Ses Güç Amplifiers'teki Operasyonel Amplifiers Rolü

Operasyonel yükselteçler (op ampsiyonlar) sayısız analog ses devrelerinin arka kemiğidir. yüksek çözünürlükteki kombinasyonlar, düşük çarpıklık, geniş bant genişliği ve esnek geri bildirim kontrolü, ön uçlu bir gerilimin 10-30 V) hızlanması için ideal kılar.

Modern ses afileri, uygun geri bildirim ağları ile kullanıldığında, yüksek oranda yüksek oranda transkriptli yüksek çözünürlükte (örneğin, 20 V /μs veya geniş bant ses için daha büyük), ve ray-çi-rayış seçenekleri uygun geri bildirim ağları ile kullanıldığında, onları yüksek derecede doğrusal olmayan bir şekilde kontrol ve mükemmel bir lineer gerilim yükselteçleri (örneğin, 20 V / μs veya daha büyük bir şekilde yüksek çözünürlükte (örneğin, 50 W ile 8 {{) sağlar.

Bir sürücü devresinde bir af amp seçmek için anahtar parametreler şunları içerir:

  • [FONT=0]Unity-gainband[[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönekli bant genişliği[[Dönetici: 1 ) - en az 10 MHz iyi faz marjı ve 20 kHz.
  • [FONT:0]Output mevcut kapasite[Dönetici:0][Dönetici] - Af amplifikatöre doğrudan sürücüye sahip olmasa da, güç transistörlerinin giriş kapasitesinden sorumlu tutmalı ve geçici zirveleri sıkı bir şekilde ele geçirmelidir.
  • [FONT:0] Performansı[[Dönetici:0)[Dönetici:0)) - düşük gerilim gürültü yoğunluğu ile bir af amp seçmek (örneğin, 1-3 nV / UTCHz) gürültü zeminini bir miktar altında tutmak için.
  • [FONT=0)Power tedarik aralığı[[Dönetici: 1 ) – ±12 V'nin ±18 V'ye çifte malzemeleri yaygındır; af amp, kullanılan ray gerilimlerine tolere etmelidir.

Önerilen cihazlar için, ESRAT:0)TI Audio Op Amp Selection Kılavuzu[[Dönetici: 1) OPA2134 veya OPA1656 gibi düşük seviyeli seçenekler için.

Temel Tasarım İlkeleri

Her af-amp tabanlı güç yükseltici sürücü üç temel gereksinimi karşılamalıdır: gerilim kazancı, mevcut sürücü ve istikrar. A op amp, gerilim kazancı sağlar; tamamlayıcı bir it-pull transistör aşaması, mevcut kazanç sağlar (ve böylece güç) konuşmacının düşük dürtüsü (tipik olarak 4–8 ULLAH) geri dönüş elde etmek için geri dönüş sağlar.

Temel tasarım akışı:

  1. Genel gerilim kazançını seçin (örneğin, 20 dB veya 30 dB) giriş hassasiyet ve gerekli çıktı gücüne dayanan.
  2. Af amplitü etrafındaki geri bildirim ağı: non-inverting configuration, kazan = 1 + (R)f) / R).
  3. Bir önyargı ağı ekleyin (örneğin, V)be[[Dönder: 1) Çok basit veya diyot yığını) geçişleri ortadan kaldırmak için küçük bir quiescent akımı kurmak.
  4. Çıktı korumayı ekleyin (emitter direniciler, zener diyotlar için gerilim aksanları ve muhtemelen konuşmacı bir röle).
  5. RF müdahale ve güç tedarik gürültünün ses yoluna girmesini önlemek için uygun güç tedariki ve giriş filtrelemesi sağlayın.

Önemli bir mağara: Af amp'in çıktı gerilimi hızlanması, güç rayları tarafından sınırlıdır. İstenen çıktı gücü, aktılı gerilimin teslim edilmesinden daha büyük bir artırılmış olabilir, önceden gelen bir kanal transistör aşamasının son çıkış aşamasına kadar gerilimi artırmak veya artırmak için gerekli olabilir.En çok 30-40 W ULLAH için, ±15 V demiryolundan çalışan tek bir a amp yeterlidir.

Devre Topoloji Genel Bakış

Sınıf-AB op-amp sürücüsü için en yaygın topoloji, tamamlayıcı bir it-pull çıktı aşaması tarafından takip edilen, tamamlanmamış bir gerilim yükselticisidir.

  • Op amp (U1), rakip olmayanlar R) ve R) ile ödeme yapmak için yapılandırma işlemine izin vermek.
  • Bir önyargı ağı (Q3, Q4 as a V)be[[D)[Dönderde iki diod veya iki diyot (prodüktör) mevcut olan transistörlerin üsleri arasında.
  • NPN (Q1) ve PNP (Q2) güç transistörleri yayıldığı gibi teller.
  • Emitter direniciler (R)e1), R)[Dönetici:0)[0-0.33 {{ termal stabiliteyi geliştirmek ve mevcut aşırı yüklemeyi sınırlandırmak için.
  • Bir Zobel ağı (R + C serisi) kapasiteli yüklerle stabilite sağlamak için çıktı.
  • Giriş kapasitör (C) kaynağın DC dengelemesini engellemek için ).

Af amp'in çıktısı hem çıkış transistörlerinin üslerini yan yana götürüyor. Çıktı iki yaylı direnişçilerin kesiştiği ve geri dönüş girişteki af amp'in inverting girdisine geri döndü.Bu küresel geri bildirimler çıktıyı kesintiye uğrattı.

Daha yüksek güç seviyeleri için (örneğin, 100 W +), bir Darlington çift veya sürücü transistörleri, af amp ve mevcut kazanç üzerindeki yükü azaltmak için çıkış aşaması arasında eklenebilir.

Detaylı Not Seçimi

[FONT=0)Op Amp[[[Dönetici:0)) - Düşük bozulma, yüksek yarıklık oranı ve yeterli çıktı mevcut (örneğin, NE5532, OPA2134, LME49720). LM741 gibi genel amaçlı amfiğe karşı kötü gürültü ve bant genişliğine bakın.

[FONT=0)Power Transistors [[Döneticileri için] - Orta güç yükselticisi için (10-50 W), TIP41C (NPN) ve TIP42C (PNP) gibi tamamlayıcı çiftleri kullanın (PNP) ve bu, yaygın olarak kullanılabilir ve ısıtıcı tasarım için eleştirel olarak ele alabilir.

[FONT:0]Biasing Network[DÜDÜT:1) – A V)) Bir transistör kullanarak çok basit ve bir pot, aksi takdirde, iki 1N4007 diyotsiyonel bir dirençle, 1.2-1.4 V hakkında sabit bir önyargı sağlayabilir, küçük bir ayakta kalan mevcut (10-50 mA) için yeterli.

[FONT=0)Feedback Dirençleri[[Dönetici: 1 ) - Düşük gürültü ve istikrarlı kazanç için %1 toleransı ile karşıtlık kazanır. ( R).[DDD[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar, GÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜye Olmayanlar, YÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜye Değerler Arası)

[FONT=0)Power Supply components[[[Dönetici:0))) - Bir merkezden gelen transformatör kullanın, köprü retifier ve büyük filtre kapasitörler (örneğin, 4700 μF demiryolu başına) küçük seramik kapasitörler (0.1 μF) her IC ve transistör yüksek frekanslı gürültüyü ikiye bölmek için.

Güç Supply and Decoupling

Temiz, iyi tanımlanmış bir güç kaynağı düşük doz ses performansı için önemlidir. Çoğu a amp sürücüsü devreleri ikili simetrik malzemelerle en iyi çalışır (±12 V ±18 V) Tek bir tedarik kullanılabilir, ancak düşük frekanslı yanıtları azaltır ve karmaşıklığı arttırır.

Anahtar güç tedarik tasarım noktaları:

  • Manyetik alan radyasyonunu en aza indirmek için bir toroidal transformer kullanın. 50-100 VA dönüştürücü 30-40 W amplifikasyonu için yeterlidir.
  • Küçük bir direnç (örneğin, 0.22 ULL, 5 W) seride ana kapasiteli bir RC filtre oluşturmak için dönüştürücü ikincil rüzgar ile bir dizi.
  • Köprü retifier'te geçiş gürültülerini azaltmak için hızlı keşif diyotları ekleyin.
  • 100 nF seramik kapasitörler, af amp'in güç tedarik pimlerine mümkün olduğunca yakın. Ayrıca düşük frekanslı dekoleksiyonu işlemek için yakındaki 10 μF elektroliz cihazı ekleyin.
  • Bir yıldız zemin topoloji kullanın: tüm zemini tek bir noktaya getirir, ses yolundan aşağı akır olan zemin döngülerinden kaçınmak için.

PCB Layout En İyi Uygulamaları

Improper düzeni, aksi takdirde mükemmel bir devre gürültülü, osilasyon karmaşasına dönüştürebilir.Bu kuralları takip edin:

  • Giriş konektörüne yakın olan af amp tutun ve güç transistörleri çıktı konektörüne ve ısısink'e yakın.
  • Geri bildirim yolu doğrudan çıkıştan kısa, geniş bir iz ile girişe kadar geri dönmez. Geri bildirim sinyalinin yüksek akım yollarla bir zemin paylaşmasına izin vermeyin.
  • Bir katmanda bir zemin uçağı kullanın (iki katmanlı bir tahta için) ama darbe gürültü önlemek için gerekli olan giriş aşamasına girer. Alternatif olarak, ses sinyali yolunda özel bir zemin izi kullanın.
  • 5 mm'deki şarj kapasitörlerini yer im amplitüleri yerleştirin. Seramik kapasitörler kendi zemin uçağa sahip olmalıdır.
  • Güç transistörünün kısa bir süre geçmesine ve ağır bakır izlerini (en azından 2 mm genişlik) koleksiyoncu ve mevcut ısıyı işlemek için yayın.
  • Gire işaret ve güç tedarik hatlarında RF müdahalesini bastırmak için ferrite beads ekleyin.

Test ve Sorun Gider

Devreyi ilk kez iktidar etmeden önce, çift kontrol tüm bağlantıları, elektrolitik kapasitörler ve transistörlerin kutupsallığını kontrol edin.For the circuit for the first time, double-check all connections, polarity of elektroliz cleors and the query of the op amp and transists.Use a variable power supply supply setting to a low current limit (e.g., 200 mA) to avoid destroy components in case of a Cable.

[FONT:0)Adım-by-step test prosedürü:).

  1. Giriş kısa sürede yere, güç ve DC'yi çıktıya kontrol edin. ±50 mV. Daha yüksek bir dengeleme, giriş önyargı akımları veya geri bildirim ağı ile bir problem gösterir.
  2. Bir multimetre (şimdilik modunda) eklemek için mevcut olan quiescent akımını ölçül.Bir sınıf-AB aşaması için, önyargı ayarına bağlı olarak 20-100 mA bekleyin.
  3. Bir konuşmacı yerine bir direnişçi yük (örneğin, 8 ULL, 10 W güç direnişçi) ile bir konuşmacının girişine 1 kHz sine dalga uygulayın (örneğin düşük bir gerilimde (100 mV zirvede).
  4. Yavaş yavaş, klipler meydana gelene kadar giriş sinyalini artırır. Enerji tedarik raylarına ve kazana dayalı beklenen maksimum seviyeye kıyasla.
  5. Yüksek frekanslı oscillations için kontrol edin: 10 μs /tr'deki kapsamlı yayınla iletişime geçin. Herhangi bir ringing veya oscillation (özellikle de travmatik frekanslarda) geri bildirimde küçük bir kapasitör (10-100 pF) eklemek gerekir.
  6. Devre aşırı ısıtılırsa, hemen kapatın. olası nedenler: yanlış önyargı (çok yüksek), osilasyon veya kısa transistörler.

Ortak sorun giderme adımları:

  • [FONT:0]Distorted çıktı düşük hacimde:) önyargı ağı kontrol - geçit bozulması yetersiz quiescent akımı gösterir.
  • [FONT:0) Aşırı derecede nemli bir mizah veya pakt:[Dönemli bir yer döngüsü gibi) Tüm sinyal sebeplerinin tek bir yıldız noktasında buluşmasını sağlar. Ayrıca şarj edilebilir değerleri ve yerleştirmeyi doğrulayın.
  • [FONT:0)Oscillation:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Küçük bir kapasitör (örneğin, 22 pF) geri bildirimde bulunan geri bildirimde bulunan geri bildirimde bulunan ve yüksek frekanslarda elde edilen geliri azaltmak için geri bildirimde bulun.
  • [FONT:0)Blown transistör veya af amp:) Kısa bir güç tedariki için kontrol, şarj transistörleri, ters transistörleri veya beklenenden daha düşük bir yük.

Gelişmiş Tahminler

Sınıf-A vs. Sınıf-AB Bias

En yüksek lineerlik için, bir sınıf-A çıktı aşaması kullanılabilir, ancak küçük bir ayakta duran bir sabit kaynağı (örneğin, negatif demiryoluna karşı direnç gösteren bir transistör (toplayıcı olarak% 0) ve verimliliği (en tam güçte% 30+ W).

Termal Açıklama

Power transistörlerin V için negatif bir sıcaklık katlaması vardır[Dönetici:0))[Dörtücüler, V) Aynı ısıtıcısı [Döneticileri) aynı ısıtıcılar üzerinde, daha fazla sıcaklık (termal runaway) daha fazla artış gösterir., yanlısı ile aynı zamanda değişkenleri azaltır.

Koruma Devreleri

eklemeyi düşünün:

  • [FONT:0)Ekm:[[Dönetici:[Dönetici:0) Mevcut koruma:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0))Mevcut bir transist direnicinin karşısındaki duyu gerilim ve mevcut transiste karşı temel sürücüyü güvenli bir seviyeye geçtiğinde sınırlayın.
  • [FONT=0)DC dengeleme koruma: [Dönetici:[Dönetici:0) DC servo devre (başka bir af amp) çıktıyı bütünleştiren ve giriş için bir düzeltme gerilimi uygular veya DC'nin tespit edildiği bir konuşmacı koruma rölesini uygular.
  • [FONT:0] ⁇ koruma:[Dönetici: [Dönetici: 0] Bir ısıtılmış ısıtılır, güç tedarikini kapatır veya ısıtılırsa girişleri 80-90 °C'yi aşıyor.

Giriş Filtreleme

RF müdahalesini ses zincirine girmeyi önlemek için, girişte basit bir düşük geçit filtresi ekleyin: 100-470 pF kapasiteli bir şekilde takip edilen seride 1-10 kULL direnç.Bu, 300 kHz'nin üzerinde bir kesme frekansı yaratır, iyi bir yüksek frekanslı gürültüyü bastırmak için yeterlidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir güç yükseltici sürücü devresini kullanarak artırılmış amplifleri kullanarak tasarlayın, analog tasarım teorisini pratik donanım uygulamaları ile dengelemek, doğru geri bildirimler ve önyargıları dikkatlice kullanarak ve yüklemeye ve termal yönetime dikkat etmek, kitaplarhelf konuşmacılar, stüdyo monitörleri veya ev tiyatro sistemleri için uygun yüksek sadakat performansı elde edebilirsiniz.

Daha fazla araştırma için, [[Üyetim:0)TI Uygulama Raporu "Op Amp Audio Power Amplifiers" )", bir ekmek dolabında basit bir tasarımla başlayın, sonra güvenilir, üretim hazırlayıcısı için kompakt bir PCB'ye başlayın. Dikkatli bir test ve sorun giderme ile, ticari ürünlerin maliyetin bir kısmını sağlayan temiz, güçlü bir ses sürücüsü üretebilir.