Table des matières:
2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-13 06:57
Bonjour gars!
Ce projet est la conception et la mise en œuvre d'un amplificateur audio basse puissance utilisant des MOSFET. La conception est aussi simple que possible et les composants sont facilement disponibles. J'écris ce instructable car j'ai moi-même rencontré beaucoup de difficultés à trouver du matériel utile concernant le projet et une méthode facile pour la mise en œuvre.
J'espère que vous apprécierez la lecture de l'instructable et je suis certain que cela vous aidera.
Étape 1: Présentation
« Un amplificateur de puissance audio (ou ampli de puissance) est un amplificateur électronique qui renforce les signaux audio électroniques de faible puissance et inaudibles tels que le signal du récepteur radio ou du micro de guitare électrique à un niveau suffisamment puissant pour piloter des haut-parleurs ou des écouteurs. »
Cela inclut à la fois les amplificateurs utilisés dans les systèmes audio domestiques et les amplificateurs d'instruments de musique comme les amplificateurs de guitare.
L'amplificateur audio a été inventé en 1909 par Lee De Forest lorsqu'il a inventé le tube à vide triode (ou "valve" en anglais britannique). La triode était un dispositif à trois bornes avec une grille de contrôle qui peut moduler le flux d'électrons du filament vers la plaque. L'amplificateur à vide triode a été utilisé pour fabriquer la première radio AM. Les premiers amplificateurs de puissance audio étaient basés sur des tubes à vide. Alors que, de nos jours, on utilise des amplificateurs à transistors plus légers, plus fiables et nécessitant moins d'entretien que les amplificateurs à tubes. Les applications des amplificateurs audio comprennent les systèmes audio domestiques, les systèmes de sonorisation de concert et de théâtre et les systèmes de sonorisation. La carte son d'un ordinateur personnel, chaque système stéréo et chaque système de cinéma maison contient un ou plusieurs amplificateurs audio. D'autres applications incluent les amplificateurs d'instruments tels que les amplificateurs de guitare, les radios mobiles professionnelles et amateurs et les produits de consommation portables tels que les jeux et les jouets pour enfants. L'amplificateur présenté ici utilise des mosfets pour atteindre les spécifications souhaitées d'un amplificateur audio. L'étage de gain et de puissance est utilisé dans la conception pour atteindre le gain et la bande passante requis.
Étape 2: Conception et quelques étapes importantes de l'amplificateur
Les spécifications de l'amplificateur comprennent:
Puissance de sortie 0,5 W.
Bande passante 100Hz-10KHz
GAIN DU CIRCUIT: Le premier objectif est d'atteindre un gain de puissance considérable et suffisant pour donner un signal audio sans bruit à la sortie des haut-parleurs. Pour ce faire, les étapes suivantes ont été utilisées dans l'amplificateur:
1. Étage de gain: L'étage de gain utilise un circuit amplificateur mosfet polarisé par un diviseur de potentiel. Le circuit polarisé du diviseur de potentiel est illustré à la figure 1.
Il amplifie simplement le signal d'entrée et produit un gain selon l'équation (1).
Gain = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)
Ici, R1 et R2 sont les résistances d'entrée, rs est la résistance de source, RD est la résistance entre la tension de polarisation et le drain et RL est la résistance de charge.
gm est la transconductance qui est définie comme le rapport entre la variation du courant de drain et la variation de la tension de grille.
Il est donné comme
gm = Delta (ID) / delta (VGS) (2)
Pour produire le gain souhaité, trois circuits polarisés par diviseur de potentiel ont été montés en cascade en série et le gain total est le produit des gains des étages individuels.
Gain total = A1*A2*A3 (3)
Où, A1, A2 et A3 sont respectivement les gains des premier, deuxième et troisième étages.
Les étages sont isolés les uns des autres à l'aide de condensateurs interconnectés qui sont un couplage RC.
2. Étage de puissance: un amplificateur push-pull est un amplificateur qui a un étage de sortie qui peut conduire un courant dans les deux sens à travers la charge.
L'étage de sortie d'un amplificateur push-pull typique se compose de deux BJT ou MOSFET identiques, l'un fournissant le courant à travers la charge tandis que l'autre absorbe le courant de la charge. Les amplificateurs push pull sont supérieurs aux amplificateurs asymétriques (utilisant un seul transistor à la sortie pour piloter la charge) en termes de distorsion et de performances. Un amplificateur asymétrique, quelle que soit sa conception, introduira sûrement une certaine distorsion en raison de la non-linéarité de ses caractéristiques de transfert dynamique.
Les amplificateurs push pull sont couramment utilisés dans les situations où une faible distorsion, un rendement élevé et une puissance de sortie élevée sont requis.
Le fonctionnement de base d'un amplificateur push pull est le suivant:
"Le signal à amplifier est d'abord scindé en deux signaux identiques déphasés de 180°. Généralement cette séparation se fait à l'aide d'un transformateur de couplage d'entrée. Le transformateur de couplage d'entrée est agencé de telle sorte qu'un signal soit appliqué à l'entrée d'un transistor et le l'autre signal est appliqué à l'entrée de l'autre transistor."
Les avantages de l'amplificateur push pull sont une faible distorsion, l'absence de saturation magnétique dans le noyau du transformateur de couplage et l'annulation des ondulations de l'alimentation, ce qui entraîne l'absence de bourdonnement tandis que les inconvénients sont la nécessité de deux transistors identiques et l'exigence d'un couplage encombrant et coûteux transformateurs. Un étage de gain de puissance a été mis en cascade comme étage final du circuit amplificateur audio.
RÉPONSE EN FRÉQUENCE DU CIRCUIT:
La capacité joue un rôle dominant dans la formation de la réponse temporelle et fréquentielle des circuits électroniques modernes. Une étude expérimentale approfondie et approfondie a été réalisée sur le rôle de divers condensateurs dans un circuit amplificateur MOSFET à petit signal.
Un accent particulier a été mis sur la résolution des problèmes de base impliquant les capacités des amplificateurs MOSFET, plutôt que sur la modification de la conception. Trois MOSFET à canal n à amélioration différente (modèle 2N7000, ci-après dénommé MOS-1, MOS-2 et MOS-3) fabriqués par Motorola Inc. ont été utilisés pour l'expérience. L'étude révèle plusieurs nouvelles fonctionnalités importantes des amplificateurs. Il indique que dans la conception des amplificateurs MOS à petit signal, il ne faut jamais tenir pour acquis que les condensateurs de couplage et de dérivation agissent comme un court-circuit et n'ont aucun effet sur les tensions d'entrée et de sortie CA. En fait, ils contribuent aux niveaux de tension observés à la fois au niveau du port d'entrée et du port de sortie de l'amplificateur. Lorsqu'ils sont choisis judicieusement pour les opérations de couplage et de dérivation, ils dictent le gain de tension réel de l'amplificateur à diverses fréquences du signal d'entrée.
Les fréquences de coupure inférieures sont régies par les valeurs des condensateurs de couplage et de dérivation tandis que la coupure supérieure est le résultat de la capacité shunt. Cette capacité shunt est la capacité parasite présente entre les jonctions du transistor.
La capacité est donnée par la formule.
C = (Aire * Ebsilon) / distance (4)
La valeur des condensateurs est choisie de telle sorte que la bande passante de sortie soit comprise entre 100-10KHz et que le signal au dessus et en dessous de cette fréquence soit atténué.
Les figures:
Figure.1 Circuit MOSFET polarisé par diviseur de potentiel
Figure.2 Circuit d'amplificateur de puissance utilisant BJT
Figure.3 Réponse en fréquence du MOSFET
Étape 3: Implémentation du logiciel et du matériel
Le circuit a été conçu et simulé sur le logiciel PROTEUS comme le montre la figure 4. Le même circuit a été implémenté sur le PCB et les mêmes composants ont été utilisés.
Toutes les résistances sont conçues pour 1 watt et les condensateurs pour 50 volts pour éviter les dommages.
La liste des composants utilisés est listée ci-dessous:
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 µF
C6, C7 = 1.5µF
Q1, Q2, Q3 = 2N7000
Q4 = TIP122
Q5 = TIP127
Le circuit se compose simplement de trois étages de gain connectés en cascade.
Les étages de gain sont connectés via un couplage RC. Le couplage RC est la méthode de couplage la plus largement utilisée dans les amplificateurs à plusieurs étages. Dans ce cas, la résistance R est la résistance connectée à la borne de source et le condensateur C est connecté entre les amplificateurs. Il est également appelé condensateur de blocage, car il bloquera la tension continue. L'entrée après avoir traversé ces étages atteint l'étage de puissance. L'étage de puissance utilise des transistors BJT (un npn et un pnp). Un haut-parleur est connecté à la sortie de cet étage et nous obtenons un signal audio amplifié. Le signal fourni au circuit pour la simulation est une onde sinusoïdale de 10 mV et la sortie au niveau du haut-parleur est une onde sinusoïdale de 2,72 V.
LES FIGURES:
Figure.4 Circuit PROTEUS
Figure.5 Étape de gain
Figure.6 Étage de puissance
Figure.7 Sortie de l'étage de gain 1 (Gain = 7)
Figure.8 Sortie de l'étage de gain 2 (Gain = 6,92)
Figure.9 Sortie de l'étage de gain 3 (Gain = 6,35)
Figure.10 Sortie de trois étages de gain (Total Gain = 308)
Figure.11 Sortie au haut-parleur
Étape 4: DISPOSITION DU PCB
Le circuit illustré à la figure 4 a été implémenté sur le PCB.
Ci-dessus, quelques extraits de la conception logicielle du PCB
LES FIGURES:
Figure.12 Disposition du PCB
Figure.13 Disposition PCB (pdf)
Figure.14 Vue 3D (VUE DE DESSUS)
Figure.15 Vue 3D (VUE DE DESSOUS)
Figure 16 Matériel (VUE INFÉRIEURE) Vue de dessus déjà présente dans la première image
Étape 5: Conclusion
Utilisant le gain élevé et l'impédance d'entrée élevée des MOSFET de puissance à canal court, un circuit simple a été conçu pour fournir une commande suffisante pour les amplificateurs jusqu'à 0,5 watt de sortie.
Il offre des performances qui répondent aux critères d'une restitution audio de haute qualité. Les applications importantes incluent les systèmes de sonorisation, les systèmes de sonorisation de théâtre et de concert et les systèmes domestiques tels que les systèmes stéréo ou de cinéma maison.
Les amplificateurs d'instruments, y compris les amplificateurs de guitare et les amplificateurs de clavier électrique, utilisent également des amplificateurs audio.
Étape 6: Remerciements spéciaux
Je remercie particulièrement les amis qui m'ont aidé à atteindre les résultats de ce projet.
J'espère que vous avez apprécié cette instructable. Pour toute aide, j'aimerais si vous commentez.
Reste béni. À bientôt:)
Tahir Ul Haq, DEPT EE, UET
Lahore, Pakistan