MOSFET AUDIO AMPLIFIER (Low Noise and High Gain): 6 ধাপ (ছবি সহ)

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:02

হ্যালো বন্ধুরা!

এই প্রকল্পটি MOSFET ব্যবহার করে একটি লো পাওয়ার অডিও পরিবর্ধকের নকশা এবং বাস্তবায়ন। নকশাটি যতটা সহজ হতে পারে এবং উপাদানগুলি সহজেই পাওয়া যায়। আমি এই নির্দেশযোগ্যটি লিখছি কারণ আমি নিজেই প্রকল্প সম্পর্কে কিছু দরকারী উপাদান এবং বাস্তবায়নের জন্য একটি সহজ পদ্ধতি খুঁজে পেতে অনেক অসুবিধা অনুভব করেছি।

আশা করি আপনি নির্দেশযোগ্য পড়া উপভোগ করবেন এবং আমি ইতিবাচক যে এটি আপনাকে সাহায্য করবে।

ধাপ 1: ভূমিকা

"একটি অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ার (বা পাওয়ার এম্প) হল একটি ইলেকট্রনিক এম্প্লিফায়ার যা লো-পাওয়ার, অশ্রাব্য ইলেকট্রনিক অডিও সিগন্যালগুলিকে শক্তিশালী করে যেমন রেডিও রিসিভার বা ইলেকট্রিক গিটার পিকআপ থেকে এমন সিগন্যাল যা লাউডস্পিকার বা হেডফোন চালানোর জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী।"

এর মধ্যে রয়েছে হোম অডিও সিস্টেমে ব্যবহৃত উভয় পরিবর্ধক এবং গিটার এম্প্লিফায়ারের মতো বাদ্যযন্ত্রের পরিবর্ধক।

অডিও এম্প্লিফায়ার 1909 সালে লি ডি ফরেস্ট আবিষ্কার করেছিলেন যখন তিনি ট্রায়োড ভ্যাকুয়াম টিউব (বা ব্রিটিশ ইংরেজিতে "ভালভ") আবিষ্কার করেছিলেন। ট্রায়োড একটি কন্ট্রোল গ্রিড সহ তিনটি টার্মিনাল ডিভাইস যা ফিলামেন্ট থেকে প্লেটে ইলেকট্রনের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করতে পারে। ট্রায়োড ভ্যাকুয়াম এম্প্লিফায়ার প্রথম AM রেডিও তৈরিতে ব্যবহৃত হয়েছিল। প্রারম্ভিক অডিও পাওয়ার এম্প্লিফায়ারগুলি ছিল ভ্যাকুয়াম টিউবের উপর ভিত্তি করে। যেখানে, আজকাল ট্রানজিস্টার-ভিত্তিক পরিবর্ধক ব্যবহার করা হয় যা ওজনে হালকা, বেশি নির্ভরযোগ্য এবং টিউব এম্প্লিফায়ারের তুলনায় কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন। অডিও পরিবর্ধকগুলির জন্য আবেদনের মধ্যে রয়েছে হোম অডিও সিস্টেম, কনসার্ট এবং থিয়েট্রিক সাউন্ড রিইনফোর্সমেন্ট এবং পাবলিক অ্যাড্রেস সিস্টেম। একটি ব্যক্তিগত কম্পিউটারে সাউন্ড কার্ড, প্রতিটি স্টেরিও সিস্টেম এবং প্রতিটি হোম থিয়েটার সিস্টেমে এক বা একাধিক অডিও পরিবর্ধক থাকে। অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে গিটার এম্প্লিফায়ার, পেশাদার এবং অপেশাদার মোবাইল রেডিও এবং পোর্টেবল ভোক্তা পণ্য যেমন গেম এবং বাচ্চাদের খেলনা। এখানে উপস্থাপিত পরিবর্ধক একটি অডিও পরিবর্ধক এর কাঙ্ক্ষিত স্পেসিফিকেশন অর্জন করতে মসফেট ব্যবহার করে। প্রয়োজনীয় লাভ এবং ব্যান্ডউইথ অর্জনের জন্য ডিজাইনে লাভ এবং পাওয়ার পর্যায় নিযুক্ত করা হয়।

ধাপ 2: ডিজাইন এবং কিছু গুরুত্বপূর্ণ পরিবর্ধক পর্যায়

পরিবর্ধক এর বৈশিষ্ট্য অন্তর্ভুক্ত:

পাওয়ার আউটপুট 0.5 ওয়াট

ব্যান্ডউইথ 100Hz-10KHz

সার্কিটের লাভ: প্রথম উদ্দেশ্য হল একটি উল্লেখযোগ্য শক্তি লাভ করা যা স্পিকারের মাধ্যমে আউটপুটে শব্দ মুক্ত অডিও সংকেত দেওয়ার জন্য যথেষ্ট। এটি অর্জনের জন্য নিম্নোক্ত ধাপগুলি পরিবর্ধক কাজে নিযুক্ত করা হয়েছিল:

1. লাভ পর্যায়: লাভ পর্যায়ে একটি সম্ভাব্য বিভাজক পক্ষপাতদুষ্ট মসফেট পরিবর্ধক সার্কিট ব্যবহার করে। সম্ভাব্য বিভাজক পক্ষপাতদুষ্ট সার্কিট চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে।

এটি কেবল ইনপুট সংকেতকে বাড়িয়ে তোলে এবং সমীকরণ (1) অনুযায়ী লাভ উৎপন্ন করে।

লাভ = [(R1 || R2)/ (rs+ R1 || R2)] * (-gm) * (rd || RD || RL) (1)

এখানে, R1 এবং R2 হল ইনপুট রেসিস্টেন্স, rs হল সোর্স রেজিস্ট্যান্স, RD হল বায়াস ভোল্টেজ এবং ড্রেনের মধ্যে প্রতিরোধ এবং RL হল লোড রেজিস্ট্যান্স।

gm হচ্ছে ট্রান্সকন্ডাক্টেন্স যাকে ড্রেন কারেন্টের পরিবর্তনের গেট ভোল্টেজের পরিবর্তনের অনুপাত হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়।

এটি হিসাবে দেওয়া হয়

gm = ডেল্টা (ID) / বদ্বীপ (VGS) (2)

কাঙ্ক্ষিত লাভ উৎপাদনের জন্য তিনটি সম্ভাব্য বিভাজক পক্ষপাতদুষ্ট সার্কিট সিরিজের মধ্যে ক্যাসকেড করা হয়েছিল এবং মোট লাভ হল পৃথক পর্যায়ের লাভের ফল।

মোট লাভ = A1*A2*A3 (3)

যেখানে, A1, A2 এবং A3 যথাক্রমে প্রথম, দ্বিতীয় এবং তৃতীয় পর্যায়ের লাভ।

পর্যায়গুলি একে অপরের থেকে বিচ্ছিন্ন হয় আন্তconসংযুক্ত ক্যাপাসিটরের সাহায্যে যা আরসি কাপলিং।

2. পাওয়ার স্টেজ: একটি পুশ পুল এম্প্লিফায়ার হল একটি এম্প্লিফায়ার যার একটি আউটপুট স্টেজ থাকে যা লোডের মাধ্যমে উভয় দিকে কারেন্ট চালাতে পারে।

একটি সাধারণ পুশ পুল এম্প্লিফায়ারের আউটপুট পর্যায়ে দুটি অভিন্ন বিজেটি বা এমওএসএফইটি থাকে যার একটি লোডের মাধ্যমে সোর্সিং কারেন্ট এবং অন্যটি লোড থেকে কারেন্ট ডুবিয়ে দেয়। পুশ পুল এম্প্লিফায়ারগুলি একক শেষ পরিবর্ধক (লোড চালানোর জন্য আউটপুটে একটি একক ট্রানজিস্টার ব্যবহার করে) বিকৃতি এবং কর্মক্ষমতার দিক থেকে উন্নত। একটি একক শেষ পরিবর্ধক, এটি কতটা ভালভাবে ডিজাইন করা যেতে পারে তা অবশ্যই এর গতিশীল স্থানান্তর বৈশিষ্ট্যগুলির অ-রৈখিকতার কারণে কিছু বিকৃতি প্রবর্তন করবে।

পুশ পুল এম্প্লিফায়ারগুলি সাধারণত এমন পরিস্থিতিতে ব্যবহার করা হয় যেখানে কম বিকৃতি, উচ্চ দক্ষতা এবং উচ্চ আউটপুট পাওয়ার প্রয়োজন হয়।

একটি পুশ পুল এম্প্লিফায়ারের মৌলিক ক্রিয়াকলাপ নিম্নরূপ:

"পরিবর্ধনের সংকেতটি প্রথমে দুটি অভিন্ন সংকেতে বিভক্ত হয় 180 phase ফেজের বাইরে। সাধারণত এই বিভাজনটি একটি ইনপুট কাপলিং ট্রান্সফরমার ব্যবহার করে করা হয়। ইনপুট কাপলিং ট্রান্সফরমারকে এমনভাবে সাজানো হয় যে একটি ট্রানজিস্টরের ইনপুটে একটি সংকেত প্রয়োগ করা হয় এবং অন্য সংকেত অন্য ট্রানজিস্টরের ইনপুটে প্রয়োগ করা হয়।"

পুশ পুল এম্প্লিফায়ারের উপকারিতা হল কম বিকৃতি, কাপলিং ট্রান্সফরমার কোরে চৌম্বকীয় স্যাচুরেশনের অনুপস্থিতি, এবং বিদ্যুৎ সরবরাহের তরঙ্গ বাতিল করা যার ফলে হামের অনুপস্থিতি দেখা দেয় যখন অসুবিধা দুটি অভিন্ন ট্রানজিস্টরের প্রয়োজন এবং ভারী এবং ব্যয়বহুল কাপলিংয়ের প্রয়োজন। ট্রান্সফরমার একটি পাওয়ার লাভ স্টেজ অডিও এম্প্লিফায়ার সার্কিটের চূড়ান্ত পর্যায় হিসাবে ক্যাসকেড করা হয়েছিল।

সার্কিটের ফ্রিকোয়েন্সি রেসপন্স:

ক্যাপাসিট্যান্স আধুনিক ইলেকট্রনিক সার্কিটের সময় এবং ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া গঠনে প্রভাবশালী ভূমিকা পালন করে। ছোট-সিগন্যাল এমওএসএফইটি এম্প্লিফায়ার সার্কিটে বিভিন্ন ক্যাপাসিটরের ভূমিকা একটি বিস্তৃত এবং গভীরভাবে পরীক্ষামূলক তদন্ত করা হয়েছে।

নকশা পরিবর্তনের পরিবর্তে এমওএসএফইটি এম্প্লিফায়ারগুলিতে ক্যাপ্যাসিট্যান্স সম্পর্কিত মৌলিক সমস্যাগুলি মোকাবেলায় বিশেষ জোর দেওয়া হয়েছে। মটোরোলা ইনকর্পোরেটেড দ্বারা নির্মিত তিনটি ভিন্ন বর্ধিত এন-চ্যানেল MOSFETs (2N7000 মডেল, এর পরে MOS-1, MOS-2 এবং MOS-3 হিসাবে উল্লেখ করা হয়েছে) পরীক্ষার জন্য ব্যবহার করা হয়েছে। গবেষণায় এম্প্লিফায়ারগুলির বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ নতুন বৈশিষ্ট্য উন্মোচিত হয়েছে। এটি ইঙ্গিত করে যে ছোট-সংকেত এমওএস পরিবর্ধকগুলির নকশায়, এটি কখনই গ্রহণ করা উচিত নয় যে কাপলিং এবং বাইপাস ক্যাপাসিটারগুলি শর্ট সার্কিট হিসাবে কাজ করে এবং এসি ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজের উপর কোন প্রভাব ফেলে না। প্রকৃতপক্ষে, তারা এম্প্লিফায়ারের ইনপুট এবং আউটপুট পোর্টে দেখা ভোল্টেজ স্তরে অবদান রাখে। যখন কাপলিং এবং বাইপাস ক্রিয়াকলাপের জন্য বিচক্ষণভাবে বেছে নেওয়া হয় তখন তারা ইনপুট সিগন্যালের বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে এম্প্লিফায়ারের প্রকৃত ভোল্টেজ লাভ নির্দেশ করে।

নিচের কাট-অফ ফ্রিকোয়েন্সিগুলি কাপলিং এবং বাইপাস ক্যাপাসিটরের মান দ্বারা পরিচালিত হয় যখন উপরের কাট-অফ শান্ট ক্যাপাসিট্যান্সের ফল। এই শান্ট ক্যাপ্যাসিট্যান্স হল ট্রানজিস্টরের সংযোগস্থলের মধ্যে উপস্থিত বিপথগামী ক্যাপ্যাসিট্যান্স।

ক্যাপাসিট্যান্স সূত্র দ্বারা দেওয়া হয়।

C = (এলাকা * Ebsilon) / দূরত্ব (4)

ক্যাপাসিটারগুলির মান এমনভাবে নির্বাচিত হয় যে আউটপুট ব্যান্ডউইথ 100-10KHz এর মধ্যে থাকে এবং এই ফ্রিকোয়েন্সিটির উপরে এবং নীচের সংকেত হ্রাস পায়।

পরিসংখ্যান:

চিত্র 1 সম্ভাব্য বিভাজক পক্ষপাতদুষ্ট MOSFET সার্কিট

চিত্র ২ বিজেটি ব্যবহার করে পাওয়ার এম্প্লিফায়ার সার্কিট

চিত্র 3 MOSFET এর ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া

ধাপ 3: সফ্টওয়্যার এবং হার্ডওয়্যার বাস্তবায়ন

সার্কিটটি ডিজাইন করা হয়েছে এবং সুরক্ষিত সফটওয়্যারে নকল করা হয়েছে চিত্র 4 -এ দেখানো হয়েছে।

সমস্ত প্রতিরোধক 1 ওয়াট এবং ক্যাপাসিটরের জন্য 50 ভোল্টের জন্য ক্ষতি এড়াতে রেট দেওয়া হয়।

ব্যবহৃত উপাদানগুলির তালিকা নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে:

R1, R5, R9 = 1MΩ

R2, R6, R11 = 68Ω

R3, R7, R10 = 230KΩ

R4, R8, R12 = 1KΩ

R13, R14 = 10KΩ

C1, C2, C3, C4, C5 = 4.7µF

C6, C7 = 1.5µF

Q1, Q2, Q3 = 2N7000

Q4 = TIP122

Q5 = TIP127

সার্কিটে কেবল ক্যাসকেডে সংযুক্ত তিনটি লাভ পর্যায় রয়েছে।

লাভের পর্যায়গুলি আরসি কাপলিংয়ের মাধ্যমে সংযুক্ত থাকে। আরসি কাপলিং মাল্টিস্টেজ এম্প্লিফায়ারগুলিতে কাপলিংয়ের সর্বাধিক ব্যবহৃত পদ্ধতি। এই ক্ষেত্রে রেজিস্ট্যান্স R হল সোর্স টার্মিনালে সংযুক্ত প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটর সি এম্প্লিফায়ারের মধ্যে সংযুক্ত। একে ব্লকিং ক্যাপাসিটরও বলা হয়, যেহেতু এটি ডিসি ভোল্টেজকে ব্লক করবে। এই পর্যায়গুলি অতিক্রম করার পরে ইনপুট পাওয়ার পর্যায়ে পৌঁছায়। পাওয়ার স্টেজ BJT ট্রানজিস্টর ব্যবহার করে (একটি npn এবং একটি pnp)। এই পর্যায়ে আউটপুটে লাউডস্পিকার সংযুক্ত থাকে এবং আমরা একটি বর্ধিত অডিও সংকেত পাই। সিমুলেশনের জন্য সার্কিটে প্রদত্ত সংকেত হল 10mV পাপ তরঙ্গ এবং লাউডস্পিকারে আউটপুট 2.72 V সিন তরঙ্গ।

চিত্র:

চিত্র 4 প্রোটিয়াস সার্কিট

চিত্র 5 লাভের পর্যায়

চিত্র 6 পাওয়ার স্টেজ

চিত্র 7 লাভ পর্যায় 1 আউটপুট (লাভ = 7)

চিত্র 8 লাভ পর্যায় 2 আউটপুট (লাভ = 6.92)

চিত্র 9 লাভ পর্যায় 3 আউটপুট (লাভ = 6.35)

চিত্র তিনটি লাভের দশটি আউটপুট (মোট লাভ = 308)

চিত্র 11 লাউডস্পিকারে আউটপুট

ধাপ 4: পিসিবি লেআউট

চিত্র 4 এ দেখানো সার্কিটটি PCB- তে প্রয়োগ করা হয়েছিল।

উপরে PCB- র সফটওয়্যার ডিজাইনের কিছু স্নিপেট রয়েছে

চিত্র:

চিত্র 12 PCB বিন্যাস

চিত্র 13 পিসিবি লেআউট (পিডিএফ)

চিত্র 14 3D দেখুন (শীর্ষ দেখুন)

চিত্র 15 3D ভিউ (নীচের দৃশ্য)

চিত্র 16 হার্ডওয়্যার (BOTTOM VIEW) প্রথম ছবিতে ইতিমধ্যেই উপস্থিত শীর্ষ দৃশ্য

ধাপ 5: উপসংহার

শর্ট চ্যানেল পাওয়ার MOSFETs এর উচ্চ লাভ এবং উচ্চ ইনপুট প্রতিবন্ধকতা ব্যবহার করে, 0.5 ওয়াট আউটপুট পর্যন্ত এম্প্লিফায়ারগুলির জন্য পর্যাপ্ত ড্রাইভ প্রদানের জন্য একটি সহজ সার্কিট তৈরি করা হয়েছে।

এটি পারফরম্যান্স প্রদান করে যা উচ্চ মানের অডিও প্রজননের মানদণ্ড পূরণ করে। গুরুত্বপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে পাবলিক অ্যাড্রেস সিস্টেম, থিয়েট্রিক্যাল এবং কনসার্ট সাউন্ড রিইনফোর্সমেন্ট সিস্টেম এবং ঘরোয়া সিস্টেম যেমন স্টেরিও বা হোম-থিয়েটার সিস্টেম।

গিটার এম্প্লিফায়ার এবং ইলেকট্রিক কীবোর্ড এম্প্লিফায়ার সহ যন্ত্র পরিবর্ধক এছাড়াও অডিও পরিবর্ধক ব্যবহার করে।

ধাপ 6: বিশেষ ধন্যবাদ

আমি বিশেষভাবে সেই বন্ধুদের ধন্যবাদ জানাই যারা আমাকে এই প্রকল্পের ফলাফল অর্জনে সাহায্য করেছে।

আমি আশা করি আপনি এই নির্দেশযোগ্য উপভোগ করেছেন। কোন সাহায্যের জন্য, যদি আপনি মন্তব্য করেন তবে আমি পছন্দ করব।

সুখে থাক. দেখা হবে:)

তাহির উল হক, ইই ডেপট, ইউইটি

লাহোর, পাকিস্তান