Projekt. Analog Effektforstærker.

Projekt. Analog Effektforstærker. Udarbejdet af: Klaus Jørgensen. Gruppe: Klaus Jørgensen Og Morten From Jacobsen. It og Elektronikteknolog. Erhvervsakademiet Fyn Udarbejdet i perioden: 7/0-03 /-03 Vejledere: VL

Indholdsfortegnelse.: Side : Side 3: Side 3: Side 4: Side 5: Side 6: Klaus Jørgensen Indholdsfortegnelse. Indledning. Kravspecifikationer. Bregninger Effektforstærker. Bregninger Effektforstærker. Bregninger Effektforstærker. Side 7: Udgangs effekt i analogforstærkeren. 5V. Side 8: Udgangs effekt i analogforstærkeren. 30V. Side 9: Side 0: Side : Side : Side : Side 3: Side 4: Side 5: Side 5: Side 6: Bilag. : Bilag. : Beregning af køleplade. Måling af virkningsgrad. db målinger. Frekvens karakteristik. Støj målinger. Diagram fra Internettet. Diagram. Komponentliste. Datablade liste. Konklusion. Kurve blad over Aluminium til køleprofil. Projekt oplæg til Effektforstærker. Side. /6

Indledning.: Klaus Jørgensen Der skal konstrueres en lille effektforstrækker af typen klasse AB, der blev ikke stillet de store krav om hvordan forstærkeren skulle se ud, det var op til den enkelte gruppe. Den effektforstærker som der regnes på i denne journal er fundet på Internettet og er blevet forbedret en del. Kravspecifikationer.: Zin : 47KΩ 00KΩ AU : ca. 0dB for AC, 0dB for DC. Frekvensområde 0Hz 40KHz. RL : 8Ω Tamb : 0 50 C Side. 3/6

Bregninger Effektforstærker.: Klaus Jørgensen Der bruges single supply til denne forstærker og VCC kan være fra 5V til 30V. Zin skal være meller 47K og 00K og bestemmes af R og R som er valgt til 00KΩ hver og giver der for en Zin på 50KΩ. Zin R // R 00K //00K 50KΩ C7 bestemmer f nedre og den er bestemt til at være 0Hz C7 994µF 000µF π * f * RL π * 0 *8 n Der bruges dog kun en 680µF elektrolyt da der ikke er nogen 000µF på lager, der kunne dog sættes en 680µF i parallel med en 330µF men dette er ikke gjort da det kun er en prototype. Ny _ f n 9, 3Hz * π * C * R * π * 680µ *8 Det vil også kunne ses i frekvens karakteristik på side og. at frekvensen ved -3dB ligger ved 9,8Hz C5 bestemmer f øvrer som er bestemt til 40KHz C 5 39,788 pf pf π * f * R6 π * 40K *00K 39 R6 er beregnet til 00KΩ da der skal være en forstærkning på 0 gange ved AC signaler og R3 er valgt til 0KΩ R6 R3* AU 0K *0 00KΩ R og C4 udgør et filter som er aktivt i den høje ende ar frekvensspektre og det skal bruges når der tilkobles en højtaler som er en kompleks modstand og som vil få udgang signalet til at svinge ved en høj frekvens. f 59, KHz * π * C * R * π *00n *0Ω Side. 4/6

Klaus Jørgensen C, C og C3 bestemmes ud fra en frekvens der er ca. 0 gange mindre end f nedrer som er bestemt til 0Hz. C,59µF,µF f n 0 π * * ( R// R) π * * (00K //00K) 0 0 Ny _ fc, 45Hz π * C* ( R// R) π *,µ * (00K //00K) C 5,9µF µf f n 0 π * * ( R3 // R3max ) π * * (0K //0K) 0 0 Ny _ fc, 44Hz π * C * ( R3 // R3 ) π * µ * (0K //0K) C3 7,96µF 0µF f n 0 π * * R3 π * *0K 0 0 Ny _ fc3, 59Hz π * C3* R3 π *0µ *0K max C4 er til udglatning af den halve forsynings spændingen og skal bregnes efter at der kan komme en rippel på 50Hz og den skal bregnes efter en frekvens som er ca. 0 gange mindre. C4 6,4µF 0µF f net 50 π * * ( R4 // R5) π * * (0K //0K) 0 0 Ny _ fc 4 3, Hz * π * C * ( R4 // R5) * π *0µ * (0K //0K) Side. 5/6

Klaus Jørgensen C8 og C9 er til fjerding af støj på forsyningen og C9 skal placeres så tæt på oprationsforstærkerens ben 4 som er forsyning. C er der ikke lavet beregninger på den blev sat på i test perioden fordi at signalet på ben 4 svingede meget og da der lå en 39pF i nærheden blev der prøvet med den og dette virkede blev den brugt. R7 og C udgør et filter som også blev tilføjet kredsløbet i test perioden da kredsløbet stadig svingede med en høj frekvens efter at C var blevet monteret, først blev der prøvet med en modtand på 00Ω og en kondensator på 0nF, men det fik kredsløbet til at trække for meget strøm, så R7 blev gjort stører og C blev gjort mindre og det kom til at virke, filteret skal virke omkring 60KHz lige som filteret på udgangen (R & C4). C nf * π * f * R * π *60K *00 0 Men da dette ikke virkede, blev R sat til en,5kω modstand for at belaste udgangen på oprationsforstærkeren mindre. C 663pF nf * π * f * R * π *60K *,5 K Ny _ f 06KHz * π * C * R * π *n *,5 K R4, C6 og R5, C3 er to ens filtrer som også bruges til at filtrere nogle høje frekvenser væk, hvis filterne ikke er der vil der ligge et højfrekvens signal oven i det rigtige signal. Frekvensen der skal dæmpes fra er et sted mellem 00KHz til 300KHZ, R er valgt til at være 4,7KΩ C 35,4 pf pf * π * f * R * π * 50K * 4,7K 00 Ny _ f 338, 6KHz * π * C * R * π *00 p * 4,7K Side. 6/6

Udgangs effekt i analogforstærkeren.: VCC 5V 5 Pomax 3, 5W * RL *8 Klaus Jørgensen Uop Vcc ( opamp _ forsyning opamp _ output) UBE _ Q5 UBE _ Q3 max Uop 5 (5 3) 0,7 0,7, 6V max Uopmax,6 α 733,3m VCC 5 5 α * 733,3m * Po, W * RL *8 5 * * P forsyning _ max 4, 5W π * RL π *8 5 * α * * 733,3m * P forsyning _ α 3, 3W π * RL π *8 5 Pcmax 7, 4mW π * RL π *8 VCC 5 Q3 _ ICmax, 875A RL 8 5 Q4 _ IC max 937, 5mA RL 8 Beregning af virkningsgraden i %. Po, n *00 *00 63,6% P 3,3 forsyning _ α Side. 7/6

Udgangs effekt i analogforstærkeren.: VCC 30V 30 Pomax 4W * RL *8 Klaus Jørgensen Uop Vcc ( opamp _ forsyning opamp _ output) UBE _ Q5 UBE _ Q3 max Uop 30 (30 8) 0,7 0,7 6, 6V max Uopmax 6,6 α 887m VCC 30 30 α * 887m * Po W * RL *8 30 * * P forsyning _ max 7, 9W π * RL π *8 30 * α * *887m * P forsyning _ α 5, 9W π * RL π *8 30 Pcmax, 85W π * RL π *8 VCC 30 Q3 _ ICmax 3, 75A RL 8 30 Q4 _ IC max, 875A RL 8 Beregning af virkningsgraden i %. Po n *00 *00 69,% P 5,9 forsyning _ α Side. 8/6

Beregning af køleplade.: Klaus Jørgensen TJ er aflæst i datablad til en max værdig på 50 C TJ er valgt til det halve for at være sikker på at komponenten ikke bliver for varm. TJ MAX 50 TJ 75 TA er det omgivelses temperaturen må blive og den er valgt til 30 C TJ TA 75 30 Rth JA,5 C / W PD Da den samlede termiske modstand nu er fundet, kan der beregnes hvilken termisk modstand køleprofilen skal have for at få en temperatur der er unde den ønskede TJ-MAX på 75 C. Beregning af max termisk modstand på køleprofilen sker som følgende.: Rth Rth Rth Rth,5,9 0,5 0,08 C W køl Ja JC mb h / De,9 C trækkes fra da det er den modstand fra Junction til Junction case. Rth JC er aflæst til,9 C/W Rth mb-h er den over gang der er fra selve komponenten til køleprofilen. Du fra Rth køl kan størrelsen af køleprofilen nu bestemmes ud fra et kurveblad hvor de 0,08 C/W indsættes og der findes en størrelse i cm Køleprofilen er aflæst til at være på min. 5cm i Aluminium. Se kurve blad i bilag.. Side. 9/6

Måling af virkningsgrad.: Klaus Jørgensen Virkningsgraden er målt med et Fluke 45 multimeter, på følgende måde multimeteret skal måle hvor mange volt der er hen over belastningen på udgangen ved max effekt. Indgangssignalet er på KHz og Vpp. Målte.: RL : 8Ω U forsyning : 30V I forsyning : 380mA U belastning : 6,8V Bregninge af virkningsgraden men de målte værdiger. P I * U 380m *30, W indgang forsyning forsyning 4 U belastning 6,8 Pbelastning 5, 78W RL 8 Pbelastning 5,78 Virkningsgrad * 00 *00 50,7% P,4 indgang Side. 0/6

Klaus Jørgensen db målinger.: Der er fortaget flere målinger omkring de -3dB for at få et mere nøjagtigt knæk. Frekvens. db. 5,83 0 9,65 5,8 0 4,7 5 3 5,5 5 6 7,7 6,5 8 6,6 8,7 6,7 9,53 6,8 9,8 6,87-3dB 30, 6,9 30,9 7 3,55 7, 3,4 7, 35 7,5 40,4 8 48,5 8,5 63 9 03,6 9,5 0 9,58 00 9,75 350 9,84 500 9,87 750 9,87 800 9,87 K 9,87,5K 9,87 K 9,85 3K 9,8 4K 9,73 5K 9,63 Frekvens. db. 7,5K 9,34 0K 8,97 K 8,8 K 8,63,7K 8,5 5,3K 8 6,3K 7,8 7,3K 7,6 7,8K 7,5 8,8K 7,3 9,3K 7, 0,3K 7 0,9K 6,87-3dB,3K 6,8,8K 6,7,3K 6,6 3,3K 6,4 4,3K 6, 5K 6,06 7K 5,68 30K 5, 33K 4,57 35K 4, 37K 3,88 38K 3,7 40K 3,4 45K,7 50K 60K 0,73 70K 0 80K 9,38 90K 8,64 00K 7,94 Side. /6

Klaus Jørgensen Frekvens karakteristik.: Frekvens karakteristik. 5 0 5 db. 0 5 0 0 00 000 0000 00000 Frekvens. Frekvens karakteristik er målt med et db multimeter på udgangen af forstærkeren som bliver belastet med en 8Ω effektmodstand samtidig med at forstærkeren er skruet op på max volumen. Før der fortages nogen måling skal db multimeteret nul stilles i forhold til indgangssignalet, så det man måler på udgangen er det rigtige antal db. Til målingerne er der brugt følgende instrumenter. Hameg funktions generator HM830. Fluke 45 multimeter. Instek Power supply model GPC-3030DQ Støj målinger.: Støj målinger er fortaget med et Destortion meter som måler på udgangen i % hvor meget støj der er. Der er fortaget målinger ved max udgangs signal og hvor udgangssignalet er skruet ned til det halve. Uout : 0Vpp max. Frekvens Støj i % 00Hz 0,38% KHz 0,4% 6KHz 0,80% 0KHz,40% KHz,70% 0KHz 3,70% Uout : 0Vpp Frekvens Støj i % 00Hz 0,3% KHz 0,90% 6KHz,70% 0KHz 4,0% KHz 6% 0KHz 0% Side. /6

Klaus Jørgensen Diagram fra Internettet.: http://www.intio.or.jp/jf0zl/ef.htm Side. 3/6

Klaus Jørgensen Diagram.: Side. 4/6

Klaus Jørgensen Komponentliste.: Antal. Nr. Navn. Værdi / type. Tolerance. Spænding / Strøm / effekt Bemærkninger.. C Elektrolyt.,µF ±0% 63V. C Elektrolyt. µf ±0% 50V. C3, 4 Elektrolyt. 0µF ±0% 5V. C7 Elektrolyt. 680µF ±0% 50V. C0 Elektrolyt. 00µF ±0% 5V. U IC TL074 3V. C5, Kondensator. 39pF. C6, 3 Kondensator. 00pF 3. C8, 9, 4 Kondensator. 00nF. C Kondensator. nf 3. R,, 6 Modstande. 00K ±5% 0,6W 4. R3, 4, 5, 3 Modstande. 0K ±5% 0,6W. R7 Modstande.,5K ±5% 0,6W 4. R8, 9, 0, Modstande. K ±5% 0,6W. R Modstande. 0 ±5% 0,6W. R4, 5 Modstande. 4,7K ±5% 0,6W. R6, 7 Modstande. 47 ±5% 0,6W. Q3 Transistor. BD43C 6A. NPN. Q4 Transistor. BD44C 6A. PNP. Q5 Transistor. BC549 NPN. Q6 Transistor. n905 PNP Datablade liste.: TL074.pdf n905.pdf BC37.pdf BC337.pdf BC549.pdf BD44.pdf BD43.pdf Side. 5/6

Klaus Jørgensen Konklusion.: Effektforstærkeren der er blevet konstrueret har skabt mange, gruppen mange problemer den er blevet bygget 3 gange fordi at man har, måtte montere flere komponenter for at komme af med den støj der kom på udgangssignalet når højtaleren blev sat på, fordi når der er en 8Ω modstand på udgangen kunne der ikke ses noget støj på udgangssignalet, når der er en højtaler på udgangen og man sender et sinussignal på f.eks. KHz gennem forstærkeren kan man hører en høj tone lige oven i det KHz signal som en høj susen. Udgangssignalet knækker desværre alt fortidigt nemlig allerede ved 0,9KHz, det skulle først knække ved 40KHz, det kan dog skyldes de filtre der er monteret omkring oprationsforstærkeren, Distortion målingerne viser at der er alt for meget støj på udgangssignalet og det var også det der blev konkluderet inden denne måling blev fortaget. Da der er konstrueret en forstærker der bruger single supply, skal der buges en form for forsinkelse før at højtaleren tilsluttes da der kommer et lille bang i højtaleren når der tændes for spændingen. Det kan her med konkluderes at denne forstærker, ikke er så go som de krav der blev stillet i kravspecifikationen, men den kan spille musik, der er bare en svag susen i baggrunden. /-003 Klaus Jørgensen. Side. 6/6