცერტო და თეატრალურ ხმის გამაძლიერებლებს და საჯარო მისამართების სისტემებს. პერსონალური კომპიუტერის ხმის ბარათი, ყველა სტერეო სისტემა და სახლის კინოთეატრის სისტემა შეიცავს ერთ ან რამდენიმე აუდიო გამაძლიერებელს. სხვა პროგრამები მოიცავს ინსტრუმენტების გამაძლიერებლებს, როგორიცაა გიტარის გამაძლიერებლები, პროფესიონალური და სამოყვარულო მობილური რადიო და პორტატული სამომხმარებლო პროდუქტები, როგორიცაა თამაშები და ბავშვთა სათამაშოები. აქ წარმოდგენილი გამაძლიერებელი იყენებს მოსფეტებს აუდიო გამაძლიერებლის სასურველი მახასიათებლების მისაღწევად. მოგება და სიმძლავრის ეტაპი გამოიყენება დიზაინში, რათა მიაღწიოს საჭირო მოგებას და გამტარობას.

ნაბიჯი 2: დიზაინი და გამაძლიერებლის რამდენიმე მნიშვნელოვანი ეტაპი

გამაძლიერებლის მახასიათებლები მოიცავს:

სიმძლავრე 0.5 ვტ

გამტარუნარიანობა 100Hz-10KHz

წრეწირის მოპოვება: პირველი მიზანია მიაღწიოს ძლიერ ენერგიას, რომელიც საკმარისია ხმაურის გარეშე აუდიო სიგნალის გამოსასვლელად დინამიკების საშუალებით. ამის მისაღწევად გამაძლიერებელში გამოიყენება შემდეგი ეტაპები:

1. მოგების ეტაპი: მოგების ეტაპი იყენებს პოტენციურ გამყოფი მიკერძოებული mosfet გამაძლიერებლის წრეს. პოტენციური გამყოფი მიკერძოებული წრე ნაჩვენებია ფიგურაში 1.

ის უბრალოდ აძლიერებს შეყვანის სიგნალს და აწარმოებს მოგებას განტოლების მიხედვით (1).

მოგება = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-გმ) * (რდ || RD || RL) (1)

აქ, R1 და R2 არის შეყვანის წინააღმდეგობები, rs არის წყაროს წინააღმდეგობა, RD არის წინააღმდეგობა მიკერძოებულ ძაბვასა და გადინებას შორის და RL არის დატვირთვის წინააღმდეგობა.

gm არის გამტარობა, რომელიც განისაზღვრება, როგორც გადინების დენის ცვლილების თანაფარდობა კარიბჭის ძაბვის ცვლილებასთან.

იგი მოცემულია როგორც

გმ = დელტა (ID) / დელტა (VGS) (2)

სასურველი მოგების მისაღწევად სამი პოტენციური გამყოფი მიკერძოებული სქემა იყო კასკადური სერიაში და მთლიანი მოგება არის ცალკეული ეტაპების მიღწევების პროდუქტი.

მთლიანი მოგება = A1*A2*A3 (3)

სადაც, A1, A2 და A3 არის პირველი, მეორე და მესამე ეტაპის მოგება, შესაბამისად.

საფეხურები ერთმანეთისგან იზოლირებულია ურთიერთდაკავშირებული კონდენსატორების დახმარებით, რაც არის RC შეერთება.

2. დენის ეტაპი: ბიძგიანი გამაძლიერებელი არის გამაძლიერებელი, რომელსაც აქვს გამომავალი ეტაპი, რომელსაც შეუძლია დენის გადატანა ორივე მიმართულებით ტვირთის გავლით.

ტიპიური ბიძგიანი გამაძლიერებლის გამომავალი ეტაპი შედგება ორი იდენტური BJT- ის ან MOSFET- ისგან, ერთი წყაროს დენი დატვირთვისას, ხოლო მეორე იძენს დენს დატვირთვისგან. Push pull გამაძლიერებლები უფრო მაღალია, ვიდრე ერთჯერადი დასრულების გამაძლიერებლები (ერთი ტრანზისტორის გამოყენება გამომავალი ტვირთის გადასატანად) დამახინჯებისა და შესრულების თვალსაზრისით. ერთი დამთავრებული გამაძლიერებელი, რამდენად კარგად შეიძლება ის იყოს შემუშავებული, აუცილებლად გამოიწვევს რაიმე დამახინჯებას მისი დინამიური გადაცემის მახასიათებლების არაწრფივობის გამო.

Push pull გამაძლიერებლები ჩვეულებრივ გამოიყენება სიტუაციებში, როდესაც საჭიროა დაბალი დამახინჯება, მაღალი ეფექტურობა და მაღალი გამომავალი სიმძლავრე.

ბიძგიანი გამაძლიერებლის ძირითადი მოქმედება შემდეგია:

"გამაძლიერებელი სიგნალი პირველად იყოფა ორ იდენტურ სიგნალად 180 ° ფაზის გარეთ. საერთოდ ეს გაყოფა ხდება შეყვანის შეერთების ტრანსფორმატორის გამოყენებით. შეყვანის შეერთების ტრანსფორმატორი ისეა მოწყობილი, რომ ერთი სიგნალი გამოიყენება ერთი ტრანზისტორისა და სხვა სიგნალი გამოიყენება სხვა ტრანზისტორის შეყვანისას."

ბიძგიანი გამაძლიერებლის უპირატესობაა დაბალი დამახინჯება, ტრანსფორმატორის ბირთვში მაგნიტური გაჯერების არარსებობა და დენის წყაროს გაუქმება, რის შედეგადაც ხმაური არ არის, ხოლო ნაკლოვანებები არის ორი იდენტური ტრანზისტორის საჭიროება და მოცულობითი და ძვირადღირებული შეერთების მოთხოვნა. ტრანსფორმატორები. სიმძლავრის მომატების ეტაპი იყო კასკადური, როგორც აუდიო გამაძლიერებლის მიკროსქემის ბოლო ეტაპი.

სიხშირის პასუხი წრეზე:

სიმძლავრე დომინანტურ როლს ასრულებს თანამედროვე ელექტრონული სქემების დროისა და სიხშირის რეაგირებაში. ფართო და სიღრმისეული ექსპერიმენტული გამოკვლევა ჩატარდა სხვადასხვა კონდენსატორების როლზე მცირე სიგნალის MOSFET გამაძლიერებლის წრეში.

განსაკუთრებული აქცენტი გაკეთდა MOSFET გამაძლიერებლებში შესაძლებლობების შემცველ ძირითად საკითხებზე, ვიდრე დიზაინის შეცვლაზე. ექსპერიმენტისთვის გამოყენებულია სამი განსხვავებული გამაძლიერებელი n არხის MOSFET (2N7000 მოდელი, შემდგომში მოხსენიებული, როგორც MOS-1, MOS-2 და MOS-3). კვლევა აჩვენებს გამაძლიერებლების რამდენიმე მნიშვნელოვან ახალ მახასიათებელს. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ მცირე სიგნალის MOS გამაძლიერებლების დიზაინში არასოდეს არ უნდა მივიჩნიოთ ის, რომ შეერთება და შემოვლითი კონდენსატორები მოქმედებენ როგორც მოკლე ჩართვა და არ ახდენენ გავლენას AC შემომავალ და გამომავალ ძაბვებზე. ფაქტობრივად, ისინი ხელს უწყობენ ძაბვის დონეს, რომელიც ჩანს გამაძლიერებლის როგორც შესასვლელ, ასევე გამომავალ პორტში. როდესაც შერჩეულია გონივრულად დასაწყვილებლად და შემოვლითი ოპერაციებისთვის, ისინი კარნახობენ გამაძლიერებლის ძაბვის მომატებას სიგნალის სხვადასხვა სიხშირეზე.

ქვედა გათიშვის სიხშირეები განისაზღვრება შეერთების და შემოვლითი კონდენსატორების მნიშვნელობებით, ხოლო ზედა გათიშვა არის შუნტის ტევადობის შედეგი. ეს შუნტის ტევადობა არის ტრანზისტორის კავშირებს შორის არსებული მაწანწალა ტევადობა.

ტევადობა მოცემულია ფორმულის მიხედვით.

C = (ფართობი * ებისილონი) / მანძილი (4)

კონდენსატორების მნიშვნელობა შეირჩევა ისე, რომ გამომავალი გამტარობა იყოს 100-10 KHz და სიგნალი ამ სიხშირის ზემოთ და ქვემოთ შემცირდება.

ფიგურები:

სურათი 1. პოტენციური გამყოფი მიკერძოებული MOSFET წრე

ფიგურა.2 დენის გამაძლიერებელი წრე BJT გამოყენებით

სურათი 3. MOSFET– ის სიხშირის რეაგირება

ნაბიჯი 3: პროგრამული უზრუნველყოფის და აპარატურის დანერგვა

სქემა შეიქმნა და მოდელირდა PROTEUS პროგრამულ უზრუნველყოფაზე, როგორც ეს მოცემულია ფიგურაში 4. იგივე სქემა განხორციელდა PCB- ზე და იგივე კომპონენტები იქნა გამოყენებული.

ყველა რეზისტორი შეფასებულია 1 ვატისთვის და კონდენსატორები 50 ვოლტისთვის, რათა თავიდან აიცილოთ დაზიანება.

გამოყენებული კომპონენტების სია მოცემულია ქვემოთ:

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

წრე შედგება კასკადში დაკავშირებული სამი მომატების საფეხურისგან.

მოგების ეტაპები დაკავშირებულია RC დაწყვილებით. RC დაწყვილება არის მრავალფუნქციური გამაძლიერებლების შეერთების ყველაზე ფართოდ გავრცელებული მეთოდი. ამ შემთხვევაში წინააღმდეგობა R არის რეზისტორი, რომელიც დაკავშირებულია წყაროს ტერმინალთან და კონდენსატორი C დაკავშირებულია გამაძლიერებლებს შორის. მას ასევე უწოდებენ ბლოკირების კონდენსატორს, რადგან ის დაბლოკავს DC ძაბვას. ამ სტადიების გავლის შემდეგ ენერგია მიაღწევს ენერგიის დონეს. დენის ეტაპი იყენებს BJT ტრანზისტორებს (ერთი npn და ერთი pnp). ამ ეტაპის გამოსასვლელში არის დინამიკი და ჩვენ ვიღებთ გაძლიერებულ აუდიო სიგნალს. სიმულაციისთვის მიკროსქემის სიგნალი არის 10mV ცოდვის ტალღა, ხოლო გამოსავალი დინამიკაში არის 2.72 V ცოდვის ტალღა.

ფიგურები:

ფიგურა.4 PROTEUS წრე

ფიგურა.5 მოგების ეტაპი

ფიგურა.6 დენის ეტაპი

ფიგურა.7. მოგების ეტაპის გამომავალი 1 (მოგება = 7)

ფიგურა.8. მოგების სტადია 2 (მოგება = 6.92)

ფიგურა.9 მოგების ეტაპი 3 (მოგება = 6.35)

ფიგურა. 10 სამი ეტაპის გამომუშავება (მთლიანი მოგება = 308)

ფიგურა.11 გამომავალი დინამიკთან

ნაბიჯი 4: PCB განლაგება

სქემა 4 ნაჩვენები სქემა განხორციელდა PCB- ზე.

ზემოთ მოცემულია PCB– ის პროგრამული უზრუნველყოფის დიზაინის რამდენიმე ნაწყვეტი

ფიგურები:

ფიგურა. 12 PCB განლაგება

ფიგურა. 13 PCB განლაგება (pdf)

ფიგურა. 14 3D ხედი (TOP VIEW)

ფიგურა. 15 3D ხედი (BOTTOM VIEW)

სურათი 16 აპარატურა (ქვედა ხედი) ზედა ხედი უკვე წარმოდგენილია პირველ სურათზე

ნაბიჯი 5: დასკვნა

მოკლე არხის სიმძლავრის MOSFET– ების მაღალი მომატებისა და შეყვანის წინაღობის გამოყენებით, შემუშავებულია მარტივი წრე, რომელიც უზრუნველყოფს საკმარის დრაივას გამაძლიერებლებისათვის 0.5 ვატამდე.

ის გთავაზობთ შესრულებას, რომელიც აკმაყოფილებს მაღალი ხარისხის აუდიო რეპროდუქციის კრიტერიუმებს. მნიშვნელოვანი პროგრამები მოიცავს საჯარო მისამართების სისტემებს, თეატრალურ და საკონცერტო ხმის გამაძლიერებელ სისტემებს და საშინაო სისტემებს, როგორიცაა სტერეო ან სახლის თეატრის სისტემა.

ინსტრუმენტის გამაძლიერებლები გიტარის გამაძლიერებლებისა და კლავიატურის ელექტრული გამაძლიერებლების ჩათვლით ასევე იყენებენ აუდიო გამაძლიერებლებს.

ნაბიჯი 6: განსაკუთრებული მადლობა

განსაკუთრებით მადლობას ვუხდი მეგობრებს, რომლებიც დამეხმარნენ ამ პროექტის შედეგების მიღწევაში.

იმედი მაქვს მოგეწონათ ეს სასწავლო. ნებისმიერი დახმარებისთვის, მოხარული ვიქნები, თუ კომენტარს გააკეთებთ.

Დალოცვილი ყოფილიყავით. Გნახავ:)

ტაჰირ ულ ჰაკი, EE DEPT, UET

ლაჰორი, პაკისტანი