Automaattisesti biasoituvan audiovahvistimen suunnittelu ja toteutus

Abstract

Suurin osa audiovahvistimissa hyödyntää kolmivaiheista rakennetta, joka koostuu sisääntulo-, ohjain- ja ulostuloasteesta. Ulostuloaste on lähes poikkeuksetta kytketty jänniteseuraajaksi mahdollisimman hyvän lineaarisuuden saavuttamiseksi. Ongelmana jänniteseuraaja MOSFET-ulostuloasteissa on pieni ulostuloteho suhteessa käyttöjännitteisiin. Audiokäyttöön tarkoitettujen lateraalisten MOSFETtien suuren kanavaresistanssin takia ulostulosignaalilla voidaan jäädä useita voltteja käyttöjännitteistä. Vastaavasti kytkinsovelluksiin tarkoitetuilla MOSFETeilla korkea kynnysjännite rajoittaa ulostulosignaalin maksimin. Työn lähtökohtana oli suunnitella ja toteuttaa lineaarinen audiovahvistin, jonka ulostulosignaalilla päästäisiin mahdollisimman lähelle käyttöjännitteitä. Ratkaisu, jota päädyttiin tutkimaan simulointiohjelmiston avulla, poikkeaa tavanomaisesta audiovahvistinrakenteesta. Vahvistimessa käytetään vuorovaiheista yhteislähde-ulostuloastetta, jonka transistoreiden virtoja ohjataan erillisellä virran ohjaussilmukalla. Yhteislähdekytkentä mahdollistaa ulostulosignaalin heilahduksen lähelle käyttöjännitteitä. Ohjaussilmukalla parannetaan ulostuloasteen lineaarisuutta ja nopeutta. Ratkaisun muita etuja ovat muun muassa lämpötilariippumattomuus ja ulostuloasteen biasoituvuus automaattisesti. Työn tuloksena saatiin tietoa suunnitellun vahvistimen toiminnallisuudesta, suorituskyvystä ja ominaisuuksista. Työn audiovahvistimesta haettiin patentti.