עיצוב של Power Amplifier שימוש ב-Op יושב ראש

תפקיד המגבר המבצעי ב- Audio Power Amplifiers

(הופנה מהדף אינספור מעגלי אודיו אנלוגיים.שילוב שלהם של רווח גלוי-פרלופ גבוה, עיוות נמוך, רוחב פס רחב, ובקרת משוב גמישה הופכת אותם אידיאליים לנהיגה בשלב הגדלה הקדמי של נהג בעל מתח מלפנים (בשרשרת מגברית כוח טיפוסית), האמפ מקבל אות קו-רמה (בדרך כלל 0.3-2FIRRE) למתח של 101F) ו-F2F1 להזיז כוח רגיל ל-R) כדי להניע את הכוח הנוכחי.

⁇ אודיו מודרניים מציעים עיוות הרמוני נמוך במיוחד (THD+N) דמויות מתחת 0.001%, שיעור גבוה של סלולים (למשל, 20 V / מיקרו או גדול יותר עבור אודיו רחב), ואפשרויות פלט רכבת עד לשבריריות הממקסימות את חדר הראש. כאשר בשימוש עם רשתות מתאימות, הם מספקים שליטה מדויקת ומצוינות מעולה, מה שהופך אותם למתח גבוה יותר על פני בחירה גבוהה יותר על פני דלקת מפרקים ל קיבולת נמוכה של 850 (כלומר, 000 עיצובים) לתוך עיצובים נמוכים ל - 8 מעלות צלזיוס)

פרמטרים מרכזיים לבחירת mp במעגל הנהג כוללים:

(FLT:0) Unity-gain רוחב פס FLT:1, לפחות 10 MHz עבור שולי שלב טובים ועיוות נמוך ב-20 kHz.
(ב) [ה]:0Output Current CapacityFLT:1] – בעוד שהאמפ עצמו אינו יכול לנהוג ישירות ברמקול, הוא חייב לספק מספיק זרם כדי לטעון את הקלט של הטרנזירים ולטפל בפסגות טרנספורמטיביות ללא הגבלת סלים.
(FLT:0) Noise PerformanceFLT:1) - בחר אמפ עם צפיפות רעש נמוכה (למשל, 1–3 nV / ⁇ Hz) כדי לשמור על רצפת הרעש מתחת לרמות בלתי ניתנות לחיזוי.
(ב) אספקת חשמל:0) טווח אספקת חשמל נע בין 1 ל- ±12 V ל- ±18 V הם נפוצים; האמפ חייב לסבול את מתחי הרכבת המשמשים.

עבור מכשירים המומלצים, ראה את מדריך הבחירה של אודיו Amp, 1 עבור אפשרויות בעלות נמוכה כמו OPA2134 או OPA1656.

עקרונות עיצוב

כל נהג בעל עוצמה מבוסס דגימה חייב לספק שלוש דרישות ליבה: רווח מתח, דחף נוכחי ויציבות.המדן מספק את רווח המתח; שלב transistor משלים דחיפה-pull מספק את הרווח הנוכחי (ולכן הכוח) להניע את הדחף הנמוך של הדובר (בדרך כלל 4-8 ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

זרימת העיצוב הבסיסית היא:

בחר את הרווח הכולל של מתח (למשל, 20 dB או 30 dB) בהתבסס על רגישות קלט וכוח פלט הנדרש.
עיצוב רשת משוב סביב תצלום: עבור תצורה לא מונעת, רווח = 1 + (RirFLT:0) ; RevolveFLT:2gigtureFLT 3: 3).
הוסף רשת הטיה (למשל VFLT:0reabe FLT:1 מכפיל או ערימה diode) כדי להגדיר זרם קטן בפלט כדי לחסל עיוות צלב.
כולל הגנת שלב פלט (מתנגדי נסיגת, דיודות zener עבור ספייק מתח, ואולי הודעה הגנת הדובר).
לספק אספקת חשמל נאותה ניכוי וסינון קלט כדי למנוע התערבות RF ואספקת חשמל רעש מלהיכנס למסלול אודיו.

מערת חשובה: תנוחת הפלט של ה- mp מוגבלת על ידי מסילות הכוח שלה.אם כוח הפלט הרצוי דורש תנופה גבוהה יותר מה-Amp יכול לספק, שלב טרנזיטור טרום נהיגה עשוי להיות נחוץ כדי לשנות את רמת או להגביר את המתח לפני שלב התפוקה הסופי.עבור רוב העיצובים עד 30-40 W ל 8 ⁇ , אחד עובד מ- ± 15 הוא מספיק.

מצגת:Topology Review

הטופולוגיה הנפוצה ביותר עבור נהג דגימת כיתה-AB היא מגבר מתח לא מונע ואחריו שלב תפוקה משלים של דחיפה-פול. a schematic כולל:

(א) בהגדרה שאינה מונעת מתוקף של התנגדות לרווחים RFLT:0,364 203 ;217 22,113
רשת הטיה (Q3, Q4 כ-VFLT:0ibFLT:1 מכפיל או שני דיודות בסדרה) בין הבסיסים של הטרנזירים הפלט כדי להגדיר את הזרם הניקוד.
NPN (Q1) ו- PNP (Q2) כוח טרנזירים מחווטים כחסידי פולש.
(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
רשת זובל (R + C בסדרה) בפלט כדי להבטיח יציבות עם עומסים קיבוליים.
Input capacitor (CIRLT:0)inFIRLT 1) כדי לחסום את DC מהמסלול.

הפלט של ה-Amp מניע את הבסיסים של שני טרנזיסטורים פלט באמצעות רשת ההטיה.הפלט נלקח מן הצומת של שני המתנגדים פולטים ואכיל בחזרה לקלט המופנם של ה- Opmp דרך רשת משוב.זה משוב גלובלי מקטין את הפלט מאימפולסים ומתקן חוסר לינאריות בשלב הפלט.

עבור רמות כוח גבוהות יותר (למשל, 100 W+), זוג דארינגטון או טרנזיסקטורים של הנהג ניתן להוסיף בין ה- mp ואת שלב הפלט כדי להפחית את העומס על האמפ להגדיל את הרווח הנוכחי.

בחירה מפורטת

(ב) .0.Op AmptureFLT:1 - חפש מכשיר עם עיוות נמוך, שיעור גבוה, ותפוקה מספקת נוכחי (למשל, NE5532, OPA2134, LME49720) להימנע מתופעות מטרות כלליות כמו LM741 עקב רעשים נמוכים ורוחב הפס.

(ב) (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) [17] (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0) Power Supply ComponentssFLT:1 - השתמש במשנה מהפך ממוקד, מגשר, ו-Framan גדול (למשל, 4700 μF לרכבת) הוסף משקעים קטנים (0.1 μF) קרוב לכל IC ו transistor כדי decole-ple גבוה רעש.

כוח אספקה ופירוק

אספקה נקייה, מוסדרת היטב של כוח חיוני לביצוע אודיו נמוך.רוב מעגלי נהגי האמפ עובדים הכי טוב עם אספקה סימטרית כפולה (±12 V ל ±18 V). אספקת יחיד ניתן להשתמש, אבל דורש גנרטור קרקע וירטואלי ופלט מחוספס, אשר מפחית תגובה נמוכה ומגדיל מורכבות.

מפתחי כוח לספק נקודות עיצוב:

השתמש בגורם טורואיד כדי למזער את קרינת השדה המגנטית של A 50-100 VA הוא מספיק עבור מגבר 30-40 W.
הוסף התנגדות קטנה (למשל, 0.22 ⁇ , 5 W) בסדרה עם המשנית המשנית ההופכת כדי ליצור מסנן RC עם הציפוי הראשי, צמצום הקרע.
כולל דיודות מהירות ב- Bridge rectifier כדי להפחית את החלפת הרעש.
קיבולת 100 nF קרמיקה capacitors קרוב ככל האפשר לאספקת החשמל של האמפ.בנוסף להוסיף 10 μF אלקטרוליטי capacitors בקרבת מקום כדי להתמודד עם דליקות נמוך.
השתמש בטופולוגיה של כוכב: להביא את כל הקרקע חזרה לנקודה אחת כדי למנוע לולאות קרקעיות אשר מזרקות את הלכלוך לתוך נתיב אודיו.

המונחים: PCBout Best Practices

פריסת אימפולסר יכולה להפוך מעגל מצוין אחר לתוך בלגן רועש, מתפתל.

שמור את ה- mp קרוב לחבר קלט ואת כוח transistors קרוב המחברת פלט חום.
עיין בנתיב משוב ישירות מהפלט אל קלט ה-Amp עם עקבות קצרים ורחבים.אל תתנו לסימן משוב לשתף חזרה קרקע עם שבילים עתירי גבוה.
השתמש במטוס קרקע על שכבה אחת (עבור לוח שתי שכבות) אבל לשבור אותו מתחת לשלב קלט אם יש צורך להימנע מרעש הפיכה. לחלופין, השתמש בסימן קרקע ייעודי עבור נתיב אות אודיו.
הניחו את הקפיצרים המנוונים בתוך 5 מ"מ של סיכות כוח האמפ.הציפוי הקרמיקה צריכים להיות דרך משלהם אל המטוס הקרקע.
שמור על כוח transistor מוביל קצר ולהשתמש עקבות נחושת כבד (לפחות 2 מ"מ רוחב) עבור אספנים ופלט חיבורים כדי לטפל בחום הנוכחי והדיספל.
הוסף ferrite beads על אות קלט וקווי אספקת חשמל כדי לדכא את התערבות RF.

בדיקות ופתרון בעיות

לפני הפעלת המעגל בפעם הראשונה, לבדוק פעמיים את כל הקשרים, קוטביות של קפקאים אלקטרוליטיים, ואת הכיוון של אמפ ו transistors. השתמש אספקת כוח ספסל משתנה להגדיר למגבלת זרם נמוכה (למשל, 200 mA) כדי למנוע הרס רכיבים במקרה של טעות מתפתל.

(ב) ,0) - הליך בדיקה של צעדי צעד:

עם הקלט קצר לאדמה, כוח למעלה ולבדוק את ה- DC בפלט.זה צריך להיות פחות מ ±50 mV. a יותר מ offset מציין בעיה עם זרמי הטיה קלט או רשת משוב.
מדדו את הזרם הנימוק על ידי הוספת רבמטר (במצב הנוכחי) בין רכבת האספקה החיובית לבין המעגל. עבור שלב Class-AB, לצפות 20-100 מ"א בהתאם להגדרה ההטיה.
צור עומס התנגדות (למשל, 8 ⁇ , 10 W התנגדות כוח) במקום דובר. החל גל חטא 1 kHz בקלט במתח נמוך (100 מ"ר שיא) עיין בפלט על אוקטלופ.
להגדיל בהדרגה את אות קלט עד ש- קידוד מתרחשת. השוו את רמת הסימון למקסימום הצפוי על בסיס מסילות אספקה ורווחים.
בדוק עבור תנודות גבוהות: לגעת בפלט עם לוחצת היקף ב 10 מיקרו / מגוון.כל טבעת או oscillation (במיוחד בתדרים MHz) דורש הוספת קיבול קטן (10-100 pF) על פני משוב התנגדות או רשת Zobel בפלט.
אם המעגל מתחממת באופן מוגזם, סגור מיד.אפשרות: הטיה לא נכונה (גבוהה מדי), אווסוציאל טרנזיסטורים קצרים.

פתרון בעיות נפוצות:

(FLT:0) תפוקה מאוישת בנפח נמוך: ההרחבה ההטיה: בדיקת רשת ההטיה - עיוות חוצה מעיד על זרם לא מספיק quiescent.
(ב) ⁇ :0) , אוזזז: (בדומה ל- 1) , כמו כן, ⁇ רצפה (כמו כן) - להבטיח שכל נימוקים האות נפגשים בנקודה כוכב אחד.
(ב) [15] ,2 ,2 ,2 ,2 ,2 ,2 ,) על פני משוב התנגדות כדי להפחית את הרווח בתדרים גבוהים.
(ב) ⁇ :0 (בקיצור של ⁇ ) או אמפ: 1) עיין באספקת חשמל קצרה, אספקת אספקת חשמל מקצרת, רצף טרנסיסטאור, או עומס נמוך יותר מאשר צפוי.

שיקולים מתקדמים

דרגה A לעומת Class-AB Bias

עבור הליניאריות הגבוהה ביותר, שלב תפוקת מעמד יכול לשמש, אבל זה דורש מקור קבוע פעיל (למשל, transistor עם התנגדות לרכבת שלילית) ו dissipates חום עצום (למשל, 30+ W אפילו ב- idle) עבור יישומים מעשיים ביותר, נטייה בכיתה עם זרם קטן עומד (10100 mA) מספקת פשרה מצוינת בין יעילות מלאה (0) ל- 60%).

המונחים:

(ב) לטראנסים יש יעילות טמפרטורה שלילית עבור VFLT:0igbe (FLT:1) - כפי שעולה הטמפרטורה, VFLT:2beph 3 טיפות, הגדלת זרם האספן, אשר מעלה עוד טמפרטורה (הריצה שנייה) כדי למנוע זאת, עלייה של הטיה טרנזיסטור (שימוש ב-VFLT:4beFLT:5) מכפיל את אותו חום (ה נוסף) כמו גם את הצטווה ה-R3Fk) עם הנית).

מעגל הגנה

שקול להוסיף:

(ב) הגנה עדכנית: 1 (FLT:1) טרנסג'נדר החוש מתח מעבר למתנגד הנפלט ומגביל את כונן הבסיס לטרנסטור הפלט כאשר הזרם עולה על רמה בטוחה.
(FLT:0)DC הגנה מפני תחילת ההגנה: 1FLT:1 A DC servo מעגל (עוד mp) המשלב את הפלט מתבטל ומיישם מתח תיקון לקלט, או הודעה של דובר שמנתקת את העומס אם DC מזוהה.
(ב) ⁇ :0) הגנה על המזבח: 1 (ב) 1 (ב) מתג תרמי שהועלה על תנור החום, אשר סוגר את אספקת החשמל או מטיס את הקלט אם החום עולה על 80-90 מעלות צלזיוס.

Inputing filter

כדי למנוע התערבות RF להיכנס לשרשרת השמע, הכנס מסנן פשוט נמוך על גבי קלט: 1-10 k ⁇ התנגדות בסדרה ואחריו 100-470 pF capacitor הקרקע.זה יוצר תדירות חיתוך סביב 300 kHz, טוב יותר אודיו אבל מספיק כדי לדכא רדיו AM ורעש גבוה אחרים.

מסקנה

עיצוב מעגל הנהג מגבר כוח באמצעות OPOps הוא תרגיל מתגמל כי מאזן תורת עיצוב אנלוגי עם יישום חומרה מעשי. על ידי בחירת רכיבים, יישום משוב הולם וטיה, ושימת לב הפריסה וניהול תרמי, אתה יכול להשיג ביצועים גבוהים נאמנות גבוהה אודיו מתאים עבור רמקולים של אלפי, לפקחי סטודיו, או מערכות תיאטרון בית.

לצורך מחקר נוסף, דוח היישום של ה- 0 (Op Amp Audio Power Amplifiers) ,(FLT:1) מספק דוגמאות מעגלים נוספות ומשוואות עיצוב.התחל עם עיצוב פשוט על לוח לחם, ולאחר מכן הוא מתעדכן ל- PCB קומפקטי עבור מגבר אמין, ייצור קורא ייצור.עם בדיקה קפדנית ופתרון בעיות, אתה יכול לייצר נהג נקי, חזק כי מתחרים על שבריר מוצרים מסחריים עלות של מוצרים מסחריים.