100 wattos erősítő áramkör mosfet segítségével

A teljesítményerősítő az audio elektronika része. Úgy tervezték, hogy maximalizálja az adott bemeneti jel teljesítményét. A hangelektronikában az operációs erősítő növeli a jel feszültségét, de nem képes biztosítani az áramot, amely a terhelés meghajtásához szükséges. Ebben az oktatóanyagban egy 100 W RMS kimeneti teljesítményerősítő áramkört építünk MOSFET-ek és tranzisztorok felhasználásával, amelyekhez 4 Ohm impedancia hangszóró csatlakozik.

Az erősítők építési topológiája

Egy erősítő lánc rendszerben a teljesítményerősítőt a terhelés előtti utolsó vagy utolsó szakaszban használják. A hangerősítő rendszer általában a blokkdiagramon bemutatott topológiát használja

Amint a fenti blokkdiagramból látható, a Teljesítményerősítő az utolsó fokozat, amely közvetlenül kapcsolódik a terheléshez. Általában a teljesítményerősítő előtt a jelet korrigálják az előerősítők és a feszültségszabályozó erősítők segítségével. Bizonyos esetekben, amikor hangszabályozásra van szükség, a hangerősítő áramkört hozzáadják a teljesítményerősítő előtt.

Ismerje meg a terhelését

Az Audio Erősítő rendszer esetében az erősítő terhelése és terhelhetősége fontos szempont az építkezésnél. A teljesítményerősítő fő terhelése a hangszóró. Az erősítő kimenete a terhelés impedanciájától függ, így a nem megfelelő terhelés csatlakoztatása veszélyeztetheti az erősítő hatékonyságát és a stabilitást.

A hangszóró hatalmas terhelés, amely induktív és ellenálló terhelésként működik. Az erősítő AC kimenetet szolgáltat, emiatt a hangszóró impedanciája kritikus tényező a megfelelő áramátadáshoz.

Az impedancia egy elektronikus áramkör vagy alkatrész tényleges ellenállása a váltakozó áram számára, amely az ohmos ellenállás és a reaktancia együttes hatásaiból származik.

In Audio elektronika, a különböző típusú hangszórók különböző impedanciájú, különböző teljesítményűek. A hangszóró impedanciáját a cső belsejében lévő víz áramlásának összefüggése alapján lehet leginkább megérteni. Gondoljunk csak a hangszóróra, mint egy vízcsőre, a csövön átfolyó víz a váltakozó hangjel. Ha a cső átmérője nagyobb lett, a víz könnyen átfolyik a csövön, a víz térfogata nagyobb lesz, és ha csökkentjük az átmérőt, annál kevesebb víz folyik át a csövön, így a víz Alsó. Az átmérő az ellenállás és a reaktancia által létrehozott hatás. Ha a cső átmérője nagyobb lesz, az impedancia alacsony lesz, így a hangszóró nagyobb teljesítményhez juthat, az erősítő pedig nagyobb teljesítményátadási forgatókönyvet nyújt, és ha az impedancia magas lesz, akkor az erősítő kevesebb energiát biztosít a hangszóró számára.

Különböző választási lehetőségek vannak, valamint a hangszórók különböző szegmensei állnak rendelkezésre a piacon, általában 4 ohmos, 8 ohmos, 16 ohmos és 32 ohmos, amelyek közül a 4 és 8 ohmos hangszórók széles körben elérhetőek olcsó árakon. Azt is meg kell értenünk, hogy egy 5 Wattos, 6 Wattos vagy 10 Wattos vagy annál nagyobb erősítő az RMS (Root Mean Square) teljesítmény, amelyet az erősítő egy meghatározott terhelésre szállít folyamatos működés közben.

Tehát óvatosnak kell lennünk a hangszóró besorolásával, az erősítő besorolásával, a hangszóró hatékonyságával és az impedanciával kapcsolatban.

Egyszerű 100 W-os erősítő áramkör kiépítése

A korábbi oktatóanyagokban 10 W-os erősítőt, 25 W-os és 50 W-os erősítőt készítettünk. De ebben az oktatóanyagban egy 100 Wattos RMS kimeneti erősítőt tervezünk MOSFET-ek segítségével .

A 100 W-os erősítő gyártása során több tranzisztort és MOSFET-et használnak. Lássuk a fontos MOSFET-ek és tranzisztorok specifikációját és csapdiagramját. Az erősítő erősítési szakaszában nagyfeszültségű MPSA43 tranzisztort használtunk. Ez egy nagyfeszültségű NPN tranzisztor, amely erősítőként működik. A pin ki a MPSA43 NPN tranzisztor is-

Két kiegészítő közepes teljesítményű MJE350 és MJE340 tranzisztort használtunk. Az MJE350 egy 500 mA-es PNP tranzisztor a TO-225 csomagban, és az azonos NPN páros tranzisztor az MJE340. Az MJE340 specifikációja megegyezik az MJE350 specifikációjával, de ez egy NPN közepes teljesítményű tranzisztor.

Az alábbiakban a Pinout-diagramokat mutatjuk be.

Az utolsó szakaszban két IRFP244 és IRFP9240 Power MOSFET-et használnak. E kettő kombinációja 100 wattos effektív kimenetet szolgáltat a 4 ohmos terhelés mellett.

Szükséges alkatrészek az erősítő áramkörhöz

1. Vero tábla (pontozott vagy csatlakoztatott bárki használható)
2. Forrasztópáka
3. Forrasztóhuzal
4. Csiszoló és huzal eltávolító eszköz
5. Vezetékek
6. Audio csatlakozók a követelményeknek megfelelően
7. Finom alumínium hűtőborda 5 mm vastagsággal és 90 mm x 45 mm méretben.
8. 40V sínről sínre tápegység + 40V GND -40V teljesítménypálya kimenettel
9. 4 ohmos 100 wattos hangszóró
10. Ellenállás 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5K, 4.7K, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R Ellenállás 1/4 ^th Watt - 3 db
12. 10R ellenállás 10 W
13. 0,33R - 7 W - 2 db
14. 0,22R - 10 W
15. 100nF 100V kondenzátor - 2 db
16. 47uF 100V-os kondenzátor
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Dióda
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 db
26. MPSA43 - 3 db

100 W-os hangerősítő áramkör diagramja és magyarázata

Ennek a 100 wattos erősítőnek a vázlata néhány szakaszból áll. Az első fokozatú erősítés elején egy szűrőszakasz blokkolja a nem kívánt frekvencia zajokat. Ez a szűrőrész az R3, R4 és C1, C2 segítségével jön létre.

Az áramkör második fokozatán a Q1 és Q2, amelyek MPSA43 tranzisztorok, differenciálerősítőként működnek, és a jelet továbbadják a további erősítési szakaszba.

Ezután a teljesítményerősítést két MOSFET-en, az IRFP244N és az IRF9240-en végzik. Ez a két MOSFET az áramkör fontos része. Ez a két MOSFET push-pull meghajtóként működik (széles körben használt amplifikációs topológia vagy architektúra). E két Q5 és Q7 MOSFET meghajtásához MJE350 és MJE340 tranzisztorokat használnak. Ez a két teljesítménytranzisztor elegendő kapuáramot biztosít a MOSFET meghajtásához. R15 és R14 az áramkorlátozó ellenállások, amelyek megvédik a MOSFET kaput a bekapcsolási áramtól. Ugyanez történik az R12 és R13 esetében is, hogy megvédje a kimeneti terhelést a bekapcsolóáram-meghajtótól. Az R18 nagy teljesítményű ellenállás, amely szorító áramkörként működik a 100nF kondenzátorral. Az R16 további túláramvédelmet is nyújt.

A 100 wattos erősítő áramkörének tesztelése

Proteus szimulációs eszközökkel ellenőriztük az áramkör kimenetét; a kimenetet a virtuális oszcilloszkópban mértük. Ellenőrizheti az alábbiakban bemutatott teljes bemutató videót

Az áramkört +/- 40 V feszültséggel tápláljuk, és a bemenő szinuszos jelet kapjuk. Az oszcilloszkóp A (sárga) csatornája a kimeneten 4 ohmos terheléssel, a bemeneti jel pedig a B (kék) csatornával van összekötve.

A videóban láthatjuk a bemeneti jel és az erősített kimenet közötti kimeneti különbséget: -

Megvizsgáltuk a kimeneti teljesítményt is, az erősítő teljesítménye nagymértékben függ több dologtól, amint azt korábban tárgyaltuk. Nagyon függ a hangszóró impedanciájától, a hangszóró hatékonyságától, az erősítő hatékonyságától, a konstrukciós topológiáktól, a teljes harmonikus torzításoktól stb. Nem tudtuk figyelembe venni vagy kiszámítani az összes lehetséges tényezőt, amely az erősítő teljesítményének függőségeit generálja. A valós élet áramköre eltér a szimulációtól, mert sok tényezőt kell figyelembe venni a kimenet ellenőrzése vagy tesztelése során.

Az erősítő teljesítményének kiszámítása

Egy egyszerű képletet használtunk az erősítő teljesítményének kiszámításához.

Erősítő teljesítménye = V ² / R

Csatlakoztattunk egy váltóáramú AC-t a kimenetre. A többméteres váltakozó feszültség csúcstól csúcsig terjedő váltakozó feszültség.

Nagyon alacsony frekvenciájú, 25-50Hz-es szinuszos jelet szolgáltattunk. Mint az alacsony frekvenciánál, az erősítő is nagyobb áramot juttat a terheléshez, és a multiméter képes lesz az AC feszültség megfelelő felismerésére.

A multiméter + 20,9V AC-ot mutatott. Tehát, a képlet szerint, a teljesítményerősítő kimenete 4 Ohm terhelés mellett

Erősítő Teljesítmény = 20,9 ² /4 erősítő Teljesítmény = 109,20 (több mint 100W kb)

Emlékezetes dolgok a 100 wattos erősítő építése közben

1. Az áramkör megépítésekor a MOSFET-ekre szükség van a hűtőbordával való megfelelő csatlakoztatásra a teljesítményerősítő szakaszában. A nagyobb hűtőborda jobb eredményt nyújt. A Q5 és Q7 teljesítménytranzisztort megfelelően le kell süllyeszteni kis U alakú alumínium hűtőbordákkal.
2. A jobb eredmény érdekében jó az audio minőségű besorolású dobozos kondenzátorok használata.
3. Mindig jó választás, ha a NYÁK-t hanggal kapcsolatos alkalmazásokhoz használjuk.
4. Legyen rövid és a lehető legközelebb a bemeneti nyomhoz a differenciálerősítő nyomai.
5. Tartsa az audio jelvezetékeket elválasztva a zajos áramvezetékektől.
6. Vigyázzon a nyomvastagságra. Mivel ez 100 Wattos kialakítás, nagyobb áramútra van szükség, ezért maximalizálja a nyomvonal szélességét. A jobb áramlás érdekében jobb, ha 70 mikronos rézlemezt használ kétoldalas elrendezésben, maximális viaszokkal.
7. Az áramkörön keresztül földsíkot kell létrehozni. Tartsa a talaj visszatérési útját a lehető legrövidebb ideig.

Jobb eredmények elérése

Ebben a 100 Wattos kivitelben kevés fejlesztés érhető el a jobb teljesítmény érdekében.

1. Adjon hozzá legalább 100 V névleges értékű 4700uF-os leválasztó kondenzátort a pozitív és negatív teljesítménysávon.
2. Használjon 1% -os névleges MFR ellenállást a jobb stabilitás érdekében.
3. Cserélje az 1N4002 diódát UF4007-re.
4. Cserélje ki az R11-et 1k potenciométerrel a nyugalmi áram vezérléséhez a teljesítmény MOSFET-eken.
5. Adjon biztosítékot a kimenetre, megvédi az áramkört a hangszóró túlhajtásán vagy a kimenet rövidzárlatán.

Ellenőrizze a többi hangerősítő áramkörét is:

• 40 Wattos erősítő a TDA2040 segítségével
• 25 Wattos erősítő áramkör
• 10 Wattos erősítő Op-Amp segítségével
• 50 Wattos erősítő áramkör MOSFET-ek segítségével