Subwoofer-Verstärkerschaltung:All-Inclusive-Weg zu besserer Klangqualität

Suchen Sie nach einer Möglichkeit, einen geräuschlosen und hochwertigen Bassklang zu erzielen? Was Sie brauchen, ist eine Subwoofer-Verstärkerschaltung. Es ist nicht nur kompakt, sondern auch kostengünstig zu bauen. Darüber hinaus kann es Ihre Geräte oder Systeme dauerhaft bedienen.

Ein Subwoofer-Treiber

Quelle; Wikipedia

Heute werden wir eine Subwoofer-/Stereo-Verstärkerschaltung entwerfen, die niederfrequente Audiosignale im Bereich von 20 Hz bis 200 Hz erzeugt. Darüber hinaus beträgt die Tonausgangsleistung 100 W und es wird eine 4-Ohm-Lautsprecherlast für seinen Betrieb verwendet.

1. Was sind Subwoofer-Verstärkerschaltungen?

Subwoofer-Verstärkerschaltungen sind Lautsprecher, die niederfrequente Audiosignale erzeugen. Mit anderen Worten, sie sorgen dafür, dass sich die Bassqualität Ihres Lautsprechers erhöht, indem sie die eingehenden Audiosignale verstärken. Ebenso eliminieren sie jegliche harmonische Verzerrung.

Ein Beispiel für einen Subwoofer ist der passive Subwoofer. Es wird von einem externen Verstärker mit Strom versorgt, hat aber auch ein Lautsprechergehäuse-Design.

Ein Lautsprecher

Quelle; Wikipedia

2. Subwoofer-Verstärker-Schaltungsprinzip

Das Prinzip einer Subwoofer-Verstärkerschaltung besteht darin, die Audiosignale niedriger Frequenzen zu verstärken.

• Zunächst filtert der Verstärker das Audioeingangssignal, um hochfrequente Signale zu eliminieren.
• Als nächstes verstärkt ein Spannungsverstärker die niederfrequenten Signale.
• Danach erhöhen mehrere Konfigurationen das Niederspannungssignal auf einen erforderlichen Pegel.
• Zu guter Letzt wandelt ein Transistor die verstärkte Version eines Niederfrequenztons in Leistungssignale um. Schließlich erzeugen die Leistungssignale Bass/lauten Knall und minimales Rauschen.

Profi-Tipp

• Stellen Sie den Subwoofer-Lautsprecher für die beste Ankopplung an das Luftvolumen des Raums und den besten Wirkungsgrad in einer Ecke auf.
• Verwenden Sie außerdem Gehäusevariationen, um den Leistungsbedarf des Verstärkers zu reduzieren und die Effizienz des Subwoofer-Antriebs zu steigern.
• Stellen Sie bei einer persönlichen Verbindung sicher, dass Sie Ihr Gerät mit Antivirus scannen, um die Wahrscheinlichkeit infizierter Geräte zu verringern.

100-Watt-Subwoofer-Verstärker

Schaltplan

Das Schaltbild eines 100-Watt-Subwoofer-Verstärkers

Schaltungskomponenten

Aus dem obigen Diagramm können wir ersehen, dass die Komponenten zur Herstellung einer 100-Watt-Stereoverstärkerschaltung Folgendes umfassen:

• Doppelte Stromversorgung – +/-30 V
• Q1 – 2N222A
• F2, F3 – TIP41
• Q4 – TIP147, PNP
• R1, R2 – 6K
• R3 – 130.000
• R5 – 15.000
• R6 – 3,2 K
• R7 – 300 Ohm
• R8 – 30 Ohm
• R9, R10 – 3K
• D1, D2 – 1N4007
• C3, C5, C6 – 10 uF, Elektrolyt
• C4 – 1 uF, Elektrolyt
• C1, C2 – 0,1 uF, Elektrolyt

Abhängig von den Komponenten haben wir Ideen für Verstärkerteilschaltungen, die sich auch während Ihres Verstärkerprojekts als nützlich erweisen.

Audiofilterdesign

Für das erste Design verwenden Sie einen Operationsverstärker LM7332, um einen Sallen-Key-Tiefpassfilter zu konstruieren.

Eine Sallen-Key-Filtertopologie

Quelle; Wikipedia

Nehmen wir nun an, dass die Grenzfrequenz 200 Hz beträgt und der Qualitätsfaktor 0,707 beträgt. Lassen Sie uns zusätzlich die Anzahl der Pole gleich eins und C1- und C2-Werte gleich 0,1 uF haben.

Um einen ähnlichen Wert von R1 und R2 zu finden, können wir daher die folgende Formel verwenden, indem wir bekannte Werte ersetzen.

R1 =R2 =Q/(2*pi*fc*C2)

Der resultierende Wert für jeden Widerstand beträgt 5,6 K. Wir werden uns jedoch für eine bessere Genauigkeit mit 6K für R2 und R1 zufrieden geben.

Wir werden die Widerstände am nicht invertierenden Anschluss für den einstellbaren Tiefpassfilter nicht einbeziehen. Das liegt daran, dass wir einen Closed-Loop-Verstärkungsfilter wollen und keinen, der am Ausgangsanschluss einen Kurzschluss hat.

Vorverstärkerdesign

In einem Vorverstärkerdesign wenden wir den Klasse-A-Betrieb des 2N222A-Transistors an.

(Transistoren)

Wir benötigen außerdem eine Versorgungsspannung von 30 V, einen Lastwiderstand von 4 Ohm und eine Ausgangsleistung von 100 W.

Wir können eine Kollektorruhespannung, die halbe Versorgungsspannung (15 V) und einen Kollektorruhestrom von 1 mA haben. Bei der Berechnung des Lastwiderstandswerts sollte dieser dann 15 K betragen.

R5 =(Vcc/2Icq)

Der Basisstrom ist I_b =Icq/h_fe

Wenn wir den Wert der AC-Verstärkung in die obige Formel einsetzen, sollte der Basisstrom 0,02 mA betragen. Ebenso I_b oder Vorstrom ist oft das Zehnfache des Basisstroms. Daher summiert er sich auf 0,2mA.

Außerdem liegt die Emitterspannung/Ve, etwa 12 % der Versorgungsspannung, bei 3,6 V. Sie können jetzt die Vb/Spannungsbasis erhalten, indem Sie Ve 0,7 hinzufügen, d. h. 4,3 V.

Die folgende Formel hilft beim Ermitteln der Werte von R4 und R3;

R3 =(Vcc – Vb) I _Vorspannung und R4 =Vb/ I_bias

Wenn wir die Werte ersetzen, ist R4 22K, während R3 130K ist.

Der Widerstand des Emitterwiderstands (Ve/Ie) liegt bei 3,6 K, ein Wert, der von R7 und R6 geteilt wird.

R7 fungiert als Rückkopplungswiderstand und dient dazu, den Entkopplungseffekt von C4 zu verringern. Um nur den Wert von R7 zu erhalten, berechnen wir die Werte von Verstärkung und R5, was 300 Ohm entspricht. Daher beträgt der R6-Wert 3,2 K.

Schließlich beträgt der Wert von C4 1 uF, da der Emitterwiderstand größer sein sollte als die kapazitive Reaktanz von C4.

Leistungsverstärker-Design

Der Leistungsverstärker AB hat einen Betrieb im Klasse-AB-Modus, der Darlington-Transistoren verwendet, nämlich TIP147 und TIP142. Daher sollten die von Ihnen ausgewählten Vorspannungsdioden ähnliche thermische Eigenschaften wie die Transistoren haben, dh 1N4007.

Eine 1N4007-Diode

Quelle; Wikimedia

3K für den Widerstand R9 ist geeignet, da der niedrige Vorspannungsstrom einen hohen Vorspannungswiderstandswert erfordert. Darüber hinaus erhält der Leistungsverstärker einen hochohmigen Eingang von der Treiberstufe. Daher verwenden wir den TIP41-Leistungstransistor in einem Betrieb im Klasse-A-Modus.

Der Wert von R8 entspricht sowohl dem Emitterstrom (0,5 A) als auch dem Emitterspannungswert (1/2 Vcc-0,7). Der Endwert wird 28,6 Ohm, aber in diesem Fall sollten Sie sich für einen 30-Ohm-Widerstand entscheiden.

Der Bootstrap-Widerstand R10 sollte den Transistoren TIP147 und TIP142 eine hohe Impedanz bieten. Daher ist 3K empfehlenswert.

Betrieb des Subwoofer-Verstärkerschaltkreises

Die schrittweise Erklärung vermittelt die Grundlagen des Betriebs einer Subwoofer-Verstärkerschaltung.

• Der Sallen-Key-Tiefpassfilter aus den obigen Designs filtert das Audiosignal heraus. Nur Frequenzen gleich und unter 200 Hz passieren den Filter, während der Rest gefiltert wird.
• Der Eingang von Q1 durch den Kopplungstransistor und C3 empfängt das Niederfrequenzsignal. Da Q1 im Klasse-A-Modus arbeitet, verbessert er die Version des Audioeingangssignals an seinem Ausgang.
• Dann wandelt Q2 das verstärkte Signal in ein Signal mit hoher Impedanz um, bevor es an einen Leistungsverstärker der Klasse AB weitergeleitet wird.
• TIP147 und TIP142 ergeben einen vollständigen Zyklus des Ausgangssignals. Ein Transistor leitet für eine negative Halbwelle, während der andere für eine positive Halbwelle leitet.
• Außerdem reduzieren R13 und R11 die Unterschiede zwischen den passenden Transistoren.
• Die Dioden behalten eine minimale Übergangsverzerrung bei.
• Am Ende betreibt das Hochleistungs-Ausgangssignal einen Subwoofer/Lautsprecher mit niedriger Impedanz, ungefähr 4 Ohm.

Anwendungen der Subwoofer-Verstärkerschaltung

Einige Anwendungen einer Subwoofer-Verstärkerschaltung umfassen:

• Für Tonanwendungen finden Sie sie hauptsächlich an Orten wie Konzerten, elektronischer Tanzmusik oder Anwendungen für Verstärkungssysteme. Sogar Ihr Auto, einige ausgewählte Kinos oder Heimkinosysteme haben einen der Schaltkreise.

(ein Heimkinosystem)

• Langstreckenübertragung, falls Sie die Leistung für Antennen mit hoher Reichweite ziehen möchten.
• Sie können sie als Leistungsverstärker für Signale mit der niedrigsten Frequenz verwenden.

Einschränkungen der Subwoofer-Verstärkerschaltung

Sie umfassen;

• Zunächst einmal ist unsere Schaltungsdarstellung theoretisch, wobei der Ausgang manchmal Verzerrungen wie in akustischen Musikgenres aufweist.
• Die Vorspannung kann auch zu Störungen führen, da die Filterschaltung manchmal den DC-Pegel des Audiosignals erhöht.
• In anderen Fällen kann die Schaltung Störgeräusche nicht wie herkömmliche Lautsprecher entfernen.
• Zu guter Letzt verringert sich die Effizienz der Schaltung aufgrund der linearen Geräte, die eine Verlustleistung verursachen.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Subwoofer-Verstärkerschaltung der sicherste Weg ist, einen niederfrequenten Klang zu erzeugen. Unser Beitrag hebt die Schritte hervor, die zu unternehmen sind, um eine bessere Klanganwendungsqualität zu erreichen. Wenn Sie jedoch noch Fragen haben oder eine Klärung benötigen, kontaktieren Sie uns und wir werden uns bei Ihnen melden.