Helfen Sie mit, einen Verstärker zu entwerfen

Ich brauche Hilfe beim Entwerfen eines Verstärkers, der 1 W an einen 8-Ohm-Lautsprecher liefern kann. Ich habe eine 3,3-V-, 5-V- oder 18-V-Versorgung zur Verfügung, um es mit Strom zu versorgen.

Ich habe auch nur ein Netzteil zur Verfügung, das keinen negativen Ausgang hat.

Das Signal kommt von einem AVR als 3,3 V PWM-Signal. Ich habe folgende Komponenten zur Verfügung:

  • NPN-, PNP-Transistoren,
  • N-Kanal-MOSFETs,
  • TL494 Pulsweitenmodulations-Steuerschaltung,
  • Operationsverstärker JRC4558, LM358,
  • NJM13700 TRANSCONDUCTANCE-VERSTÄRKER
  • und andere Standardausrüstung

Die letzten drei ICs habe ich von einem alten 500W-Verstärker bekommen (deshalb habe ich sie hier gepostet, wenn sie nützlich sind).

Ich habe bereits mit Push-Pull, gemeinsamem Emitter experimentiert, konnte es aber einfach nicht zum Laufen bringen (nicht genug Leistung und Verzerrungen).

BEARBEITEN:

Ich bitte um Wiederaufnahme dieser Frage.

Ich bearbeite diese Frage in der Hoffnung, Hilfe von euch zu bekommen, ich werde versuchen, mich an die Regeln zu halten.

Dank Olin Lathrop habe ich einen gebrückten Klasse-D-Verstärker entworfen, aber er funktioniert nicht so, wie er sollte. Hier erstmal der Schaltplan:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

NICHT-, UND-, NAND- Gatter bestehen alle aus NAND-Logikgattern.

NOT1 invertiert das PWM-Signal, um die andere Hälfte der H-Brücke anzusteuern, kombiniert mit AND3 und D6 (das ist der Ausgangspin der MCU). Sie treiben die andere Hälfte der H-Brücke nur an, wenn D6 hoch ist, wodurch dies verhindert wird an, wenn der PWM-Ausgang niedrig ist.

NAND1 verhindert, dass beide Hälften der H-Brücke gleichzeitig eingeschaltet sind (zumindest dachte ich, das würde es tun).

NAND1, AND1 treibt eine Hälfte der H-Brücke an, wenn das PWM-Signal hoch ist.

NAND1, AND2 treibt die zweite Hälfte der H-Brücke an, wenn das PWM-Signal niedrig ist.

Der Zweck dieser Logikgatter besteht auch darin, ein 3,3-V-PWM-Signal in 5 V umzuwandeln.

PROBLEM:

Wenn ich nur eine Hälfte der H-Brücke anschließe, erhalte ich die erwartete verzerrte Tonausgabe. Wenn ich jetzt die zweite Hälfte anschließe, macht es ein wirklich schlechtes Geräusch und das PWM-Signal stoppt.

Was meiner Meinung nach passiert:

Als ich einige Messungen mit dem Oszilloskop durchführte, erwartete ich, dass ich beim Hinzufügen (+) beider Wellenformen von AND1 und AND2 eine flache +5-V-Linie erhalten würde, aber in Wirklichkeit gibt es einige Spitzen, die 0 V und 10 V erreichen sowohl ansteigende als auch abfallende Flanken der Wellenformen. Ich vermute also, dass aus diesem Grund beide Hälften der H-Brücke für eine kurze Zeit eingeschaltet sind, um das Ganze gegen Masse kurzzuschließen.

Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, daher würde ich mich sehr über jede Hilfe von Ihnen freuen.

Was ist die nominelle Schaltfrequenz des PWM-Signals vom AVR?
Haben Sie versucht, mit einem einzigen Transistor auf Ihren LC-Tiefpass zu schlagen? Die 18V werden viel helfen! Hast du irgendwelche Werte für dein L und C berechnet?
Diese Frage scheint nicht zum Thema zu gehören, da es sich nicht um eine spezifische Entwurfsfrage handelt.
Das ist eine zu allgemeine Frage. Aber ich würde mit dem ersten Amp-Design beginnen, das ich je gemacht habe – dem TDA2822. Das ist Niederspannung, Single-Supply-Stereo. Das bin natürlich nur ich. Oder der LM386 für Mono, der beliebt ist und von dem es viele Beispiele gibt. Kopieren Sie das Datenblattbeispiel und posten Sie es dann hier zurück, wenn Sie in Schwierigkeiten geraten.

Antworten (2)

Als erstes müssen Sie sich ansehen, welche Ausgangsspannung Sie benötigen.

Watt = Volt 2 /Ω

Daraus können Sie bestimmen, dass Sie 2,83 V RMS benötigen, was 4 V Spitze entspricht, was 8 V Spitze zu Spitze entspricht. Damit entfällt eindeutig die 3,3-V-Versorgung zur Versorgung der Endstufe. Die 5-V-Versorgung könnte verwendet werden, wenn Sie eine Brückentreiberschaltung implementieren, die idealerweise auf ±5 V treiben kann. Sie benötigen ±4 V, daher ist eine 5-V-Versorgung ungefähr das Minimum und gibt Ihnen 1 V Overhead, die Pass-Elemente sind zulässig aufzuessen. Da ein gesättigter BJT normalerweise nur wenige 100 mV beträgt und ein vollständig eingeschalteter FET bei dieser Spannung, die im eingeschalteten Zustand nur wenige mΩ beträgt, leicht zu finden ist, ist dies zumindest machbar.

Die 18-V-Versorgung ist groß genug, um einen Single-Ended-Treiber mit Strom zu versorgen, wobei die andere Seite des Lautsprechers über einen entsprechend großen Kondensator mit Masse verbunden ist. Dies ist jedoch ziemlich ineffizient und erfordert einige Überlegungen darüber, wie die Hitze beseitigt werden kann, es sei denn, Sie verwenden eine Endstufe der Klasse D.

Der Rest liegt wirklich bei Ihnen. Dies ist keine Art von Gimme-da-Codz -Site, und Ihre Frage ist ansonsten zu weit gefasst und wird möglicherweise sogar aus diesem Grund geschlossen.

Was Ihre Teileliste angeht, ignoriere ich das komplett. Teile, um eine Vielzahl kleiner Audio-Leistungsverstärker wie diesen herzustellen, sind am anderen Ende des Internets billig und leicht erhältlich, daher ist es heutzutage albern, nur einen begrenzten und normalerweise nicht anwendbaren Satz von Teilen zu entwerfen, die Sie zufällig zur Hand haben.

Ich habe verfügbare Teile hinzugefügt, weil es für mich hier nicht so einfach ist, Teile zu bekommen ... Jetzt dachte ich darüber nach, einen Klasse-D-Verstärker mit einer Art Vorverstärker mit hoher Eingangsimpedanz zu verwenden, um 3,3 V auf 18 V Rechteckwelle zu verstärken, aber ich bin es mir fehlt das Wissen, um tatsächlich selbst einen zu entwerfen.

Das Aufgreifen von Carveones Vorschlag, so etwas wie ein TDA2822 und ein paar Komponenten, sollte die Arbeit mit einer 5-V-Versorgung zu geringen Kosten erledigen. Ich würde empfehlen, dass Sie einen überbrückten Ausgang verwenden (der Lautsprecher ist zwischen den beiden Ausgängen angeschlossen), der bei einer bestimmten Versorgungsspannung einen größeren Spannungshub ergibt als ein unsymmetrischer Ausgang. (Siehe Olins Antwort).

Eine geeignete Schaltung wäre.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mit den angezeigten Werten sollten Sie keine Probleme haben, die Schaltung aufzubauen.

Wenn Sie eine Lösung von der Stange wünschen, probieren Sie einen der PAM8403 (3W + 3W) Stereoverstärker (Klasse D), der bei ebay für 99p geliefert wird.

Mir ist klar, dass es schwer zu sagen ist, da es sich um passive externe Komponenten für einen IC handelt, aber was genau ist der Zweck von R5 / C5 und R6 / C6? Bei Gleichstrom sind diese Pfade offen und bei hochfrequentem Wechselstrom niederohmig gegen Masse. Ich frage nur, weil ich schon so viele Orte gesehen habe, aber nie sicher war, warum.
@Sherrellbc: Sie halten die Schaltung stabil und verhindern Hochfrequenzschwingungen. Wird manchmal als "Zobel-Netzwerk" bezeichnet
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