Für eine Laborklasse wurde uns ein Abschlussprojekt zugewiesen, bei dem wir einen Verstärker mit BJTs, Dioden und Kondensatoren (MOSFETs sind nicht erlaubt) entwerfen müssen, um einen 8-Ohm-Lautsprecher anzutreiben. Die angegebenen Anforderungen lauten wie folgt:
Ich habe in dieser Frage nicht die genauen Spezifikationen für unser letztes Projekt angegeben, da ich denke, dass dies nicht zulässig ist, oder? Aber das Problem unserer Gruppe ist, wie man dies aus einer Designperspektive angeht.
Unsere Idee ist es, eine CE-CC-Konfiguration zu verwenden, aber das ist offensichtlich ein zu grundlegender Gedanke.
Ich denke, es ist einfach so passiert, dass wir alle drei immer nur aus einer analytischen Perspektive daran gedacht haben. Oder wir müssen alle mehr lernen haha, was eigentlich auch stimmt.
Wir kennen nicht einmal AB-Netzteilkonfigurationen (ist meine Terminologie richtig)? Da es noch nicht besprochen wurde. Vielleicht in einer anderen Klasse. Ich bin mir nicht sicher, ob wir uns etwas Ähnliches selbst einfallen lassen sollten, indem wir diodengeschaltete Transistoren oder ähnliches verwenden, da wir die Verwendung von Dioden in dieser Klasse nicht behandelt haben. In diesem Kurs geht es übrigens hauptsächlich darum, BJT- und MOS-Konfigurationen und deren Frequenzgänge zu analysieren.
Eine Anleitung, wie man das angeht, wäre also großartig! Damit wir zumindest wissen, wie wir damit anfangen sollen. Vielleicht fehlt uns auch die Einsicht, wie man eigentlich einen 8-Ohm-Lautsprecher antreibt ... Ich meine, wir haben das schon im Labor gemacht, aber wie schafft er es eigentlich, Schall abzugeben? Liegt es an der variierenden Spannung aufgrund der in die Schaltung eingeführten Kleinsignalspannung? Was würde passieren, wenn eine Gleichspannung durch den Lautsprecher geht? (Wir haben versucht, eine Konfiguration in SIMetrix zu simulieren, und wir haben irgendwo einen Fehler gemacht, wo die Ausgangsspannung (die über dem Lautsprecher) ein konstanter DC-Pegel ist, also haben wir offensichtlich irgendwo einen Fehler gemacht). Eine Klarstellung, wie das tatsächlich funktioniert, wäre auch nett: D Vielen Dank an alle, die helfen!
[BEARBEITEN: Da die Leute kommentieren, dass ich die Anforderungen aus den Spezifikationen aufnehmen sollte, werde ich dies tun. Ich zögerte, diese aufzunehmen, weil es Klassenarbeit ist. Aber ich nehme an, ich bin wirklich vage, und Sie können mir gut einschätzen, wie Sie mir helfen können, da Sie wissen, was zu tun ist. Entschuldigung für das Versehen :(]
Anforderungen:
Sie stellen viel zu viele grundlegende Fragen für diese Phase Ihres Kurses. Das bedeutet, dass Sie einige der vorherigen Materialien nicht verstanden haben, aber schlimmer noch, es ist klar, dass Sie keine Intuition und kein Gefühl für Schaltungen haben. Mit etwas harter Arbeit können Sie sich möglicherweise durchwursteln und schließlich einen Abschluss erhalten, aber das wird nur ein hohles Stück Papier sein. Ich bin solchen "Ingenieuren" schon ein paar Mal begegnet, und sie sind in der realen Welt schnell geoutet. Wenn Sie seit mindestens der High School nicht mehr an diesem Zeug herumgebastelt haben, dann haben Sie keine Leidenschaft dafür und sollten Ihre Karriereziele ernsthaft überdenken.
Um jedoch einige Ihrer Fragen zu beantworten, unterteilen Sie das Problem in drei Phasen.
Die erste Stufe sollte eine angemessen hohe Eingangsimpedanz mit der Fähigkeit haben, das Rückkopplungssignal vom Ausgang zu empfangen. Dies könnte, um nur ein Beispiel zu nennen, ein differentielles Paar sein, wie es am Eingang von BJT-Operationsverstärkern zu finden ist. Der Hauptzweck dieser Stufe besteht darin, das Eingangssignal zu nehmen, das Rückkopplungssignal zu subtrahieren und mit einer gewissen Verstärkung zu multiplizieren. Es sollte auch die Impedanz des Signals verringern, das es an die nächste Stufe weiterleitet.
Die zweite Stufe dient hauptsächlich der Verstärkung und um das Signal noch niederohmiger zu machen. An diesem Punkt ist es nur ein Single-Ended-Signal. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun.
Die dritte Stufe dient dazu, den relativ großen Strom bereitzustellen, der zum Ansteuern des Lautsprechers benötigt wird. Diese Stufe hat keine große Spannungsverstärkung. Tatsächlich hat es in einigen Konfigurationen tatsächlich eine Spannungsverstärkung von weniger als 1. Es hat jedoch eine erhebliche Leistungsverstärkung, da die Impedanz im Vergleich zu den 8 Ω des Lautsprechers auf etwas Kleines transformiert wird. Hinweis 1: Ein BJT in Emitterfolgerkonfiguration hat eine Spannungsverstärkung von etwas weniger als 1, aber eine große Stromverstärkung. Ein Problem besteht darin, dass die Ausgangsspannung die Eingangsspannung minus dem BE-Abfall ist. Hinweis 2: Gewöhnliche Siliziumdioden haben ungefähr den gleichen Spannungsabfall, wenn sie in Durchlassrichtung vorgespannt sind, wie der BE-Übergang eines Transistors. Mit ein wenig Geschick können Sie eine Diode verwenden, um den Eingang eines Emitterfolgers zu versetzen, um ungefähr den gleichen Ausgangspegel wie den Eingangspegel zu erhalten, aber immer noch mit der großen Stromverstärkung. Tipp 3: Als Emitterfolger können sowohl NPN als auch PNP verwendet werden, die jeweils mit entgegengesetzter Polarität arbeiten. Beide zusammen können verwendet werden, um einen Emitterfolger herzustellen, der symmetrisch in beide Richtungen arbeitet.
Zunächst einmal kann ich nur sagen, dass Sie nicht wirklich genug Informationen geliefert haben und auch in einer Frage zu viel fragen.
Ich würde auf jeden Fall empfehlen, sich ein Buch zuzulegen. Eine wirklich gute ist "die Kunst der Elektronik". Es ist seit langem die "Bibel" und bietet Ihnen eine Reihe von Schaltungen, von den einfachsten bis zu den ausgefeilteren, mit allen Erklärungen, Ideen und technischen Anleitungen.
Dann: Schritt 1: Anforderungen festlegen. (Funktionen, Kosten usw.). Dann entwerfen und testen. Es gibt verschiedene Methoden. Probieren Sie dafür http://engineering.stackexchange.com aus. Passen Sie möglicherweise eine in der Informatik verwendete Methodik an, z. B. die Wasserfallmethode. Die einfachste Methode könnte so aussehen:
Die Wasserfallmethode hat Schleifen, die Sie zurück in die Entwurfsphase bringen, wenn es in den letzten Phasen Probleme gibt.
Was das Design betrifft: Überlegen Sie sich ein paar Designs, bewerten Sie jedes in einer Tabelle mit Kosten, Leistung und so weiter. Verwenden Sie Simulationstools und/oder Berechnungen, um die Leistung wie Effizienz, THD usw. zu ermitteln.
Kommen Sie zurück, wenn Sie Hilfe bei einer bestimmten Aufgabe benötigen, z. B. Hilfe bei einem bestimmten Design oder Berechnungen für einen Aspekt usw. Teilen Sie die Aufgabe auf.
Ich glaube, der Grund, warum Sie sich festgefahren fühlen, ist, dass Sie die erste Phase noch nicht abgeschlossen haben. Anforderungen. Sie wissen nicht, was Sie eigentlich produzieren müssen. Recherchieren Sie entweder und/oder durchlaufen Sie den iterativen Entwicklungszyklus, bis Sie mit einem Design zufrieden sind.
Ich werde Ihnen unten ein paar Schritte in die richtige Richtung geben. Aber ich kann gar nicht genug betonen, dass Sie mit Designs herumspielen; Während eine Methode wie der beste Weg erscheinen mag, werden Sie es nicht wirklich wissen, bis Sie andere untersucht haben. Dh, nimm nicht die Schaltung, die ich nenne, als den einzigen oder besten Weg!!
Zunächst Ihre Frage zu Lautsprechern und Sound. Schall ist eine Welle. Es ist eine Longitudinalwelle. Stellen Sie sich ein "schleichendes" Federspielzeug vor. Strecken Sie es über den Boden und drücken/ziehen Sie dann wiederholt ein Ende (zum anderen Ende hin und von ihm weg). Das ist eine Longitudinalwelle. Wo die Spirale der Feder zusammengedrückt wird, ist es wie die komprimierte Luft im Schall, und wo die Spirale der Feder expandiert ist, ist es wie der Niederdruckteil der Schallwelle.
Alles, was der Lautsprecher tun muss (oder irgendetwas in der Luft, was das betrifft), um Töne zu erzeugen, ist zu vibrieren. Wenn es sich in die Luft bewegt, erzeugt es einen hohen Druck. Wenn es sich von der Luft entfernt, erzeugt es einen Unterdruck; beide bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit wie die Wellen im Slinky. (Obwohl sich die schleichenden Wellen wahrscheinlich nur mit wenigen Metern pro Sekunde bewegen.)
Die Art und Weise, wie ein Lautsprecher vibriert, ist ziemlich einfach. Es ist nur eine Spule und ein Magnet. Wenn Strom in der Spule in eine Richtung fließt, erzeugt er Magnetismus, der ihn in Bezug auf den Permanentmagneten in eine Richtung bewegt. Und wenn sich der Strom in die andere Richtung bewegt, kehren sich die Pole der Spule um und werden so in Bezug auf den Permanentmagneten in die andere Richtung gezogen.
Je mehr Strom durch die Spule fließt, desto weiter dehnt sich der Lautsprecherkegel aus (oder zieht sich zurück). Wenn Sie also wollten, könnten Sie tatsächlich Sound in einem Lautsprecher mit einer Sinuswelle erzeugen, die einen DC-Offset hat, zum Beispiel so, dass die Spannung an der Spule immer nur in eine Richtung geht, nur mit variierendem Strom. Die Sinuswelle könnte also eine Spannung von +2 V bis +10 V haben. Dies wäre jedoch Energieverschwendung; Wenn Sie beispielsweise eine Sinuswelle haben, die von +5,9 V bis +6,1 V reicht, bewegt sich der Lautsprecher sehr wenig, hat jedoch einen Durchschnitt von 6 V darüber, und für einen 8-Ohm-Lautsprecher würde dies I = bedeuten V/R, ein Strom von 0,75 Ampere, also P=IV, Leistung von 4,5 Watt, fast alles verschwendet (als Wärme im Lautsprecher).
So, nun zu Hinweisen auf eine mögliche Schaltung...
Wie Sie wahrscheinlich wissen, hat ein Bipolartransistor einen Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter von ungefähr 0,7 V. Dies ist zufällig dasselbe wie eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode; kein Zufall, denn Teile der Struktur von Bipolartransistoren ähneln einer Diode.
Das ist, was diese Schaltung verwendet, um zu arbeiten:
http://www.bowdenshobbycircuits.info/page8.htm
Sehen Sie, wie Sie damit vorankommen, zu verstehen, wie das funktioniert, und nehmen Sie es von dort aus. Diese Frage/Antwort hat ihre Grenze erreicht, sie muss wirklich in mehr Fragen aufgeteilt werden, also stellen Sie bitte weitere Fragen separat und versuchen Sie Ihr Bestes, Ihre Fragen in verschiedene atomare Probleme zu isolieren.
Da es sich um Klassenarbeit handelt, zögere ich, zu viel zu sagen. Außerdem bin ich kein Audio-Amp-Designer. Aber ich würde das Buch von Douglas Self über das Design von Audio-Leistungsverstärkern vorschlagen, da er auch keine MOS oder ICs (wie Operationsverstärker) verwendet. Es kann die Absicht Ihres Lehrers sein, dass Sie sich alle durch die Kompromisse verschiedener Verstärkerarchitekturen kämpfen. Aber es gibt eine Art Standardmethode, nach der diese Verstärker konstruiert sind. Sie verwenden ein langschwänziges Paar für die Eingangsstufe, einen gemeinsamen Emitterverstärker für die Spannungsverstärkungsstufe und eine Emitterfolger-Ausgangsstufe der Klasse B (Gegentakt mit NPN oben und PNP unten). Ich würde einen Klasse-A-Ausgang vermeiden, da dies eher zu einem thermischen Designproblem als zu einem reinen Elektronikdesignproblem wird. Wenn die erforderliche Ausgangsleistung sehr gering ist, können Sie Klasse A in Betracht ziehen.
Es gibt auch viele andere praktische Dinge, um die Sie sich kümmern müssen, um sicherzustellen, dass es stabil ist. Thermisches Design und thermische Stabilität sind ebenfalls sehr wichtig.
Als abschließende Anmerkung: Da Sie sich dafür entschieden haben, die meisten Spezifikationen nicht aufzunehmen, ist es schwer zu sagen, wie schwierig dieses Problem sein wird. Die oben aufgeführte Topologie kann beispielsweise keine Leistung von Schiene zu Schiene treiben. Sie können den NPN oben nicht hoch genug treiben, um eine VCC-Ausgabe zu erhalten. Ebenso können Sie den PNP unten nicht tief genug fahren, um eine VEE-Ausgabe zu erhalten. Der Teufel steckt im Detail.
Viel Glück.
Andi aka
Fizz
Fizz