جدول المحتويات:
2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56
مرحبا يا شباب!
هذا المشروع هو تصميم وتنفيذ مضخم صوت منخفض الطاقة باستخدام MOSFET. التصميم بسيط قدر الإمكان وتتوفر المكونات بسهولة. أكتب هذه التعليمات لأنني واجهت صعوبة كبيرة في العثور على بعض المواد المفيدة المتعلقة بالمشروع وطريقة سهلة للتنفيذ.
آمل أن تستمتع بقراءة التعليمات وأنا متأكد من أنها ستساعدك.
الخطوة 1: مقدمة
"مضخم الصوت (أو مضخم الطاقة) مضخم إلكتروني يعمل على تقوية الإشارات الصوتية الإلكترونية منخفضة الطاقة وغير المسموعة مثل الإشارة من جهاز استقبال الراديو أو التقاط الغيتار الكهربائي إلى مستوى قوي بما يكفي لقيادة مكبرات الصوت أو سماعات الرأس."
يتضمن ذلك كل من مكبرات الصوت المستخدمة في أنظمة الصوت المنزلية ومضخمات الآلات الموسيقية مثل مضخمات الغيتار.
تم اختراع مكبر الصوت في عام 1909 بواسطة Lee De Forest عندما اخترع أنبوب التفريغ الثلاثي (أو "الصمام" باللغة الإنجليزية البريطانية). كان الصمام الثلاثي عبارة عن جهاز ثلاثي الأطراف مزود بشبكة تحكم يمكنها تعديل تدفق الإلكترونات من الفتيل إلى اللوحة. تم استخدام مضخم الفراغ الثلاثي لصنع أول راديو AM. كانت مكبرات الصوت المبكرة تعتمد على الأنابيب المفرغة. في حين يتم استخدام مكبرات الصوت القائمة على الترانزستور حاليًا وهي أخف وزنًا وأكثر موثوقية وتتطلب صيانة أقل من مكبرات الصوت الأنبوبية. تشمل تطبيقات مكبرات الصوت أنظمة الصوت المنزلي وأنظمة تعزيز الصوت في الحفلة الموسيقية والمسرحية وأنظمة مخاطبة الجمهور. تحتوي بطاقة الصوت في الكمبيوتر الشخصي وكل نظام استريو وكل نظام مسرح منزلي على مضخم صوت واحد أو أكثر. وتشمل التطبيقات الأخرى مكبرات الصوت للأدوات مثل مكبرات صوت الجيتار والراديو المحمول المحترف والهواة والمنتجات الاستهلاكية المحمولة مثل الألعاب وألعاب الأطفال. يستخدم مكبر الصوت المعروض هنا mosfets لتحقيق المواصفات المطلوبة لمكبر الصوت. يتم استخدام مرحلة الكسب والطاقة في التصميم لتحقيق الكسب وعرض النطاق الترددي المطلوبين.
الخطوة الثانية: التصميم وبعض مراحل مكبر الصوت المهمة
تشمل مواصفات مكبر الصوت ما يلي:
خرج الطاقة 0.5 وات.
عرض النطاق الترددي 100 هرتز -10 كيلو هرتز
كسب الدائرة: الهدف الأول هو تحقيق كسب كبير للطاقة يكفي لإعطاء إشارة صوتية خالية من الضوضاء عند الخرج من خلال مكبرات الصوت. لتحقيق ذلك ، تم استخدام المراحل التالية في مكبر الصوت:
1. مرحلة الكسب: تستخدم مرحلة الكسب دائرة مضخم mosfet منحازة للمقسم المحتمل. تظهر الدائرة المنحازة للمقسم المحتمل في الشكل 1.
إنه ببساطة يضخم إشارة الدخل وينتج كسبًا وفقًا للمعادلة (1).
كسب = [(R1 || R2) / (rs + R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)
هنا ، R1 و R2 هما مقاومات المدخلات ، rs هي مقاومة المصدر ، RD هي المقاومة بين جهد التحيز والتصريف و RL هي مقاومة الحمل.
gm هي الموصلية التحويلية والتي تعرف بأنها نسبة التغيير في تيار التصريف إلى التغيير في جهد البوابة.
يتم إعطاؤه كـ
جم = دلتا (معرف) / دلتا (VGS) (2)
لإنتاج الكسب المطلوب ، تم تتابع ثلاث دوائر منحازة للمقسم المحتمل في سلسلة ويكون الكسب الإجمالي ناتجًا عن مكاسب المراحل الفردية.
إجمالي الربح = A1 * A2 * A3 (3)
حيث تمثل A1 و A2 و A3 مكاسب المرحلة الأولى والثانية والثالثة على التوالي.
يتم عزل المراحل عن بعضها البعض بمساعدة المكثفات المترابطة التي هي اقتران RC.
2. مرحلة القدرة: مضخم الدفع والسحب هو مضخم له مرحلة خرج يمكنها دفع تيار في أي اتجاه من خلال الحمل.
تتكون مرحلة الإخراج لمضخم سحب الدفع النموذجي من اثنين من BJTs أو MOSFETs متطابقتين ، أحدهما مصدر التيار من خلال الحمل بينما الآخر يغرق التيار من الحمل. تعتبر مضخمات الدفع والسحب متفوقة على مكبرات الصوت أحادية الطرف (باستخدام ترانزستور واحد عند الخرج لقيادة الحمل) من حيث التشويه والأداء. إن مكبر الصوت أحادي الطرف ، ومدى تصميمه بشكل جيد ، سيقدم بالتأكيد بعض التشويه بسبب عدم خطية خصائص النقل الديناميكي الخاصة به.
تستخدم مضخمات الدفع والسحب بشكل شائع في المواقف التي تتطلب تشويهًا منخفضًا وكفاءة عالية وطاقة خرج عالية.
العملية الأساسية لمضخم الدفع بالسحب هي كما يلي:
"يتم أولاً تقسيم الإشارة المراد تضخيمها إلى إشارتين متطابقتين 180 درجة خارج الطور. بشكل عام يتم هذا التقسيم باستخدام محول اقتران الإدخال. يتم ترتيب محول اقتران الإدخال بحيث يتم تطبيق إشارة واحدة على مدخل ترانزستور واحد و يتم تطبيق إشارة أخرى على مدخلات الترانزستور الآخر."
مزايا مضخم الدفع بالسحب هي التشوه المنخفض ، وغياب التشبع المغناطيسي في قلب محول التوصيل ، وإلغاء تموجات مصدر الطاقة مما يؤدي إلى عدم وجود همهمة في حين أن العيوب هي الحاجة إلى ترانزستورات متطابقة ومتطلبات اقتران ضخمة ومكلفة محولات. تم تسلسل مرحلة كسب الطاقة كمرحلة أخيرة من دارة مكبر الصوت.
الاستجابة الترددية للدائرة:
تلعب السعة دورًا مهيمنًا في تشكيل استجابة الوقت والتردد للدوائر الإلكترونية الحديثة. تم إجراء تحقيق تجريبي شامل ومتعمق لدور المكثفات المختلفة في دائرة مضخم MOSFET ذات الإشارة الصغيرة.
تم التركيز بشكل خاص على معالجة القضايا الأساسية التي تنطوي على السعات في مكبرات الصوت MOSFET ، بدلاً من تعديل التصميم. تم استخدام ثلاثة أنواع مختلفة من MOSFETs (طراز 2N7000 ، المشار إليه فيما بعد باسم MOS-1 و MOS-2 و MOS-3) من إنتاج شركة Motorola Inc. للتجربة. تكشف الدراسة عن العديد من الميزات الجديدة الهامة لمكبرات الصوت. يشير إلى أنه في تصميم مضخمات MOS ذات الإشارة الصغيرة ، لا ينبغي أبدًا اعتبار أن مكثفات الاقتران والتجاوز تعمل كدائرة كهربائية قصيرة وليس لها أي تأثير على مدخلات ومخرجات التيار المتردد. في الواقع ، إنها تساهم في مستويات الجهد المرئية في كل من مدخلات ومنافذ خرج مكبر الصوت. عند اختيارها بحكمة لعمليات الاقتران والتجاوز ، فإنها تملي الكسب الفعلي للجهد للمكبر عند الترددات المختلفة لإشارة الدخل.
يتم التحكم في ترددات القطع المنخفضة من خلال قيم الاقتران والمكثفات الالتفافية في حين أن القطع العلوي ناتج عن سعة التحويل. هذه السعة التحويلية هي السعة الشاردة الموجودة بين تقاطعات الترانزستور.
يتم الحصول على السعة بواسطة الصيغة.
C = (المنطقة * Ebsilon) / المسافة (4)
يتم اختيار قيمة المكثفات بحيث يكون عرض النطاق الترددي الناتج بين 100-10 كيلو هرتز والإشارة أعلى وتحت هذا التردد تكون موهنة.
الأرقام:
الشكل 1 دائرة MOSFET المتحيزة للمقسم المحتمل
الشكل 2 - دائرة مضخم الطاقة باستخدام BJT
الشكل 3 استجابة تردد MOSFET
الخطوة 3: تنفيذ البرامج والأجهزة
تم تصميم الدائرة ومحاكاتها على برنامج PROTEUS كما هو موضح في الشكل 4. تم تنفيذ نفس الدائرة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور واستخدمت نفس المكونات.
تم تصنيف جميع المقاومات بـ 1 وات والمكثفات لـ 50 فولت لتجنب التلف.
قائمة المكونات المستخدمة مذكورة أدناه:
R1، R5، R9 = 1MΩ
R2، R6، R11 = 68Ω
R3 ، R7 ، R10 = 230KΩ
R4 ، R8 ، R12 = 1KΩ
R13 ، R14 = 10KΩ
C1 ، C2 ، C3 ، C4 ، C5 = 4.7 درجة فهرنهايت
C6 ، C7 = 1.5 درجة فهرنهايت
Q1، Q2، Q3 = 2N7000
Q4 = TIP122
Q5 = TIP127
تتكون الدائرة ببساطة من ثلاث مراحل كسب متصلة في سلسلة.
يتم توصيل مراحل الكسب من خلال اقتران RC. اقتران RC هو الطريقة الأكثر استخدامًا للاقتران في مكبرات الصوت متعددة المراحل. في هذه الحالة ، المقاومة R هي المقاوم المتصل عند طرف المصدر والمكثف C متصل بين مكبرات الصوت. يطلق عليه أيضًا مكثف مانع ، لأنه سيعوق جهد التيار المستمر. المدخلات بعد اجتياز هذه المراحل تصل إلى مرحلة الطاقة. تستخدم مرحلة الطاقة ترانزستورات BJT (واحد npn وواحد pnp). يتم توصيل مكبر الصوت عند خرج هذه المرحلة ونحصل على إشارة صوتية مضخمة. الإشارة المعطاة لدائرة المحاكاة هي موجة sin 10mV والإخراج في مكبر الصوت هو 2.72 V sin wave.
الأرقام:
الشكل 4 دارة PROTEUS
الشكل 5 - مرحلة الكسب
الشكل 6 مرحلة الطاقة
الشكل 7 ناتج مرحلة الكسب 1 (الكسب = 7)
الشكل 8 ناتج مرحلة الكسب 2 (الكسب = 6.92)
الشكل 9 ناتج مرحلة الكسب 3 (الكسب = 6.35)
الشكل 10 ناتج مراحل الكسب الثلاث (إجمالي الربح = 308)
الشكل 11 الإخراج في مكبر الصوت
الخطوة 4: تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور
تم تنفيذ الدائرة الموضحة في الشكل 4 على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
فيما يلي بعض المقتطفات من تصميم برنامج ثنائي الفينيل متعدد الكلور
الأرقام:
الشكل 12 تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور
الشكل 13 تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور (pdf)
الشكل 14 عرض ثلاثي الأبعاد (منظر علوي)
الشكل 15 عرض ثلاثي الأبعاد (عرض أسفل)
الشكل 16 الأجهزة (العرض السفلي) المنظر العلوي موجود بالفعل في الصورة الأولى
الخطوة 5: الخاتمة
باستخدام الكسب العالي ومقاومة المدخلات العالية لوحدات MOSFET ذات قدرة القناة القصيرة ، تم تصميم دائرة بسيطة لتوفير محرك كافٍ لمكبرات الصوت حتى خرج 0.5 واط.
إنه يوفر أداء يفي بمعايير إعادة إنتاج الصوت عالي الجودة. تشمل التطبيقات المهمة أنظمة مخاطبة الجمهور وأنظمة تقوية الصوت المسرحي والحفلات الموسيقية والأنظمة المحلية مثل نظام الاستريو أو نظام المسرح المنزلي.
مضخمات الأجهزة بما في ذلك مضخمات الجيتار ومضخمات لوحة المفاتيح الكهربائية تستخدم أيضًا مكبرات الصوت.
الخطوة 6: شكر خاص
أشكر بشكل خاص الأصدقاء الذين ساعدوني في تحقيق نتائج هذا المشروع.
آمل أن تكون قد استمتعت بهذه التعليمات. لأي مساعدة ، أود أن أعلق.
البقاء المباركة. أرك لاحقا:)
طاهر الحق
EE DEPT، UET
لاهور، باكستان