MOSFET AUDIO AMPLIFIER (Zhurmë e ulët dhe fitim i lartë): 6 hapa (me fotografi)

2025 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2025-01-23 15:10

Ç'kemi djema!

Ky projekt është dizajnimi dhe zbatimi i një përforcuesi audio me fuqi të ulët duke përdorur MOSFET. Dizajni është aq i thjeshtë sa mund të jetë dhe përbërësit janë lehtësisht të disponueshëm. Unë po e shkruaj këtë udhëzues pasi unë vetë kam përjetuar shumë vështirësi në gjetjen e një materiali të dobishëm në lidhje me projektin dhe një metodë të lehtë për zbatimin.

Shpresoj se ju pëlqen të lexoni udhëzimet dhe unë jam pozitiv që do t'ju ndihmojë.

Hapi 1: Hyrje

"Një përforcues i fuqisë audio (ose përforcues i fuqisë) është një përforcues elektronik që forcon sinjalet elektronike audio me fuqi të ulët, të padëgjueshme, siç është sinjali nga marrësi i radios ose marrja e kitarës elektrike në një nivel që është mjaft i fortë për drejtimin e altoparlantëve ose kufjeve."

Kjo përfshin të dy përforcuesit e përdorur në sistemet audio të shtëpisë dhe përforcuesit e instrumenteve muzikorë si përforcuesit e kitarës.

Përforcuesi audio u shpik në 1909 nga Lee De Forest kur shpiku tubin e vakumit të triodës (ose "valvulën" në anglishten britanike). Triodi ishte një pajisje me tre terminale me një rrjet kontrolli që mund të modulojë rrjedhën e elektroneve nga fije në pllakë. Përforcuesi i vakumit të triodës u përdor për të bërë radion e parë AM. Përforcuesit e hershëm të fuqisë audio u bazuan në tuba vakumi. Ndërsa, tani përdoren amplifikatorë të bazuar në transistorë që janë më të lehtë në peshë, më të besueshëm dhe kërkojnë më pak mirëmbajtje sesa përforcuesit e tubave. Aplikimet për përforcuesit audio përfshijnë sisteme audio në shtëpi, përforcim të koncerteve dhe teatrit të zërit dhe sisteme të adresimit publik. Karta e zërit në një kompjuter personal, çdo sistem stereo dhe çdo sistem teatri në shtëpi përmban një ose disa përforcues audio. Aplikime të tjera përfshijnë amplifikatorë instrumentesh të tillë si amplifikatorë kitarë, radio profesionale dhe amatore mobile dhe produkte portative të konsumit si lojëra dhe lodra për fëmijë. Përforcuesi i paraqitur këtu përdor mosfet për të arritur specifikimet e dëshiruara të një përforcuesi audio. Faza e fitimit dhe fuqisë përdoret në dizajn për të arritur fitimin dhe gjerësinë e brezit.

Hapi 2: Dizajni dhe disa faza të rëndësishme të amplifikatorit

Specifikimet e amplifikatorit përfshijnë:

Fuqia dalëse 0.5 W.

Gjerësia e brezit 100Hz-10KHz

P GRFITIMI I RRETHIT: Objektivi i parë është arritja e një fitimi të konsiderueshëm të energjisë që është i mjaftueshëm për të dhënë një sinjal audio pa zhurmë në dalje përmes altoparlantëve. Për të arritur këtë, u përdorën fazat e mëposhtme në amplifikator:

1. Faza e Fitimit: Faza e fitimit përdor një qark përforcues të paragjykuar të ndarësit të mosfetit. Qarku i njëanshëm i ndarësit të mundshëm është treguar në figurën 1.

Thjesht amplifikon sinjalin hyrës dhe prodhon fitim sipas ekuacionit (1).

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

Këtu, R1 dhe R2 janë rezistencat hyrëse, rs është rezistenca e burimit, RD është rezistenca midis tensionit të paragjykimit dhe kullimit dhe RL është rezistenca ndaj ngarkesës.

gm është përçueshmëri e cila përcaktohet si raport i ndryshimit të rrymës së kullimit me ndryshimin e tensionit të portës.

Shtë dhënë si

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

Për të prodhuar fitimin e dëshiruar, tre qarqe të mundshme të njëanshme të ndarësit u përfshinë në seri dhe fitimi i përgjithshëm është produkt i fitimeve të fazave individuale.

Fitimi total = A1*A2*A3 (3)

Ku, A1, A2 dhe A3 janë fitimet përkatësisht të fazës së parë, të dytë dhe të tretë.

Fazat janë të izoluara nga njëra -tjetra me ndihmën e kondensatorëve të ndërlidhur që është bashkimi RC.

2. Faza e energjisë: Një përforcues tërheqës shtytës është një përforcues i cili ka një fazë dalëse që mund të drejtojë një rrymë në secilin drejtim përmes ngarkesës.

Faza e daljes së një përforcuesi tipik të tërheqjes shtytëse përbëhet nga dy BJT ose MOSFET identike, njëra prej të cilave buron rrymë përmes ngarkesës, ndërsa tjetra e mbyt rrymën nga ngarkesa. Përforcuesit e tërheqjes shtytëse janë superiorë ndaj amplifikatorëve me një përfundim (duke përdorur një transistor të vetëm në dalje për të drejtuar ngarkesën) në aspektin e shtrembërimit dhe performancës. Një përforcues me një përfundim të vetëm, sa mirë mund të projektohet, me siguri do të sjellë një shtrembërim për shkak të jo-linearitetit të karakteristikave të tij dinamike të transferimit.

Përforcuesit e tërheqjes shtytëse përdoren zakonisht në situata kur kërkohet shtrembërim i ulët, efikasitet i lartë dhe fuqi e lartë dalëse.

Funksionimi bazë i amplifikatorit të tërheqjes shtytëse është si më poshtë:

"Sinjali që do të amplifikohet së pari ndahet në dy sinjale identikë 180 ° jashtë fazës. Në përgjithësi kjo ndarje bëhet duke përdorur një transformator bashkues hyrës. Transformatori i bashkimit hyrës është i rregulluar në mënyrë që një sinjal të aplikohet në hyrjen e një transistori dhe sinjali tjetër aplikohet në hyrjen e tranzistorit tjetër."

Avantazhet e amplifikatorit të tërheqjes shtytëse janë shtrembërimi i ulët, mungesa e ngopjes magnetike në bërthamën e transformatorit bashkues dhe anulimi i valëve të furnizimit me energji elektrike që rezulton në mungesë të zhurmës, ndërsa disavantazhet janë nevoja e dy transistorëve identikë dhe kërkesa e bashkimit të rëndë dhe të kushtueshëm transformatorët. Një fazë e fitimit të energjisë u përfshi si faza përfundimtare e qarkut të amplifikatorit audio.

P RRGJIGJA PRER FREQENCN E QARKUT:

Kapaciteti luan një rol mbizotërues në formësimin e përgjigjes së kohës dhe frekuencës së qarqeve elektronike moderne. Një hetim i gjerë dhe i thelluar eksperimental është kryer roli i kondensatorëve të ndryshëm në qarkun e amplifikatorit MOSFET me sinjal të vogël.

Theks i veçantë i është kushtuar adresimit të çështjeve themelore që përfshijnë kapacitetet në amplifikatorët MOSFET, në vend që të modifikohet modeli. Për eksperimentin janë përdorur tre MOSFET të ndryshëm me n-kanal të zgjerimit (modeli 2N7000, i referuar më poshtë si MOS-1, MOS-2 dhe MOS-3) të prodhuara nga Motorola Inc. Studimi zbulon disa veçori të reja të rëndësishme të amplifikatorëve. Ajo tregon se në hartimin e amplifikatorëve të sinjalit të vogël MOS, nuk duhet marrë kurrë si e mirëqenë se kondensatorët e bashkimit dhe anashkalimit veprojnë si qark i shkurtër dhe nuk kanë efekt në tensionet e hyrjes dhe daljes së rrymës. Në fakt, ato kontribuojnë në nivelet e tensionit që shihen në portën hyrëse dhe dalëse të amplifikatorit. Kur zgjidhen në mënyrë të arsyeshme për operacionet e bashkimit dhe anashkalimit ato diktojnë fitimin aktual të tensionit të amplifikatorit në frekuenca të ndryshme të sinjalit hyrës.

Frekuencat më të ulëta të ndërprerjes rregullohen nga vlerat e kondensatorëve të bashkimit dhe anashkalimit ndërsa ndërprerja e sipërme është rezultat i kapacitetit të shuntit. Ky kapacitet shunt është kapaciteti i humbur i pranishëm midis kryqëzimeve të tranzistorit.

Kapaciteti jepet nga formula.

C = (Zona * Ebsilon) / distanca (4)

Vlera e kondensatorëve zgjidhet e tillë që gjerësia e brezit të daljes të jetë midis 100-10KHz dhe sinjali mbi dhe poshtë kësaj frekuence të dobësohet.

Shifrat:

Figura.1 Qarku MOSFET i paragjykuar me ndarës potencial

Figura.2 Qarku i Amplifikatorit të Fuqisë duke përdorur BJT

Figura.3 Përgjigja e Frekuencës së MOSFET

Hapi 3: Zbatimi i softuerit dhe harduerit

Qarku është projektuar dhe simuluar në softuerin PROTEUS siç tregohet në figurën 4. I njëjti qark u zbatua në PCB dhe u përdorën të njëjtët përbërës.

Të gjithë rezistorët vlerësohen për 1 Watt dhe kondensatorët për 50 volt për të shmangur dëmtimin.

Lista e përbërësve të përdorur janë renditur më poshtë:

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

P1, T2, Q3 = 2N7000

P4 = TIP122

P5 = TIP127

Qarku thjesht përbëhet nga tre faza fitimi të lidhura në kaskadë.

Fazat e fitimit lidhen përmes bashkimit RC. Bashkimi RC është metoda më e përdorur e bashkimit në amplifikatorët me shumë faza. Në këtë rast Rezistenca R është rezistenca e lidhur në terminalin e burimit dhe kondensatori C është i lidhur midis përforcuesve. Quhet gjithashtu një kondensator bllokues, pasi do të bllokojë tensionin DC. Hyrja pasi kalon nëpër këto faza arrin në fazën e fuqisë. Faza e energjisë përdor transistorë BJT (një npn dhe një pnp). Altoparlanti është i lidhur në daljen e kësaj faze dhe marrim një sinjal audio të përforcuar. Sinjali i dhënë qarkut për simulim është 10mV valë sin dhe dalja në altoparlant është 2.72 V valë sin.

FIGURAT:

Figura.4 Qarku PROTEUS

Figura.5 Faza e fitimit

Figura.6 Faza e fuqisë

Figura.7 Prodhimi i fazës së fitimit 1 (Fitimi = 7)

Figura 8 Prodhimi i fazës së fitimit 2 (Fitimi = 6.92)

Figura.9 Prodhimi i fazës së fitimit 3 (Fitimi = 6.35)

Figura.10 Prodhimi i tre fazave të fitimit (Fitimi total = 308)

Figura.11 Dalje në altoparlant

Hapi 4: PCY Layout

Qarku i treguar në Figurën 4 u zbatua në PCB.

Më sipër janë disa fragmente të dizajnit të softuerit të PCB

FIGURAT:

Figura.12 Paraqitja e PCB

Figura. Paraqitja e 13 PCB (pdf)

Figura. 14 Pamje 3D (PIKA E PARA)

Figura. 15 Pamje 3D (Pamje e poshtme)

Figura 16 Pajisje kompjuterike (Pamje e poshtme) Pamja e sipërme tashmë e pranishme në imazhin e parë

Hapi 5: Përfundimi

Duke përdorur përfitimin e lartë dhe rezistencën e lartë hyrëse të MOSFET -ve me fuqi të shkurtër, është krijuar një qark i thjeshtë për të siguruar lëvizje të mjaftueshme për përforcues deri në dalje 0.5 vat.

Ofron performancë që plotëson kriteret për riprodhim audio me cilësi të lartë. Aplikime të rëndësishme përfshijnë sistemet e adresave publike, sistemet e përforcimit të zërit teatral dhe koncertor dhe sistemet shtëpiake siç është sistemi stereo ose teatri në shtëpi.

Përforcuesit e instrumenteve duke përfshirë amplifikatorët e kitarës dhe përforcuesit e tastierës elektrike gjithashtu përdorin amplifikatorë audio.

Hapi 6: Faleminderit special

Falënderoj veçanërisht miqtë që më ndihmuan në arritjen e rezultateve të këtij projekti.

Shpresoj se ju ka pëlqyer kjo udhëzues. Për çdo ndihmë, do të më pëlqente nëse komentoni.

Qëndroni të bekuar. Shihemi:)

Tahir Ul Haq, Departamenti i EE, UET

Lahore, Pakistan