MOSFET AUDIO AMPLIFIER (Бага дуу чимээ ба өндөр ашиг): 6 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Сайн уу залуусаа!

Энэхүү төсөл нь MOSFET -ийг ашиглан бага чадалтай аудио өсгөгчийн дизайн, хэрэгжилт юм. Загвар нь аль болох энгийн бөгөөд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хялбархан авах боломжтой. Би төслийн талаар хэрэгтэй материал, түүнийг хэрэгжүүлэх хялбар аргыг олоход маш их бэрхшээлтэй тулгарсан тул би энэ сургамжийг бичиж байна.

Зааврыг унших нь танд таалагдсан гэж найдаж байна, энэ нь танд туслах болно гэдэгт би итгэлтэй байна.

Алхам 1: Танилцуулга

"Аудио цахилгаан өсгөгч (эсвэл цахилгаан өсгөгч) нь радио хүлээн авагч эсвэл цахилгаан гитар авах дохио гэх мэт бага чадалтай, сонсогддоггүй электрон аудио дохиог чанга яригч эсвэл чихэвч жолоодоход хангалттай өндөр түвшинд хүртэл бэхжүүлдэг электрон өсгөгч юм."

Үүнд гэрийн аудио системд ашигладаг өсгөгч, гитар өсгөгч гэх мэт хөгжмийн зэмсгийн өсгөгч орно.

Аудио өсгөгчийг 1909 онд Ли Де Форест триод вакуум хоолой (эсвэл Британийн англи хэл дээрх "хавхлага") зохион бүтээхдээ зохион бүтээжээ. Триод нь судалтай хавтан руу электрон урсгалыг зохицуулах боломжтой хяналтын сүлжээ бүхий гурван терминал төхөөрөмж байв. Анхны AM радиог бүтээхэд триодын вакуум өсгөгчийг ашигласан. Эрт аудио цахилгаан өсгөгч нь вакуум хоолой дээр суурилсан байв. Одоогийн байдлаар транзистор дээр суурилсан өсгөгч нь хөнгөн жинтэй, илүү найдвартай бөгөөд хоолой өсгөгчтэй харьцуулахад засвар үйлчилгээ бага шаардагддаг. Аудио өсгөгчийн өргөдөлд гэрийн аудио систем, концерт, театрын дууны бэхжилт, олон нийтийн мэдээллийн систем орно. Хувийн компьютер, стерео систем, гэрийн театрын систем бүрийн дууны карт нь нэг буюу хэд хэдэн аудио өсгөгч агуулдаг. Бусад аппликейшнд гитар өсгөгч, мэргэжлийн болон сонирхогчдын гар радио, тоглоом, хүүхдийн тоглоом зэрэг зөөврийн хэрэглээний бүтээгдэхүүн гэх мэт багажны өсгөгч орно. Энд үзүүлсэн өсгөгч нь аудио өсгөгчийн хүссэн үзүүлэлтэд хүрэхийн тулд мосфет ашигладаг. Шаардлагатай ашиг, зурвасын өргөнийг олж авахын тулд ашиг ба хүч чадлын үе шатыг дизайнд ашигладаг.

Алхам 2: Дизайн ба өсгөгчийн зарим чухал үе шатууд

Өсгөгчийн техникийн үзүүлэлтүүдэд дараахь зүйлс орно.

Цахилгаан гаралт 0.5 Вт.

100Hz-10KHz зурвасын өргөн

ХҮРГЭЛИЙН ОЛГОО: Эхний зорилго нь чанга яригчаар гаралтанд дуу чимээгүй аудио дохио өгөхөд хангалттай хэмжээний эрчим хүчийг нэмэгдүүлэх явдал юм. Үүнийг хийхийн тулд өсгөгч дээр дараахь үе шатуудыг ашигласан болно.

1. Олз авах үе шат: Олзны үе шатанд боломжит хуваагууртай хэвийсэн өсгөгчийн хэлхээг ашигладаг. Боломжит хуваагуурын хэвийсэн хэлхээг 1 -р зурагт үзүүлэв.

Энэ нь зүгээр л оролтын дохиог олшруулж (1) тэгшитгэлийн дагуу ашиг олдог.

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

Энд R1 ба R2 нь оролтын эсэргүүцэл, rs нь эх үүсвэрийн эсэргүүцэл, RD нь хэвийсэн хүчдэл ба ус зайлуулах хоолойн хоорондох эсэргүүцэл, RL нь ачааллын эсэргүүцэл юм.

gm нь ус дамжуулах гүйдлийн өөрчлөлтийг хаалганы хүчдэлийн өөрчлөлттэй харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог дамжуулагч юм.

Үүнийг дараах байдлаар өгсөн болно

gm = Дельта (ID) / дельта (VGS) (2)

Хүссэн ашиг олохын тулд гурван боломжит хуваагдлын хоёр талт хэлхээг цувралаар каскад хийж, нийт ашиг нь үе шат бүрийн олзны бүтээгдэхүүн юм.

Нийт ашиг = A1*A2*A3 (3)

Энд A1, A2, A3 нь тус тусын эхний, хоёр дахь, гурав дахь шатны ашиг тус юм.

Үе шатыг хооронд нь холбосон конденсаторын тусламжтайгаар бие биенээсээ тусгаарладаг.

2. Цахилгаан шат: Түлхэх татах өсгөгч нь ачааллын дундуур аль ч чиглэлд гүйдэл дамжуулах боломжтой гаралтын үе шаттай өсгөгч юм.

Ердийн түлхэх татах өсгөгчийн гаралтын үе шат нь хоёр ижил BJT эсвэл MOSFET -ээс бүрдэх бөгөөд нэг нь ачаалалаар гүйдэл дамжуулж, нөгөө нь ачаалалаас гүйдлийг шингээж авдаг. Түлхэх татах өсгөгч нь гажуудал, гүйцэтгэлийн хувьд нэг төгсгөлтэй өсгөгчөөс (ачааллыг жолоодохын тулд гаралт дээр ганц транзистор ашигладаг) давуу юм. Ганц төгсгөлтэй өсгөгч нь хэр сайн зохион бүтээгдсэн нь түүний динамик дамжуулалтын шинж чанар нь шугаман бус байдлаас болж зарим гажуудлыг бий болгох нь дамжиггүй.

Түлхэх татах өсгөгчийг бага гажуудал, өндөр үр ашиг, өндөр гаралтын хүч шаардагдах нөхцөлд ихэвчлэн ашигладаг.

Түлхүүр татах өсгөгчийн үндсэн ажиллагаа дараах байдалтай байна.

"Олшруулах дохиог эхний ээлжинд фазаас 180 градусын хооронд хоёр ижил дохио болгон хуваадаг. Ерөнхийдөө энэ хуваагдлыг оролтын холбогч трансформатор ашиглан хийдэг. Оролтын холбогч трансформаторыг нэг транзисторын оролтод нэг дохиог оруулна. Нөгөө транзисторын оролтод өөр дохио өгдөг."

Түлхүүр татах өсгөгчийн давуу тал нь гажуудал багатай, холбогч трансформаторын цөмд соронзон ханалт байхгүй, цахилгаан тэжээлийн долгионыг цуцалснаар дуу чимээ гарахгүй, сул тал нь хоёр ижил транзисторын хэрэгцээ, их хэмжээний, үнэтэй холболтын шаардлага юм. трансформатор. Аудио өсгөгчийн хэлхээний сүүлчийн үе шат болох хүчийг олж авах үе шатыг каскад хийсэн.

ХАВИЛГААНЫ ХУРДАН ХАРИУ:

Орчин үеийн электрон хэлхээний цаг ба давтамжийн хариу урвалыг тодорхойлоход багтаамж нь гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Бага оврын дохионы MOSFET өсгөгчийн хэлхээнд янз бүрийн конденсаторуудын гүйцэтгэх үүргийг өргөн цар хүрээтэй, гүнзгийрүүлсэн туршилтаар хийсэн болно.

Загварыг өөрчлөхөөс илүү MOSFET өсгөгчний багтаамжийн үндсэн асуудлуудыг шийдвэрлэхэд онцгой ач холбогдол өгсөн. Туршилтанд Motorola Inc-ийн үйлдвэрлэсэн n-сувгийн MOSFET гурван өөр сайжруулалтыг (2N7000 загварыг цаашид MOS-1, MOS-2 ба MOS-3 гэж нэрлэдэг) ашигласан болно. Энэхүү судалгаагаар өсгөгчийн хэд хэдэн чухал шинэ онцлогуудыг олж илрүүлжээ. Энэ нь жижиг дохионы MOS өсгөгчийг зохион бүтээхдээ холбох ба тойрч гарах конденсаторууд нь богино залгааны үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд оролт, гаралтын хүчдэлд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй гэдгийг хэзээ ч ойлгож болохгүй. Чухамдаа тэд өсгөгчийн оролт ба гаралтын порт дээр харагддаг хүчдэлийн түвшинд хувь нэмэр оруулдаг. Холбох, тойрч гарах үйлдлийг ухаалгаар сонгохдоо тэд оролтын дохионы янз бүрийн давтамж дахь өсгөгчийн хүчдэлийн бодит өсөлтийг тодорхойлдог.

Доод таслах давтамжийг холбох ба тойрч гарах конденсаторуудын утгаар удирддаг бол дээд хязгаар нь шунт багтаамжийн үр дүн юм. Энэхүү шунт багтаамж нь транзисторын уулзваруудын хоорондох тэнэмэл багтаамж юм.

Конденсаторыг томъёогоор тодорхойлно.

C = (талбай * Ebsilon) / зай (4)

Конденсаторын утгыг гаралтын зурвасын өргөн 100-10 КГц-ийн хооронд байхаар сонгосон бөгөөд энэ давтамжийн доор ба доор дохио сулрах болно.

Зураг:

Зураг.1 Боломжит хуваагч хоёр талт MOSFET хэлхээ

Зураг.2 BJT ашиглан цахилгаан өсгөгчийн хэлхээ

Зураг.3 MOSFET -ийн давтамжийн хариу урвал

Алхам 3: Програм хангамж ба техник хангамжийн хэрэгжилт

Уг хэлхээг 4 -р зурагт үзүүлсэн шиг PROTEUS програм хангамж дээр зохиож, загварчилсан болно. ПХБ дээр ижил хэлхээг хийж, ижил бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигласан болно.

Бүх эсэргүүцэл нь 1 ватт, конденсатор нь 50 вольтоор гэмтэхээс сэргийлдэг.

Ашигласан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалтыг доор харуулав.

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

Энэ хэлхээ нь каскадаар холбогдсон гурван үе шатаас бүрдэнэ.

Олзны үе шатууд нь RC холболтоор холбогддог. RC холболт нь олон үе шаттай өсгөгчийг холбох хамгийн өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Энэ тохиолдолд Resistance R нь эх терминал дээр холбогдсон резистор бөгөөд өсгөгч хооронд C конденсатор холбогдсон байна. Үүнийг тогтмол конденсатор гэж нэрлэдэг, учир нь энэ нь тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг хаах болно. Эдгээр үе шатуудыг давсны дараа оролт нь цахилгаан шатанд хүрдэг. Цахилгаан шатанд BJT транзисторыг ашигладаг (нэг npn ба нэг pnp). Энэ шатны гаралт дээр чанга яригч холбогдсон бөгөөд бид чангарсан аудио дохио авах болно. Симуляц хийх хэлхээнд өгсөн дохио нь 10 мВ -ийн синхрон долгион бөгөөд чанга яригч дээрх гаралт нь 2.72 В -ийн долгион юм.

ЗУРАГ:

Зураг.4 PROTEUS хэлхээ

Зураг.5 Олз авах үе шат

Зураг.6 Цахилгаан шат

Зураг.7 Олзны гаралтын 1 -р үе (Олз = 7)

Зураг.8 2 -р үе шатны олзны гаралт (Олз = 6.92)

Зураг.9 Олзны гаралтын 3 -р үе (Олз = 6.35)

Зураг.10 Гурван үе шатны үр дүн (Нийт ашиг = 308)

Зураг.11 Чанга яригчийн гаралт

Алхам 4: ПХБ -ийн байршил

Зураг 4 -т үзүүлсэн хэлхээг ПХБ дээр хэрэгжүүлсэн.

Дээрх ПХБ -ийн програм хангамжийн дизайны зарим хэсгүүд байна

ЗУРАГ:

Зураг.12 ПХБ -ийн зохион байгуулалт

Зураг.13 ПХБ -ийн зохион байгуулалт (pdf)

Зураг.14 3D харах (ТОП ХАРАХ)

Зураг.15 3D харах (ДОТОР ХАРАХ)

Зураг 16 Тоног төхөөрөмж (ДОТООД ХАРАХ) Эхний зураг дээр аль хэдийн харагдаж байсан дээд үзэмж

Алхам 5: Дүгнэлт

Богино сувгийн MOSFET -ийн өндөр ашиг ба өндөр оролтын эсэргүүцлийг ашиглан 0.5 ваттын гаралт хүртэлх өсгөгчийг хангалттай хөтлөх энгийн хэлхээг зохион бүтээжээ.

Энэ нь өндөр чанартай аудио хуулбарлах шалгуурыг хангасан гүйцэтгэлийг санал болгодог. Чухал хэрэглээнд олон нийтийн мэдээллийн систем, театрын болон концертын дууны арматурын систем, стерео эсвэл гэрийн театрын систем гэх мэт дотоодын систем орно.

Гитар өсгөгч, цахилгаан гар өсгөгч зэрэг багажны өсгөгч нь аудио өсгөгч ашигладаг.

Алхам 6: онцгой баярлалаа

Энэ төслийн үр дүнд хүрэхэд надад тусалсан найз нөхөддөө баярлалаа.

Энэхүү зааварчилгаа танд таалагдсан гэж найдаж байна. Ямар нэгэн туслалцаа авахын тулд, хэрэв та сэтгэгдэл бичвэл би баяртай байх болно.

Ерөөлтэй байгаарай. Баяртай:)

Тахир Ул Хак, EE DEPT, UET

Лахор, Пакистан