Fahren Sie Fragen zum Design eines Audiolautsprechers

Ich habe mich mit einem Projekt beschäftigt, bei dem ich einige Anforderungen zu erfüllen habe. Im Moment befasse ich mich mit dem ersten Teil und eine kurze Geschichte ist,

  • Ich muss eine Sinuswelle mit einer bestimmten Frequenz erzeugen und dieses Signal dann über einen 8-Ohm-Lautsprecher in Ton umwandeln.

  • Mindestens 1 W Leistung am Lautsprecher.

  • Einstellbare Amplitude des Sinuswelleneingangs des Lautsprechers.

Also was habe ich gemacht:

Ich verwende eine Wien-Brücken-Oszillatorschaltung, die so aussieht, um die Sinuswellenform zu erhalten. Und was ich bekomme, ist eine schöne sinusförmige Wellenform von 16 Vpp (ich nehme an, dass ein Verlust von 2 Vpp als normal angesehen werden kann), während keine Last an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist. Wenn jedoch der Schalter geschlossen wird, dh eine 8-Ohm-Last (in diesem Fall mein Lautsprecher) an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist, fällt die Spannung am Lautsprecher dramatisch auf 0 (fast 0) Volt.

Nun, wenn ich nicht falsch gerechnet habe, brauche ich mindestens 4 Vpp am Lautsprecher, um die erforderliche Nennleistung zu erreichen. Nach all dem reduziert sich mein Bedarf darauf, eine einstellbare Lastspannung von 8 Vpp bis 4 Vpp haben zu können.

Also, wie soll ich vorgehen? Ich habe daran gedacht, am Ausgang ein Spannungsteilernetzwerk mit einem Potentiometer und einem festen Widerstand zu verwenden, um die Ausgangsspannung abzustimmen, aber ich weiß nicht, dass das funktioniert, oder wenn das funktionieren kann, wie soll ich dann die Werte des Widerstands und des Potentiometers anordnen damit ich einen 8 Ohm Lautsprecher bedenkenlos antreiben kann.

PS: Die Verwendung von berufsspezifischen ICs, die Entwurfsschritte umgehen und direkt die gewünschten Ergebnisse liefern, ist nicht zulässig.

Erlaubte Komponenten:

Mosfets, Bjts, Kondensatoren, Widerstände, Potentiometer, Gleichstrombatterien, Operationsverstärker, 8-Ohm-Lautsprecher, Schalter, Taster, Draht (muss nach einigen brutalen Kommentaren geschrieben werden..)

Was ist "etc" und was ist ein "designspezifischer IC"? Denn das klingt bei sehr allgemeinen ICs einfach.
LOL, klingt wie ein Hausaufgabenprojekt, wie beim Design mit Transistoren. Was hast du bisher versucht?
@MarcusMüller erlaubte nur Komponenten: BJT, Mosfet, Res, Cap, OpAmp und Switch, Button usw. Sie haben den Punkt verstanden. Auch ein 555-Timer ist nicht erlaubt.
@ Sparky256 kein HW, sondern ein Semesterprojekt, und ich habe geschrieben, was ich bisher versucht habe. Ich frage nicht "Hey, das ist meine Aufgabe, lass es uns zusammen machen", ich grabe nur nach Ideen oder Empfehlungen.
@muyustan Erklären Sie, was das neue "etc" in Ihrer Liste ist. Im Ernst, was sollen wir Ihnen sagen, wenn wir nicht einmal genau wissen, was Sie verwenden können? "BJT, MOSFET, Widerstand, OpAmp, Schalter, Knopf usw." bedeutet für mich "Leistungsverstärker ist in Ordnung", da ein Opamp und ein Leistungsverstärker ungefähr gleich sind, also deckt Ihr "etc" das ab. Sie müssen spezifisch sein . Dann bearbeiten Sie die Frage so, dass sie genau diese Liste anstelle eines vagen Begriffs "Keine berufsspezifischen ICs" und "etc" enthält.
@MarcusMüller Ich denke, ich bin spezifisch genug, ich kann jede Topologie oder jede Schaltung verwenden, die ich mit Transistoren oder Operationsverstärkern konstruiere, aber ich kann keinen 555-Timer verwenden, ich kann keine "bereits konstruierte Verstärkerplatine" verwenden, ich muss jede Schaltung selbst konstruieren . Ich kann also grundlegende Komponenten der Elektronik verwenden, aber keine gekauften kommerziellen Produkte. opAmp ist das komplexeste Element, das zulässig ist. Die Sache ist also, dass ich verstehen muss, was ich in jeder Phase tue, zum Beispiel muss ich an einem Teil des Projekts ein Signal vom Mikrofon verstärken, ich kann dafür keine eingebaute kommerzielle Verstärkerplatine verwenden.
Fügen Sie alle anderen Annahmen wie verfügbare Stromquellen, Kappen, DC-Blockierung für Lautsprecher, Verfügbarkeit von diskreten Bauelementen wie Darlington-Leistungstransistoren oder Leistungs-FETs, Potis oder einfach nur Simulation von Sin Gen, Spannungssteuerung und Stromverstärkung zum Ansteuern von 8 Ohm, Dual-Versorgung hinzu , Batterien nur mit ESR? oder Einzelversorgung 5V?
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Ich habe die Frage bearbeitet.
Spezifikationen sind kritisch. Stromquelle, Spannung, ESR? zB Laborversorgung nahe 0. 9V Batterie ESR ~ 1 Ohm min Zulässige Sinusverzerrung 1%? 10%? Rechteckschwingung? Dreieckswelle?
Einzel- oder Doppelversorgung macht einen großen Unterschied, Alkali oder Li Ion macht einen großen Unterschied
Hier ist ein diskreter Lautsprechertreiber ab Pot. das könnte für dich funktionieren. nützliche Komponenten.com/main_contents/projects/…
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Wenn Sie eine scharfe Antwort wünschen, kann ich 2x9-V-Batterien für +9-V- und -9-V-Eingänge für Operationsverstärker verwenden. Und es werden klassische handelsübliche Alkalibatterien sein

Antworten (2)

Zwei Dinge.

Berechnen Sie zuerst den Spitzenstrom, der benötigt wird, um 1 W an 8 Ohm zu erzeugen, und vergleichen Sie dies mit dem maximalen Dauerstrom für den Operationsverstärker. Ich denke, Sie werden dort ein Problem sehen. Während es möglich ist, eine Audio-Leistungsverstärkerstufe sowohl zum Signaloszillator als auch zum Lautsprechertreiber zu machen, ist ein konventionellerer Ansatz eine Signalquelle mit geringer Leistung, gefolgt von einem Lautstärkeregler und einem kleinen Audio-Leistungsverstärker, um den Lautsprecher anzutreiben.

Zweitens gibt es ein Problem mit der Oszillatorschaltung. Suchen Sie nach Wein-Brücken-Sinuswellen-Schema und Sie werden viele Beispiele sehen. Die meisten von ihnen haben eine Glühbirne oder einen FET in der negativen Rückkopplungsschleife, um die Ausgangsamplitude zu stabilisieren. Das Problem mit der Schaltung, die Sie haben, besteht darin, dass sie, um die Oszillation bei einer konstanten Ausgangsamplitude aufrechtzuerhalten, eine sehr präzise Verstärkung haben muss, die nicht mit der Temperatur driftet. Die Standardlösung besteht darin, ein Verfahren zur Verwendung der Ausgangsamplitude hinzuzufügen, um die Schaltungsverstärkung so zu steuern, dass die Verstärkung verringert wird, wenn die Ausgangsamplitude ansteigt (und umgekehrt). Sowohl TI als auch National Semiconductor (bevor sie von TI übernommen wurden) haben hervorragende App-Hinweise zu Sinuswellen-Erzeugungstechniken.

@Danke, für den 2. Absatz bin ich mir dieser Situation bewusst. Ich ging jedoch davon aus, dass das Fehlen dieses Stabilisierungsmechanismus nicht so viel beeinflusst, außer die Sinuswelle ein wenig zu beschneiden, was ich tolerieren könnte. Ich habe einige Beispiele mit Wolframbirnen gesehen, aber ich weiß nicht, wie ich sie in einem solchen Elektronikprojekt verwenden kann. Über den 1. Absatz muss ich den Sinusgenerator selbst entwerfen, damit ich keine Signalquelle verwenden kann. Ist die Verwendung eines Verstärkers am Ausgang des Operationsverstärkers eine gute Lösung?
Ich habe nicht vorgeschlagen, eine externe Quelle zu verwenden; Ich habe den Begriff "Signalquelle" verwendet, um die Oszillatorfunktion von der Lautsprechertreiberfunktion zu trennen. Es gibt andere einfache Sinusschaltungen (wie den Phasenverschiebungsoszillator), die von Natur aus stabil mit geringer Verzerrung sind.
Sehen Sie sich für einen Ausgangsverstärker den LM386 an.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Hier verwende ich zwei LEDs bei niedrigem Strom als Zener. Red & White oder was auch immer, nur um ungefähr Vcc/2 zu bekommen.

Beachten Sie, dass die Simulation von Falstad ideale Kondensatoren, Operationsverstärker usw. verwendet, sodass Zout = 0 ist und von Schiene zu Schiene geht, sodass Sie nicht erwarten können, dass einfache Operationsverstärker < 100 Ohm treiben, da sie häufig eine 200-Ohm-Serie R und / oder eine aktive Strombegrenzung haben.

Ein Operationsverstärker ist strombegrenzt und muss gepuffert werden. Aber bei einer hohen Open-Loop-Verstärkung wird der Vbe-Abfall mit einer hohen OA-Verstärkung kompensiert, um den Spannungsfehler für diesen einfachen Strompuffer zu reduzieren.
Av+ = (1+ R2/R3) * Pot-Verhältnis (0,5 % bis 100 %)

Das ist eine gefährliche Schaltung. Ein kompletter Neuling wird davon ausgehen, dass der Operationsverstärker von derselben Batterie wie die Endstufe gespeist werden kann, und das wird nicht gut enden.
Ja, der Batteriewiderstand und die Auswirkungen auf den Operationsverstärker können die Vorspannung und Stabilität beeinflussen
Entschuldigung, aber ich bezog mich auf die Verwendung eines gemeinsamen Erdungspunkts für Signal und Leistung, was zu einem Abschneiden negativer Halbzyklen führte, anstatt eine virtuelle Erdung herzustellen. Was Sie jetzt über Ihre LED und Diode getan haben. Obwohl Sie wahrscheinlich die LED-Farbe angeben sollten, da eine (zum Beispiel) rote LED Ihnen nicht die von Ihnen vorgeschlagene Spannung liefert.
Auf Falstad habe ich einen nicht idealen Operationsverstärker gewählt und eine der beiden Optionen war lm741.
@muyustan sehr gut, muss aber Strom puffern
In dem Schaltplan, dem Teil, den Sie als Audioeingang bezeichnet haben, meinen Sie in meinem Fall die Sinuswellen, oder?
Ja. Auf diese Weise trennen Sie Signalgenerator, Audiotaper und Stromverstärker und erhalten möglicherweise > 1 W mit einer einzelnen Batterie, was bei einem Kurzschlussstrom von > 1 A ESR <= 9 OHms neu bedeutet. Denken Sie daran, dass ein großartiges Design eines ist, das einfach alle Spezifikationen erfüllt. Bessere Spezifikationen bedeuten also ein besseres Design, wenn sie erfüllt werden.
Wie wahrscheinlich ist es, dass eine herkömmliche 9-V-Batterie einen Serienwiderstand von <= 9 Ohm hat? Wenn dies nicht so wahrscheinlich ist, hat ein DC-Labornetzteil dann einen niedrigeren Ausgangswiderstand?
Mit dem Ohmschen Gesetz, was denkst du? (rhetorisch)
"Hier verwende ich zwei LEDs mit niedrigem Strom als Zener." - warum nicht einfach einen Widerstand verwenden? LEDs stehen nicht auf der Liste der zulässigen Komponenten des OP.
@Bruce Sie könnten und dann sehen, ob wie viel Verzerrung mit einem durch den Batterieabfall induzierten Fehler toleriert werden kann ... alle Dioden, um eine stabile mittlere DC-Vorspannung zu erhalten, können THD oder Clipping reduzieren
Hey, ich habe meine vergangenen Fragen überprüft. Ich habe jetzt ein besseres Verständnis für diese Art von Schaltungen, wenn ich die Zeit vergleiche, zu der diese Frage gestellt wurde. Ich denke, als Sie darauf geantwortet haben, habe ich mich nicht genug auf Ihre Antwort konzentriert, jetzt habe ich es getan, konnte aber nicht verstehen, was 4-5 Volt Vorspannung in dieser Schaltung bewirken. Ich habe etwas ganz in der Nähe dieses Schemas gemacht, aber ohne diesen Bias-Teil. Es wäre nett, wenn du es erklären könntest.
Das ist nur ein Spannungsregler für Vbat / 2, um alles Vin +, Vout für maximalen Swing-Ausgang vorzuspannen .... Verwenden Sie einen LDO, Zener oder eine rot-weiße LED oder sogar zwei gleiche Rs und eine große Kappe. um dies zu bekommen. Die einzige Belastung ist ? uA bis 100k
Fahren Sie Fragen zum Design eines Audiolautsprechers
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