Conducir un parlante de audio preguntas de diseño

He estado lidiando con algún proyecto en el que tengo algunos requisitos que cumplir. Por ahora, estoy lidiando con la primera parte y una historia rápida es,

  • Tengo que generar una onda sinusoidal a una frecuencia determinada y luego convertir esa señal en sonido mediante el uso de un altavoz de 8 ohmios.

  • Al menos 1 W de potencia en el altavoz.

  • Amplitud ajustable de la entrada de onda sinusoidal del altavoz.

Entonces qué hice:

Estoy usando un circuito oscilador de puente Wien que se ve así para obtener la forma de onda sinusoidal. Y lo que obtengo es una buena forma de onda sinusoidal de 16 Vpp (supongo que la pérdida de 2 Vpp puede considerarse normal) mientras no hay carga conectada a la salida del opAmp. Sin embargo, cuando se cierra el interruptor, es decir, una carga de 8 ohmios (mi altavoz en este caso) está conectada a la salida del opAmp, entonces el voltaje en el altavoz cae dramáticamente a 0 (casi 0) voltios.

Ahora, si no hice mal los cálculos, necesito al menos 4 Vpp en el altavoz para alcanzar la potencia nominal requerida. Después de todo esto, mi necesidad se reduce a poder tener un voltaje de carga ajustable de 8 Vpp a 4 Vpp.

Entonces, ¿cómo debo proceder? He pensado en usar una red divisora ​​de voltaje en la salida con un potenciómetro y una resistencia fija para ajustar el voltaje de salida, pero no sé si funciona, o si eso puede funcionar, ¿cómo debo organizar los valores de la resistencia y el potenciómetro? para que pueda conducir con seguridad un altavoz de 8 ohmios.

PD: No se permite el uso de IC específicos del trabajo que omitan los pasos de diseño y proporcionen directamente los resultados deseados.

Componentes permitidos:

Mosfets, Bjts, condensadores, resistencias, potenciómetros, baterías de CC, opAmps, altavoz de 8 ohmios, interruptor, botón, cable (necesario escribir después de algunos comentarios brutales...)

¿Qué es "etc" y qué es un "IC de diseño específico"? Porque esto suena fácil con circuitos integrados muy generales.
LOL, suena como un proyecto de tarea, como en el diseño con transistores. ¿Qué has intentado hasta ahora?
@MarcusMüller solo permitió componentes: bjt, mosfet, res, cap, opAmp e interruptor, botón, etc. entendiste el punto. Incluso un temporizador 555 no está permitido.
@ Sparky256 no es un hw sino un proyecto a término, y escribí lo que he intentado hasta ahora. No estoy preguntando "oye, esta es mi tarea, hagámosla juntos", solo busco ideas o recomendaciones.
@muyustan Explica cuál es el nuevo "etc" en tu lista. En serio, ¿qué deberíamos decirte si ni siquiera sabemos exactamente qué puedes usar? "BJT, MOSFET, resistencia, OpAmp, interruptor, botón, etc" significa que "el amplificador de potencia está bien" para mí, porque un Opamp y un amplificador de potencia son más o menos lo mismo, por lo que su "etc" cubre eso. Debe ser específico . Luego edite la pregunta para incluir exactamente esta lista en lugar de algún término vago "Sin IC específicos del trabajo" y "etc".
@MarcusMüller Creo que soy lo suficientemente específico, puedo usar cualquier topología o cualquier circuito que construya usando transistores o amplificadores operacionales, pero no puedo usar un temporizador 555, no puedo usar una "placa amplificadora ya construida". Tengo que construir cada circuito por mí mismo . Entonces puedo usar componentes fundamentales de la electrónica pero no compro productos comerciales. opAmp es el elemento más complejo que permitió. Entonces, debo entender lo que estoy haciendo en cada etapa, por ejemplo, en una parte del proyecto necesitaré amplificar una señal del micrófono, no puedo usar una placa amplificadora comercial incorporada para esto.
agregue todas las demás suposiciones , como fuentes de alimentación disponibles, límites, bloqueo de CC a los altavoces, disponibilidad de discretos, como transistores de potencia Darlington o FET de potencia, potenciómetros o simplemente simulación de Sin Gen, control de voltaje y ganancia de corriente para impulsar 8 ohmios, suministro dual , pilas solo con ESR? o suministro único de 5V?
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 He editado la pregunta...
las especificaciones son críticas... ¿Fuente de alimentación, voltaje, ESR? ej., suministro de laboratorio cerca de 0. Batería de 9 V ESR ~ 1 ohmios mín. ¿Distorsión sinusoidal permitida 1%? 10%? ¿Ola cuadrada? onda triangular?
El suministro simple o doble marca una gran diferencia, alcalino o de iones de litio marca una gran diferencia
Aquí hay un controlador de altavoz discreto de Pot en adelante. Eso podría funcionar para usted. utilcomponents.com/main_contents/projects/…
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Si desea una respuesta precisa, puedo usar baterías de 2x9V para la entrada de +9v y -9v a los amplificadores operacionales. Y serán las clásicas pilas alcalinas comerciales comunes

Respuestas (2)

Dos cosas.

Primero, calcule la corriente máxima necesaria para producir 1 W en 8 ohmios y compárela con la clasificación de corriente continua máxima para el opamp. Creo que verás un problema ahí. Si bien es posible hacer que una etapa de amplificador de potencia de audio sea tanto el oscilador de la señal como el controlador del altavoz, un enfoque más convencional es una fuente de señal de baja potencia seguida de un control de volumen y un pequeño amplificador de potencia de audio para controlar el altavoz.

En segundo lugar, hay un problema con el circuito del oscilador. Busque el esquema de onda sinusoidal del puente Wein y verá muchos ejemplos. La mayoría de ellos tienen una bombilla o un FET en el circuito de retroalimentación negativa para estabilizar la amplitud de salida. El problema con el circuito que tiene es que para mantener la oscilación a una amplitud de salida constante, debe tener una ganancia muy precisa que no se desvíe con la temperatura. La solución estándar es agregar un método de uso de la amplitud de salida para controlar la ganancia del circuito de modo que cuando la amplitud de salida aumenta, la ganancia se reduce (y viceversa). Tanto TI como National Semiconductor (antes de que TI las adquiriera) tienen excelentes notas de aplicación sobre técnicas de generación de ondas sinusoidales.

@gracias, por el segundo párrafo, soy consciente de esa situación. Sin embargo, asumí que no tener ese mecanismo de estabilización no afectaría mucho más que recortar un poco la onda sinusoidal, lo cual podía tolerar. Vi algunos ejemplos usando bombillas de tungsteno, pero no sé cómo puedo usarlas en un proyecto de electrónica de este tipo. Sobre el primer párrafo, tengo que diseñar el generador de onda sinusoidal yo mismo, por lo que no puedo usar la fuente de señal. ¿El uso de un amplificador en la salida del opAmp proporciona una buena solución?
No estaba sugiriendo usar una fuente externa; Usé el término "fuente de señal" para separar la función del oscilador de la función del controlador del altavoz. Hay otros circuitos sinusoidales simples (como el oscilador de cambio de fase) que son inherentemente estables con poca distorsión.
Para un amplificador de salida, busque en el LM386.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aquí uso dos LED a baja corriente como zener. Rojo y blanco o lo que sea solo para obtener Vcc / 2 aproximadamente.

Tenga en cuenta que la simulación de Falstad utiliza tapas ideales, amplificadores operacionales, etc., por lo que Zout = 0 y va de riel a riel, por lo que no puede esperar que los amplificadores operacionales simples manejen <100 ohmios, ya que a menudo tienen 200 ohmios serie R y/o limitación de corriente activa.

Un amplificador operacional tiene una corriente limitada y debe almacenarse en búfer. Pero con una alta ganancia de bucle abierto, la caída de Vbe se compensa con una alta ganancia OA para reducir el error de voltaje para este búfer de corriente simple.
Av+ = (1+ R2/R3) * Proporción de bote (0,5 % a 100 %)

Ese es un circuito peligroso. Un novato completo supondrá que el amplificador operacional puede funcionar con la misma batería que la etapa de salida, y eso no terminará bien.
Sí, la resistencia de la batería y los efectos en el amplificador operacional pueden afectar el sesgo y la estabilidad.
Lo siento, pero me refería al uso de un punto de tierra común para la señal y la potencia, lo que resulta en el recorte de semiciclos negativos, en lugar de establecer una tierra virtual. Lo que ahora ha hecho a través de su LED y diodo. Aunque probablemente debería especificar el color del LED, ya que un LED rojo (por ejemplo) no le dará el voltaje que sugiere.
En falstad, elegí opamp no ideal y una de las dos opciones era lm741.
@muyustan muy bien pero necesita amortiguar la corriente
En el esquema, la parte que etiquetó como entrada de audio, se refiere a las ondas sinusoidales en mi caso, ¿verdad?
Sí. De esta manera, separa el sig gen, el cono de audio y el amplificador de corriente y posiblemente obtenga> 1 W con una sola batería, lo que si la corriente de cortocircuito es> 1A significa ESR <= 9 OHms nuevo. Recuerde que un gran diseño es aquel que simplemente cumple con todas las especificaciones. Entonces, mejores especificaciones significan un mejor diseño, si se cumplen.
¿Qué probabilidad hay de que una batería común de 9v tenga una resistencia en serie de <= 9 ohmios? Si no es tan probable, ¿una fuente de alimentación tipo laboratorio de CC tendrá una resistencia de salida más baja?
Usando la ley de Ohm, ¿qué te parece? (retórico)
"Aquí uso dos LED a baja corriente como un zener". - ¿Por qué no usar simplemente una resistencia? Los LED no están en la lista de componentes permitidos del OP.
@Bruce Podría y luego ver si cuánta distorsión se puede tolerar con la caída de la batería en el error inducido por el voltaje ... cualquier diodo para obtener una polarización de CC media estable puede reducir el THD o el recorte
Hey, he estado investigando mis preguntas anteriores. Ahora tengo una mejor comprensión de este tipo de circuitos comparando el momento en que se hizo esta pregunta. Creo que cuando respondió esto, no me concentré lo suficiente en su respuesta, ahora lo hice, pero no pude entender qué hacen 4-5 voltios de polarización en este circuito. Hice algo muy parecido a este esquema pero sin esa parte de sesgo. Sería bueno si usted puede explicarlo.
Eso es solo un regulador de voltaje para Vbat / 2 para sesgar todo Vin +, Vout para una salida de oscilación máxima ... use un LDO, Zener o un LED rojo y blanco o incluso dos R iguales y una tapa grande. para conseguir esto ¿La única carga es? uA a 100k
Conducir un parlante de audio preguntas de diseño
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