MOSFET AUDIO AMPLIFIER (Kebisingan Rendah dan Keuntungan Tinggi): 6 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:01

Apa khabar semua!

Projek ini adalah reka bentuk dan pelaksanaan penguat Audio Daya Rendah menggunakan MOSFET. Reka bentuknya semudah mungkin dan komponennya mudah didapati. Saya menulis arahan ini kerana saya sendiri mengalami banyak kesukaran untuk mencari beberapa bahan berguna mengenai projek dan kaedah yang mudah untuk pelaksanaannya.

Semoga anda seronok membaca arahan dan saya yakin ia dapat membantu anda.

Langkah 1: Pengenalan

"Penguat kuasa audio (atau power amp) adalah penguat elektronik yang menguatkan isyarat audio elektronik berkuasa rendah dan tidak terdengar seperti isyarat dari penerima radio atau pengambilan gitar elektrik ke tahap yang cukup kuat untuk menggerakkan pembesar suara atau fon kepala."

Ini termasuk kedua-dua penguat yang digunakan dalam sistem audio rumah dan alat penguat alat muzik seperti penguat gitar.

Penguat audio diciptakan pada tahun 1909 oleh Lee De Forest ketika dia mencipta tiub vakum triode (atau "injap" dalam Bahasa Inggeris Inggeris). Triode adalah peranti tiga terminal dengan grid kawalan yang dapat memodulasi aliran elektron dari filamen ke plat. Penguat vakum triode digunakan untuk membuat radio AM pertama. Penguat kuasa audio awal didasarkan pada tiub vakum. Sedangkan, penguat berasaskan transistor sekarang digunakan yang lebih ringan, lebih dipercayai dan memerlukan penyelenggaraan lebih sedikit daripada penguat tiub. Aplikasi untuk penguat audio merangkumi sistem audio rumah, pengukuhan bunyi konsert dan teater dan sistem alamat awam. Kad suara di komputer peribadi, setiap sistem stereo dan setiap sistem home theater mengandungi satu atau beberapa penguat audio. Aplikasi lain termasuk penguat instrumen seperti penguat gitar, radio mudah alih profesional dan amatur dan produk pengguna mudah alih seperti permainan dan mainan kanak-kanak. Penguat yang disajikan di sini menggunakan mosfet untuk mencapai spesifikasi penguat audio yang diinginkan. Tahap keuntungan dan daya digunakan dalam reka bentuk untuk mencapai keuntungan dan lebar jalur yang diperlukan.

Langkah 2: Reka Bentuk dan Beberapa Tahap Penguat Penting

Spesifikasi penguat merangkumi:

Output kuasa 0.5 W.

Lebar jalur 100Hz-10KHz

GAIN OF THE CIRCUIT: Objektif pertama adalah mencapai keuntungan yang cukup besar untuk memberikan isyarat audio tanpa bunyi pada output melalui pembesar suara. Untuk mencapainya, tahap berikut digunakan dalam penguat:

1. Tahap Keuntungan: Tahap keuntungan menggunakan litar penguat mosfet bias berpotensi pembahagi. Litar bias pembahagi berpotensi ditunjukkan dalam rajah 1.

Ia hanya menguatkan isyarat input dan menghasilkan keuntungan mengikut persamaan (1).

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

Di sini, R1 dan R2 adalah rintangan input, rs adalah rintangan sumber, RD adalah rintangan antara voltan bias dan longkang dan RL adalah rintangan beban.

gm adalah transkonduktansi yang ditakrifkan sebagai nisbah perubahan arus longkang dengan perubahan voltan pintu.

Ia diberikan sebagai

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

Untuk menghasilkan keuntungan yang diinginkan, tiga litar bias pembahagi berpotensi dilancarkan secara bersiri dan keuntungan keseluruhan adalah hasil keuntungan dari tahap individu.

Jumlah Keuntungan = A1 * A2 * A3 (3)

Di mana, A1, A2 dan A3 masing-masing adalah keuntungan tahap pertama, kedua dan ketiga.

Tahap diasingkan antara satu sama lain dengan bantuan kapasitor yang saling berkaitan iaitu gandingan RC.

2. Tahap Daya: Penguat tarikan tolak adalah penguat yang mempunyai tahap output yang dapat menggerakkan arus ke arah mana pun melalui beban.

Tahap keluaran penguat tarikan tolak khas terdiri daripada dua BJT yang sama atau MOSFETs satu arus sumber melalui beban sementara yang lain menenggelamkan arus dari beban. Penguat tarikan tolak lebih unggul daripada penguat hujung tunggal (menggunakan transistor tunggal pada output untuk memacu beban) dari segi penyelewengan dan prestasi. Penguat satu hujung, seberapa baik ia dirancang pasti akan memperkenalkan beberapa penyelewengan kerana tidak linearnya ciri pemindahan dinamiknya.

Penguat tarikan tarik biasanya digunakan dalam situasi di mana distorsi rendah, kecekapan tinggi dan daya output tinggi diperlukan.

Operasi asas penguat tarikan tekan adalah seperti berikut:

"Sinyal yang akan diperkuat pertama kali dipecah menjadi dua isyarat yang sama 180 ° keluar dari fasa. Secara amnya pemisahan ini dilakukan menggunakan transformer gandingan input. Transformer gandingan input disusun sedemikian rupa sehingga satu isyarat diterapkan pada input satu transistor dan isyarat lain digunakan untuk input transistor yang lain."

Kelebihan penguat tarikan tolakan adalah distorsi rendah, ketiadaan ketepuan magnetik dalam teras pengubah gandingan, dan pembatalan riak bekalan kuasa yang mengakibatkan ketiadaan hum sementara kekurangannya adalah keperluan dua transistor yang sama dan keperluan gandingan besar dan mahal pengubah. Tahap penguatan daya dilancarkan sebagai tahap terakhir rangkaian penguat audio.

TANGGUNGJAWAB FREKUENSI PEKELILING:

Kapasiti memainkan peranan yang dominan dalam membentuk tindak balas masa dan frekuensi litar elektronik moden. Penyelidikan eksperimental yang mendalam dan mendalam telah dilakukan sebagai peranan pelbagai kapasitor dalam rangkaian penguat MOSFET isyarat kecil.

Penekanan khusus telah diberikan untuk menangani masalah asas yang melibatkan kapasitansi dalam penguat MOSFET, dan bukannya mengubah reka bentuk. Tiga MOSFET saluran n peningkatan yang berbeza (model 2N7000, yang selanjutnya disebut sebagai MOS-1, MOS-2 dan MOS-3) yang dihasilkan oleh Motorola Inc. telah digunakan untuk eksperimen ini. Kajian ini menemui beberapa ciri baru penguat. Ini menunjukkan bahawa dalam reka bentuk penguat MOS isyarat kecil, ini tidak boleh dianggap tidak pasti bahawa kapasitor gandingan dan pintasan bertindak sebagai litar pintas dan tidak mempengaruhi voltan input dan output ac. Sebenarnya, mereka menyumbang kepada tahap voltan yang dilihat pada port input dan output penguat. Apabila dipilih secara bijaksana untuk operasi gandingan dan pintasan, mereka menentukan kenaikan voltan sebenar penguat pada pelbagai frekuensi isyarat input.

Frekuensi cut-off yang lebih rendah diatur oleh nilai-nilai kapasitor gandingan dan bypass sedangkan cut-off atas adalah hasil dari kapasitansi shunt. Kapasitansi shunt ini adalah kapasitansi sesat yang terdapat di antara persimpangan transistor.

Kapasitansi diberikan oleh formula.

C = (Kawasan * Ebsilon) / jarak (4)

Nilai kapasitor dipilih sedemikian rupa sehingga lebar jalur output antara 100-10KHz dan isyarat di atas dan di bawah frekuensi ini dilemahkan.

Angka:

Rajah.1 Litar MOSFET Berpeluang Pembahagi Potensi

Rajah.2 Litar Penguat Daya menggunakan BJT

Rajah.3 Tindak Balas Kekerapan MOSFET

Langkah 3: Pelaksanaan Perisian dan Perkakasan

Litar ini dirancang dan disimulasikan pada perisian PROTEUS seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. Litar yang sama dilaksanakan pada PCB dan komponen yang sama digunakan.

Semua perintang dinilai untuk 1 Watt dan kapasitor untuk 50 volt untuk mengelakkan kerosakan.

Senarai komponen yang digunakan disenaraikan di bawah:

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

S4 = TIP122

Q5 = TIP127

Litar hanya terdiri daripada tiga peringkat gandaan yang dihubungkan dalam lata.

Tahap keuntungan dihubungkan melalui gandingan RC. Gandingan RC adalah kaedah gandingan yang paling banyak digunakan dalam penguat pelbagai peringkat. Dalam kes ini, Rintangan R adalah perintang yang dihubungkan di terminal sumber dan kapasitor C disambungkan di antara penguat. Ia juga disebut kapasitor penyekat, kerana ia akan menyekat voltan DC. Input setelah melalui tahap ini mencapai tahap daya. Tahap kuasa menggunakan transistor BJT (satu npn dan satu pnp). Pembesar suara dihubungkan pada output tahap ini dan kami mendapat isyarat audio yang diperkuat. Isyarat yang diberikan ke litar untuk simulasi ialah gelombang sinus 10mV dan output pada pembesar suara ialah gelombang sinus 2,72 V.

RAJAH:

Rajah.4 Litar PROTEUS

Rajah.5 Tahap Keuntungan

Rajah.6 Tahap Daya

Rajah.7 Output tahap keuntungan 1 (Keuntungan = 7)

Rajah.8 Hasil keuntungan tahap 2 (Keuntungan = 6.92)

Rajah.9 Output tahap keuntungan 3 (Keuntungan = 6.35)

Rajah.10 Keluaran tiga peringkat keuntungan (Total Gain = 308)

Rajah.11 Keluaran pada pembesar suara

Langkah 4: LAYOUT PCB

Litar yang ditunjukkan dalam Rajah 4 dilaksanakan pada PCB.

Di atas adalah beberapa potongan reka bentuk perisian PCB

RAJAH:

Rajah.12 Susun atur PCB

Rajah.13 Susun atur PCB (pdf)

Rajah.14 Paparan 3D (PANDANGAN ATAS)

Gambar.15 Paparan 3D (PANDANGAN BOTOL)

Gambar 16 Perkakasan (BOTTOM VIEW) Paparan atas sudah ada pada gambar pertama

Langkah 5: Kesimpulannya

Dengan menggunakan keuntungan tinggi dan impedansi input tinggi saluran kuasa pendek MOSFET, litar sederhana telah dirancang untuk menyediakan pemacu yang mencukupi untuk penguat sehingga output 0.5 watt.

Ia menawarkan prestasi yang memenuhi kriteria untuk menghasilkan semula audio berkualiti tinggi. Aplikasi penting merangkumi sistem alamat awam, sistem pengukuhan suara teater dan konsert dan sistem domestik seperti sistem stereo atau home-theatre.

Penguat instrumen termasuk penguat gitar dan penguat papan kekunci elektrik juga menggunakan penguat audio.

Langkah 6: Terima Kasih Khas

Saya amat berterima kasih kepada rakan-rakan yang membantu saya dalam mencapai hasil projek ini.

Saya harap anda menikmati pengajaran ini. Untuk sebarang pertolongan, saya ingin jika anda memberi komen.

Sentiasa dirahmati. Jumpa:)

Tahir Ul Haq, EE DEPT, UET

Lahore, Pakistan