İçindekiler:
2025 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2025-01-13 06:58
Selam beyler!
Bu proje, MOSFET'leri kullanan bir Düşük Güçlü Ses amplifikatörünün tasarımı ve uygulamasıdır. Tasarım olabildiğince basit ve bileşenler kolayca temin edilebilir. Projeyle ilgili bazı yararlı materyaller ve uygulama için kolay bir yöntem bulmakta çok zorlandığım için bu talimatı yazıyorum.
Umarım öğreticiyi okumaktan zevk alırsınız ve size yardımcı olacağından eminim.
Adım 1: Giriş
"Bir ses güç amplifikatörü (veya güç amplifikatörü), radyo alıcısından veya elektro gitar alıcısından gelen sinyal gibi düşük güçlü, duyulamayan elektronik ses sinyallerini, hoparlörleri veya kulaklıkları sürmek için yeterince güçlü bir düzeye kadar güçlendiren bir elektronik amplifikatördür."
Bu, hem ev ses sistemlerinde kullanılan amplifikatörleri hem de gitar amplifikatörleri gibi müzik aleti amplifikatörlerini içerir.
Ses yükseltici, 1909'da Lee De Forest tarafından triyot vakum tüpünü (veya İngiliz İngilizcesinde "valf") icat ettiğinde icat edildi. Triyot, filamandan plakaya elektron akışını modüle edebilen bir kontrol ızgarasına sahip üç terminalli bir cihazdı. İlk AM radyoyu yapmak için triyot vakum amplifikatörü kullanıldı. Erken ses güç amplifikatörleri, vakum tüplerine dayanıyordu. Oysa günümüzde tüp amplifikatörlere göre daha hafif, daha güvenilir ve daha az bakım gerektiren transistör tabanlı amplifikatörler kullanılmaktadır. Ses yükseltici uygulamaları, ev ses sistemleri, konser ve tiyatro ses güçlendirme ve genel seslendirme sistemlerini içerir. Kişisel bir bilgisayardaki ses kartı, her stereo sistem ve her ev sinema sistemi, bir veya birkaç ses yükseltici içerir. Diğer uygulamalar, gitar amplifikatörleri, profesyonel ve amatör mobil radyo gibi enstrüman amplifikatörlerini ve oyunlar ve çocuk oyuncakları gibi taşınabilir tüketici ürünlerini içerir. Burada sunulan amplifikatör, bir ses amplifikatörünün istenen özelliklerini elde etmek için mosfetler kullanır. Kazanç ve güç aşaması, gerekli kazanç ve bant genişliğini elde etmek için tasarımda kullanılır.
Adım 2: Tasarım ve Bazı Önemli Amplifikatör Aşamaları
Amplifikatörün özellikleri şunları içerir:
Güç çıkışı 0,5 W.
Bant Genişliği 100Hz-10KHz
DEVRE KAZANIMI: İlk amaç, hoparlörler aracılığıyla çıkışta gürültüsüz bir ses sinyali vermeye yeterli olan önemli bir güç kazancı elde etmektir. Bunu başarmak için amplifikatörde aşağıdaki aşamalar kullanılmıştır:
1. Kazanç Aşaması: Kazanç aşaması, potansiyel bir bölücü önyargılı mosfet amplifikatör devresi kullanır. Potansiyel bölücü önyargılı devre, şekil 1'de gösterilmiştir.
Basitçe giriş sinyalini yükseltir ve denklem (1)'e göre kazanç üretir.
Kazanç = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)
Burada R1 ve R2 giriş dirençleridir, rs kaynak direncidir, RD ön gerilim ile drenaj arasındaki dirençtir ve RL yük direncidir.
gm, drenaj akımındaki değişimin kapı voltajındaki değişime oranı olarak tanımlanan transkondüktanstır.
olarak verilir
gm = Delta (ID) / delta (VGS) (2)
İstenen kazancı elde etmek için üç potansiyel bölücü önyargılı devre seri olarak basamaklandırılmıştır ve toplam kazanç, bireysel aşamaların kazanımlarının ürünüdür.
Toplam Kazanç = A1*A2*A3 (3)
A1, A2 ve A3 sırasıyla birinci, ikinci ve üçüncü aşamanın kazanımlarıdır.
Kademeler, RC kuplaj olan birbirine bağlı kapasitörler yardımıyla birbirinden izole edilir.
2. Güç Aşaması: Bir itmeli çekme yükselticisi, yükün içinden her iki yönde bir akımı sürdürebilen bir çıkış aşamasına sahip bir yükselticidir.
Tipik bir itme-çekme amplifikatörünün çıkış aşaması, biri yükten akım alırken diğeri yükten akımı emen iki özdeş BJT veya MOSFET'ten oluşur. Push pull amplifikatörler, distorsiyon ve performans açısından tek uçlu amplifikatörlerden (yükü sürmek için çıkışta tek bir transistör kullanarak) üstündür. Tek uçlu bir amplifikatör, ne kadar iyi tasarlanırsa, dinamik transfer özelliklerinin doğrusal olmamasından dolayı kesinlikle bir miktar bozulma meydana getirecektir.
Push pull amplifikatörler, düşük distorsiyon, yüksek verim ve yüksek çıkış gücünün gerekli olduğu durumlarda yaygın olarak kullanılır.
Bir itme çekme amplifikatörünün temel çalışması aşağıdaki gibidir:
"Amplifiye edilecek sinyal ilk önce 180° faz dışı iki özdeş sinyale bölünür. Genellikle bu bölme bir giriş kuplaj transformatörü kullanılarak yapılır. Giriş kuplaj transformatörü, bir transistörün girişine bir sinyal ve bir transistörün girişine uygulanacak şekilde düzenlenmiştir. diğer transistörün girişine başka bir sinyal uygulanır."
Push pull yükselticinin avantajları düşük distorsiyon, kuplaj trafosu çekirdeğinde manyetik doygunluğun olmaması ve uğultu olmamasıyla sonuçlanan güç kaynağı dalgalanmalarının iptali, dezavantajları ise iki özdeş transistör ihtiyacı ve hacimli ve maliyetli kuplaj gereksinimidir. transformatörler. Bir güç kazancı aşaması, ses yükseltici devresinin son aşaması olarak basamaklandırılmıştır.
DEVRE FREKANS TEPKİSİ:
Kapasitans, modern elektronik devrelerin zaman ve frekans yanıtını şekillendirmede baskın bir rol oynar. Küçük sinyalli MOSFET amplifikatör devresinde çeşitli kapasitörlerin rolü kapsamlı ve derinlemesine deneysel bir araştırma yapılmıştır.
MOSFET yükselteçlerinde tasarımı değiştirmek yerine kapasitansları içeren temel konuların ele alınmasına özel önem verilmiştir. Deney için Motorola Inc. tarafından üretilen üç farklı geliştirme n-kanallı MOSFET (2N7000 modeli, bundan sonra MOS-1, MOS-2 ve MOS-3 olarak anılacaktır) kullanılmıştır. Çalışma, amplifikatörlerin birkaç önemli yeni özelliğini ortaya çıkarıyor. Küçük sinyalli MOS yükselteçlerinin tasarımında, kuplaj ve baypas kapasitörlerinin kısa devre gibi davrandığının ve ac giriş ve çıkış voltajları üzerinde hiçbir etkisinin olmadığının asla kesin olarak alınmaması gerektiğini belirtir. Aslında, amplifikatörün hem giriş hem de çıkış portunda görülen voltaj seviyelerine katkıda bulunurlar. Kuplaj ve baypas işlemleri için akıllıca seçildiğinde, giriş sinyalinin çeşitli frekanslarında amplifikatörün gerçek voltaj kazancını belirlerler.
Alt kesme frekansları, kuplaj ve baypas kapasitörlerinin değerleri tarafından yönetilirken, üst kesme, şönt kapasitansının bir sonucudur. Bu şönt kapasitansı, transistörün bağlantıları arasında bulunan kaçak kapasitanstır.
Kapasitans formül ile verilir.
C = (Alan * Ebsilon) / mesafe (4)
Kondansatörlerin değeri, çıkış bant genişliği 100-10KHz arasında olacak ve bu frekansın üstündeki ve altındaki sinyal zayıflatılacak şekilde seçilir.
rakamlar:
Şekil.1 Potansiyel Bölücü Önyargılı MOSFET devresi
Şekil.2 BJT Kullanan Güç Amplifikatörü Devresi
Şekil.3 MOSFET'in Frekans Tepkisi
3. Adım: Yazılım ve Donanım Uygulaması
Devre, şekil 4'te gösterildiği gibi PROTEUS yazılımı üzerinde tasarlanmış ve simüle edilmiştir. Aynı devre PCB üzerinde gerçekleştirilmiş ve aynı bileşenler kullanılmıştır.
Hasarı önlemek için tüm dirençler 1 Watt ve kapasitörler 50 volt olarak derecelendirilmiştir.
Kullanılan bileşenlerin listesi aşağıda listelenmiştir:
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
Devre basitçe, kademeli olarak bağlanmış üç kazanç aşamasından oluşur.
Kazanç aşamaları RC kuplaj ile bağlanır. RC kuplaj, çok kademeli amplifikatörlerde en yaygın kullanılan kuplaj yöntemidir. Bu durumda Direnç R, kaynak terminaline bağlanan dirençtir ve C kondansatörü amplifikatörler arasına bağlanır. DC voltajını bloke edeceğinden, buna blokaj kapasitörü de denir. Bu aşamalardan geçtikten sonra girdi güç aşamasına ulaşır. Güç aşaması BJT transistörlerini kullanır (bir npn ve bir pnp). Bu kademenin çıkışına hoparlör bağlanır ve güçlendirilmiş bir ses sinyali alırız. Simülasyon için devreye verilen sinyal 10mV sin wave ve hoparlördeki çıkış 2.72 V sin wave'dir.
ŞEKİLLER:
Şekil.4 PROTEUS devresi
Şekil.5 Kazanç Aşaması
Şekil.6 Güç Aşaması
Şekil.7 Kazanç aşaması 1'in çıkışı (Gain = 7)
Şekil.8 Kazanç aşaması 2'nin çıkışı (Gain = 6.92)
Şekil.9 Kazanç aşaması 3'ün çıkışı (Gain = 6.35)
Şekil.10 Üç kazanç aşamasının çıkışı (Toplam Kazanç = 308)
Şekil.11 Hoparlördeki çıkış
Adım 4: PCB DÜZENİ
Şekil 4'te gösterilen devre PCB üzerinde gerçeklenmiştir.
Yukarıda, PCB'nin yazılım tasarımının bazı parçacıkları verilmiştir.
ŞEKİLLER:
Şekil.12 PCB düzeni
Şekil.13 PCB düzeni (pdf)
Şekil.14 3D Görünüm (ÜST GÖRÜNÜM)
Şekil.15 3D Görünüm (ALT GÖRÜNÜM)
Şekil 16 Donanım (ALT GÖRÜNÜM) İlk görüntüde üstten görünüm zaten mevcut
Adım 5: Sonuç
Kısa kanallı güçlü MOSFET'lerin yüksek kazanç ve yüksek giriş empedansından yararlanarak, 0,5 watt'a kadar olan amplifikatörler için yeterli sürücü sağlamak için basit bir devre tasarlanmıştır.
Yüksek kaliteli ses üretimi kriterlerini karşılayan performans sunar. Önemli uygulamalar arasında genel seslendirme sistemleri, tiyatro ve konser ses güçlendirme sistemleri ve stereo veya ev sinema sistemi gibi ev sistemleri yer alır.
Gitar amplifikatörleri ve elektrikli klavye amplifikatörleri dahil olmak üzere enstrüman amplifikatörleri de ses amplifikatörlerini kullanır.
Adım 6: Özel Teşekkürler
Bu projenin çıktılarına ulaşmamda bana yardımcı olan arkadaşlara özellikle teşekkür ederim.
Umarım bu öğreticiyi beğenmişsinizdir. Herhangi bir yardım için, yorum yaparsanız çok sevinirim.
Mübarek kalın. Görüşürüz:)
Tahir Ul Hak, EE DEPT, UET
Lahor, Pakistan