Sklop pojačala snage 50 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 50 W RMS pojačalo izlazne snage koristeći MOSFET-ove s priključenim zvučnikom impedancije 8 Ohma.

Konstrukcijska topologija pojačala

U sustavu lanca 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 elektronici su dostupne različite vrste zvučnika 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 pojačala od 50 W

U prethodnim tutorijalima izradili smo pojačalo snage 10 W, pojačalo snage 25 W i pojačalo snage 40 W. Ali u ovom uputstvu dizajnirat ćemo 50 W RMS pojačalo izlazne snage pomoću MOSFET-ova. U prethodnim tutorijalima koristili smo posebno pojačalo snage IC, TDA2040 za pojačala od 25 W i za 40 W, ali u ovom dizajnu koristit ćemo besplatne MOSFET-ove N i P kanala kako bismo dobili izlaznu snagu od 50 W. Izlaz će biti prilično stabilan, a THD minimalni. Vozit ćemo s njom 8 ohma.

Koristili smo dva široko popularna komplementarna MOSFET-a IRF530N i IRF9530N koji su široko dostupni u lokalnim trgovinama, kao i internetskim trgovinama.

Na gornjoj je slici lijevi IRF530N, a desni IRF9530N. Oba su paket TO-220AB.

Ta dva MOSFET-a stvaraju push-pull operaciju za pogon 8 Ohms 50 Watt RMS zvučnika.

Komponenta potrebna

Za konstrukciju sklopa potrebne su nam sljedeće komponente -

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. Fino aluminijski hladnjak debljine 2 mm i dimenzija 50 mm x 30 mm.
7. Napajanje od 35V do željeznice sa izlazom napona + 35V GND -35V
8. Zvučnik od 8 ohma od 50 W
9. Otpornici (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Otpornici (2,7 k, 4,7 k, 47 k) - 2nos.
11. Kondenzator 100uF 63V
12. Kondenzator 47uF 63V - 2kom
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Dioda
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Induktor zračne jezgre 5A ocijenjeno
19. BC556 -2 kom
20. BC546 - 2 kom

Kružni dijagram i objašnjenje

Shema ovog pojačala od 50 vata ima nekoliko stupnjeva. Na početku pojačanja, niskopropusni filtar blokira visokofrekventni šum. Ovaj niskopropusni filtar stvoren je pomoću R1, R2 i C1. Otpornici R1 i R2 imaju dvije operacije, prvo je to dio niskopropusnog filtra, drugo, to je djelitelj napona kao i graničnik struje.

Na drugom stupnju sklopa, Q1 i Q2, koji su tranzistori BC556, rade kao diferencijalno pojačalo.

Zatim se pojačanje snage vrši na dva MOSFET-a, IRF530N i IRF9530. Ova dva MOSFET-a su komplementarni i usklađeni par. Dva MOSFET-a imaju iste specifikacije, ali jedan je N-kanalni, a drugi P-kanalni. Ovo je važan dio sklopa. Ova dva MOSFET-a djeluju kao push-pull pokretač (široko korištena pojačavačka topologija ili arhitektura). Za pogon ova dva MOSFET-a, Q3 i Q4, koristi se BC546. Ova dva tranzistora pružaju dovoljan broj pogonskih vrata za MOSFET-ove. R15 je visokootporni otpornik koji djeluje kao stezni krug s kondenzatorom 68nF i dodan je induktor snage 1uH za stabilno pojačanje zvučnika od 8 oma.

Ispitivanje kruga pojačala od 50 vati

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 +/- 35V i ulazni sinusni signal je osiguran. Kanal osciloskopa A (žuti) povezan je preko izlaza pod opterećenjem od 8 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 izračunavanje 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 + 20,1 V izmjenične struje. Dakle, prema formuli, izlaz pojačala snage pri opterećenju od 8 Ohma je

Snaga pojačalo = 20,1 ² /8 pojačalo Snaga = 50.50 (50W otprilike)

Stvari koje treba imati na umu prilikom izrade pojačivača snage 50 W

1. Prilikom izrade sklopa, MOSFET-ovi su potrebni za pravilno povezivanje s hladnjakom u stupnju pojačala snage. Veći hladnjak daje bolji rezultat.
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 50 W, potreban je veći put struje, pa maksimizirajte širinu traga.
7. Preko kruga treba stvoriti ravninu tla. Neka povratni put prema zemlji bude što kraći.

Postignite bolje rezultate

U ovom dizajnu od 50 W, malo je poboljšanja za bolju snagu.

1. Dodajte kondenzator za odvajanje od 220 uF s najmanje 63 V preko pozitivnog i negativnog napona.
2. Za bolju stabilnost upotrijebite 1% MFR otpornike.
3. Zamijenite diodu 1N4002 s UF4007.
4. Promijenite R13 s potenciometrom od 1 k da biste kontrolirali struju mirovanja na MOSFET-ovima snage.
5. Upotrijebite toroidalni induktor umjesto zračne jezgre s.25uH 5A.
6. Dodajte osigurač preko izlaza, štitit 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