Krug pojačala snage 100 W pomoću mosfet-a

Pojačalo snage je dio audio elektronike. Dizajniran je tako da maksimizira veličinu snage f datog ulaznog signala. U zvučnoj elektronici operativno pojačalo povećava napon signala, ali nije u stanju pružiti struju koja je potrebna za pogon tereta. U ovom uputstvu izradit ćemo krug pojačala izlazne snage od 100 W RMS koristeći MOSFET-ove i tranzistore s zvučnikom impedancije od 4 Ohma.

Konstrukcijska topologija pojačala

U lančanom sustavu pojačala, pojačalo snage koristi se u posljednjem ili posljednjem stupnju prije opterećenja. Općenito, sustav pojačala zvuka koristi donju topologiju prikazanu u blok dijagramu

Kao što možete vidjeti na gornjem blok dijagramu, pojačalo snage je posljednja faza koja je izravno povezana s opterećenjem. Općenito, prije pojačala za napajanje, signal se ispravlja pomoću pojačala prednapojačala i napona. Također, u nekim slučajevima, gdje je potrebna kontrola tona, sklop za kontrolu tona dodaje se prije pojačala snage.

Znajte svoj teret

U slučaju audio pojačala, opterećenje i nosivost pojačala su važan aspekt u konstrukciji. Veliki teret za pojačalo snage je glasan zvučnik. Izlaz pojačala snage ovisi o impedanciji opterećenja, tako da spajanje nepravilnog opterećenja može ugroziti učinkovitost pojačala snage, kao i stabilnost.

Glasni zvučnik ogromno je opterećenje koje djeluje kao induktivno i otporno opterećenje. Pojačalo snage isporučuje izmjenični izlaz, zbog čega je impedancija zvučnika presudan faktor za pravilan prijenos snage.

Impedancija je efektivni otpor elektroničkog kruga ili komponente za izmjeničnu struju koji proizlazi iz kombiniranih učinaka povezanih s omskim otporom i reaktancijom.

U Audio elektronika, različite vrste zvučnika dostupne su u različitim snagama s različitom impedancijom. Impedancija zvučnika može se najbolje razumjeti korištenjem odnosa između protoka vode unutar cijevi. Zamislite samo zvučnik kao cijev za vodu, a voda koja prolazi kroz cijev predstavlja izmjenični zvučni signal. Ako je cijev postala promjera većeg, voda će lako teći kroz cijev, količina vode će biti veća, a ako smanjimo promjer, manje će vode teći kroz cijev, pa će količina vode biti niži. Promjer je učinak stvoren omskim otporom i reaktancijom. Ako cijev dobije veći promjer, impedancija će biti mala, tako da zvučnik može dobiti više snage, a pojačalo pruža više scenarija prijenosa snage, a ako impedancija postane velika, pojačalo će pružati manje snage zvučniku.

Postoje različiti izbori, kao i različiti segmenti zvučnika koji su dostupni na tržištu, uglavnom s 4 ohma, 8 ohma, 16 ohma i 32 ohma, od kojih su zvučnici od 4 i 8 ohma široko dostupni po povoljnim cijenama. Također, moramo shvatiti da je pojačalo snage 5 W, 6 W ili 10 W ili više čak i RMS (Root Mean Square) snaga, koju pojačalo isporučuje na određeno opterećenje u kontinuiranom radu.

Dakle, moramo biti oprezni oko ocjene zvučnika, ocjene pojačala, učinkovitosti zvučnika i impedancije.

Izgradnja jednostavnog kruga pojačala od 100 W

U prethodnim tutorijalima napravili smo pojačalo snage 10W, pojačalo snage 25W i pojačalo snage 50W. Ali u ovom uputstvu dizajnirat ćemo RMS pojačalo izlazne snage od 100 W pomoću MOSFET-ova.

U konstrukciji pojačala od 100 W koriste se višestruki tranzistori i MOSFET-ovi. Pogledajmo specifikaciju i pin dijagram važnih MOSFET-ova i tranzistora. U fazi pojačanja pojačala koristili smo visokonaponski tranzistor MPSA43. To je visokonaponski NPN tranzistor koji djeluje kao pojačalo. Klin iz tranzistora MPSA43 NPN je-

Koristili smo dva komplementarna tranzistora srednje snage MJE350 i MJE340. MJE350 je PNP tranzistor od 500 mA u paketu TO-225, a identični NPN parni tranzistor je MJE340. MJE340 ima iste specifikacije kao MJE350, ali to je NPN tranzistor srednje snage.

Dijagrami Pinouta za oba su dati u nastavku -

U završnoj fazi koriste se dva MOSFET-a snage IRFP244 i IRFP9240. Kombinacija ove dvije komponente daje izlaznu snagu od 100 W (vati) pri opterećenju od 4 ohma.

Potrebne komponente za krug pojačala snage

1. Vero ploča (može se koristiti točkice ili spojevi bilo koga)
2. Lemilica
3. Žica za lemljenje
4. Alat za skidanje oštrice i žice
5. Žice
6. Audio priključci prema zahtjevima
7. Hladnjak od finog aluminija debljine 5 mm i dimenzija 90 mm x 45 mm.
8. 40V napajanje od željeznice do željeznice s izlaznom tračnicom + 40V GND -40V
9. Zvučnik od 100 vata od 4 oma
10. Otpornik 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5k, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47K, 150k) - 1nos.
11. Otpornik 330R 1/4 ^th W - 3 kom
12. 10R otpornik 10 W
13. 0,33R - 7 W - 2 kom
14. 0,22R - 10 W
15. Kondenzator 100nF 100V - 2 kom
16. Kondenzator od 47uF 100V
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Dioda
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 kom
26. MPSA43 - 3 kom

Šema i objašnjenje audio pojačala 100 W

Shema za ovo pojačalo od 100 vata ima nekoliko faza. Na početku pojačanja u prvom stupnju, odjeljak filtra blokira neželjene frekvencijske zvukove. Ovaj odjeljak filtra stvoren je pomoću R3, R4 i C1, C2.

Na drugom stupnju sklopa, Q1 i Q2, koji su MPSA43 tranzistori, rade kao diferencijalno pojačalo i dovode signal u daljnji stupanj pojačanja.

Zatim se pojačanje snage vrši na dva MOSFET-a, IRFP244N i IRF9240. Ova dva MOSFET-a su važan dio sklopa. Ova dva MOSFET-a djeluju kao push-pull pokretač (široko korištena pojačavačka topologija ili arhitektura). Za pogon ova dva MOSFET-a Q5 i Q7 koriste se tranzistori MJE350 i MJE340. Ova dva tranzistora snage pružaju dovoljno struje na vratima za pogon MOSFET-ova. R15 i R14 su granični otpornici struje koji štite MOSFET vrata od udarne struje. Ista se stvar događa s R12 i R13 kako bi zaštitili izlazno opterećenje od pogona naletne struje. R18 je otpornik velike snage koji djeluje kao stezni krug s kondenzatorom 100nF. R16 također pruža dodatnu nadstrujnu zaštitu.

Ispitivanje kruga pojačala od 100 vata

Koristili smo Proteusove simulacijske alate za provjeru izlaza sklopa; izmjerili smo izlaz u virtualnom osciloskopu. Možete pogledati dolje prikazani kompletni demonstracijski video

Strujni krug napajamo pomoću +/- 40V i ulazni sinusoidni signal je osiguran. Kanal osciloskopa A (žuti) povezan je preko izlaza pod opterećenjem od 4 oma, a ulazni signal povezan je preko kanala B (plavi).

Izlaznu razliku između ulaznog signala i pojačanog izlaza možemo vidjeti u videu: -

Također smo provjerili izlaznu snagu, Pojačala snaga jako ovisi o više stvari, kao što je prethodno spomenuto. Jako ovisi o impedanciji zvučnika, učinkovitosti zvučnika, učinkovitosti pojačala, topologijama konstrukcije, ukupnim harmonijskim izobličenjima itd. Nismo mogli razmotriti ili izračunati sve moguće čimbenike koji stvaraju ovisnosti o snazi ​​pojačala. Krug stvarnog života razlikuje se od simulacije jer je potrebno uzeti u obzir mnoge čimbenike tijekom provjere ili testiranja rezultata.

Proračun snage pojačala

Koristili smo jednostavnu formulu za izračun snage pojačala -

Snaga pojačala = V ² / R

Preko izlaza smo spojili AC-multimetar. Izmjenični napon prikazan u multimetru je vršni do naponski izmjenični napon.

Osigurali smo vrlo niskofrekventni sinusoidni signal od 25-50Hz. Kao i na niskim frekvencijama, pojačalo će isporučiti više struje na teret, a multimetar će moći ispravno detektirati izmjenični napon.

Multimetar je pokazivao + 20,9 V izmjenične struje. Dakle, prema formuli, izlaz pojačala snage pri opterećenju od 4 Ohma je

Snaga pojačalo = 20,9 ² /4 pojačalo Snaga = 109,20 (više od 100 W otprilike)

Stvari koje treba imati na umu prilikom izrade 100 W audio pojačala

1. Prilikom izrade sklopa, MOSFET-ovi su potrebni za pravilno povezivanje s hladnjakom u stupnju pojačala snage. Veći hladnjak daje bolji rezultat. Moćni tranzistor Q5 i Q7 moraju biti pravilno hlađeni malim aluminijskim hladnjacima u obliku slova U.
2. Za bolji rezultat dobro je koristiti kondenzatore s ocjenom zvuka.
3. Uvijek je dobar izbor koristiti PCB za aplikaciju povezanu sa zvukom.
4. Neka tragovi diferencijalnog pojačala budu kratki i što bliži ulaznom tragu.
5. Vodove audio signala držite odvojeno od bučnih dalekovoda.
6. Pazite na debljinu tragova. Kako je ovo dizajn od 100 W, potreban je veći put struje, pa maksimizirajte širinu traga. Bolje je koristiti bakrenu ploču od 70 mikrona u dvostranom rasporedu s maksimalnim otvorima za bolji protok struje.
7. Preko kruga treba stvoriti ravninu tla. Neka povratni put prema zemlji bude što kraći.

Postignite bolje rezultate

U ovom dizajnu od 100 W, malo je poboljšanja za bolju snagu.

1. Dodajte kondenzator za razdvajanje od 4700uF s najmanje 100 V preko pozitivnog i negativnog napona.
2. Za bolju stabilnost upotrijebite 1% MFR otpornike.
3. Zamijenite diodu 1N4002 s UF4007.
4. Promijenite R11 s potenciometrom od 1 k da biste kontrolirali struju mirovanja na MOSFET-ovima snage.
5. Dodajte osigurač preko izlaza, zaštitit će krug na prekomjernom pogonu zvučnika ili stanje kratkog spoja na izlazu.

Također provjerite i druge krugove audio pojačala:

• 40-vatno audio pojačalo pomoću TDA2040
• Krug audio pojačala od 25 W
• 10-vatno audio pojačalo pomoću Op-pojačala
• Krug pojačala snage 50 W koji koristi MOSFET-ove