Разработайте аудиоусилитель класса AB

Oct 28 2020

Я должен спроектировать аудиоусилитель класса AB для подачи 10 Вт на динамик 8 Ом, как показано, но я не знаю, с чего начать. Полоса пропускания должна охватывать диапазон от 20 Гц до 18 кГц. Входное напряжение составляет 500 мВ действующее значение.

_{Источник изображения: Учебники по электронике - каскад усилителя усилителя класса AB}

Это то, что я сделал до сих пор

РАСЧЕТЫ.

R_L = 8 Ом
P_AVG = 10 Вт
Полоса пропускания от 20 Гц до 18 кГц
V_ (0 пик) = √ (2 × 10 × 8) = 12,65 В
V_CC = V_ (0 пик) × 2 + 2 = 27,3 В ≅ 28 В
I_ (0 пик) = V_ (0 пик) / R_L = 12,65 / 8 = 1,58 А

Ток каждого транзистора определяется выражением:

I_ (0 пик) / 2 = 1,58 / 2 = 0,79 А

Принимая β = 113

I_ (B Q1) = I_ (B Q2) = I_E / (β + 1) = 0,79 / 114 = 6,93 мА

Предполагая, что I_D = 1A, тогда:

I_bias = 1 мА + 1 мА + 6,93 мА + 6,93 мА = 15,86 мА

Установите V_C = 14V, тогда:

R4 = (28 В-14 В-0,7 В-0,7 В) / 15,86 мА = 794,5 Ом

Установка V_E = 1V

R_3 + R_3 ^ II = 1 В / 15,86 мА = 63,05 Ом

Предполагается, что входной ток составляет 500 мА. Коэффициент усиления Q_3 определяется по формуле:

V_ (O пиковое среднеквадратичное значение) / V_ (среднеквадратичное значение) = √ (8 × 10) / 500 мА = 17,88 Ом

Установка усиления Q_3 на 20:

R_3 ^ II = ((28В-14В) / 15,86 мА) / 20 = 44,14 Ом
R_3 = 63,05-44,14 = 18,92 Ом
I_B = I_C / β = 15,86 мА / 100 = 0,1586 мА

Установка I_1 = 20 I_B:

I_B = 20 × 0,1586 мА = 3,172 мА
R_2 = 1,7 В / 3,172 мА = 535 Ом
R_1 = (28 В-1,7 В) / 3,172 мА = 8291 Ом

Проектирование для C_1 и C_3:

r_e = 26 мВ / 15,86 мА = 1,64 Ом
R_1 || R_2 = 502,57 Ом
R_3 ^ II = 44,14 Ом
R_th = 41,96 Ом
C1 = C3 = 1 / (2 × π × f_L × R_th) = 1 / (2 × π × 20 × 44,14) = 189,65 мкФ

Проектирование для C_2:

R_th = 69,6759 Ом
C_2 = 10 / (2 × π × f_L × R_th) = 10 / (2 × π × 20 × 69,6759) = 1142 мкФ

Когда я моделирую схему, выходное напряжение довольно мало, а выходная мощность намного меньше 10 Вт.

В чем может быть проблема?

Показана последняя схема, которую я придумал.

Ответы

1 James Oct 29 2020 at 03:44

Ваши выходные транзисторы - это транзисторы с малым сигналом, а не силовые транзисторы.

Базовые токи ваших выходных транзисторов нагружают выход усилителя с общим эмиттером и уменьшают усиление.

Я добавил силовой выходной каскад и необходимые дополнительные два диода для смещения. Также немного увеличил напряжение блока питания, чтобы не допустить клиппирования.

8 analogsystemsrf Oct 27 2020 at 23:16

Для 10 Вт на динамик 8 Ом можно сделать такую конструкцию системы

P = Vrms * Vrms / Rload
10 Вт = В * В / 8
10 * 8 = V * V, таким образом, Vrms_out ~~ 9 вольт RMS, или 2,828 * 9 пикового напряжения

Вам понадобится запас по высоте. Так что иметь VDD не менее 40 вольт.

Теперь о выигрыше:

Топология усилителя common_emitter с резистивной нагрузкой имеет максимальное усиление по напряжению VDD / 0,026; при 40 вольт / 0,026 (или 40 * 39) максимальное усиление составляет почти 1600. Вам нужно всего 9_rms / 0.5_rms или 18X.

Теперь о нагрузке на коллектор. Это тяжело. Много миллиампер из-за 1 А + Iout и умеренного бета-коэффициента двух выходных транзисторов. Один усилитель / бета = 100 ==> Ibase 0,010 ампер = 10 мА.

Что делать? Базовые токи будут иметь тенденцию отменяться, поэтому предположим, что на два выходных транзистора подается 10 мА (чистый). И предположим еще 10 мА, чтобы обеспечить подтягивание до +40 вольт. Так что планируйте использовать этот первый транзистор на 0,020 ампер.

С коллектором 20 мА и напряжением 40 В максимальная рассеиваемая мощность вашего первого транзистора (этого общего эмиттера) будет 20 мА / 2 * 40 В / 2 (для пассивных нагрузок) или 10 мА * 20 В = 0,2 Вт.

Итак, вам нужен транзистор в усилителе напряжения (коэффициент усиления 9 / 0,5 = 18x), способный рассеивать 0,2 Вт. Вероятно, пока об этом не беспокойтесь.

Как спроектировать эту первую ступень (усиление напряжения)?

3 RohatKılıç Oct 28 2020 at 00:47

но я не знаю с чего начать

Каждый процесс проектирования начинается с перечисления требований. Похоже, вы перечислили их, так что это начало.

Аудиоусилитель класса AB состоит из трех ступеней:

Входной этап
Стадия усиления напряжения
Выходной каскад.

И дизайн каждого этапа требует:

Теория основных схем,
Конструкция усилителя на базе транзисторов,
Дизайн фильтра,
И даже очень базовое понимание теории обратной связи.

Итак, как вы можете видеть, усилитель звука класса AB - это не вопрос «как его спроектировать?» предмет. И поверьте мне, практически невозможно научиться создавать один из простых ответов, размещенных здесь. Мы не знаем вашего уровня по каждой из указанных выше тем. Если бы вы показали то, что пробовали до сих пор, это дало бы представление о вашем уровне, и я уверен, что эксперты здесь покажут вам, где / что вы сделали не так и как исправить. Например,

Я получил пик Vo как √ (10 * 8 * 2), что дает 12,65 В. Затем я устанавливаю Vcc = Vo пиковое * 2 +1, что дает 27 В.

Вы не можете просто произвольно выставить запас по + 1В.

Примечание к модам: я знаю, что это не ответ. Но это было бы слишком долго, чтобы комментировать. Так что, пожалуйста, не бей меня!

3 James Oct 28 2020 at 01:32

Обзорная блок-схема усилителя класса AB с однополярным питанием. Это типичный образец усилителя 4 Вт на 8R, который я построил, поэтому показанное напряжение питания 24 В будет слишком низким для ваших требований.