50 wattos erősítő áramkör mosfetek 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 50 Wattos RMS kimeneti erősítőt építünk MOSFET-ek felhasználásával , hozzá csatlakoztatva egy 8 Ohm impedancia hangszórót.

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.

Az audioelektronikában különböző típusú hangszórók állnak rendelkezésre, különböző teljesítményű, különböző impedanciával. 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 teljesítményt kaphat, az erősítő pedig nagyobb teljesítményátviteli forgatókönyvet biztosít, 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 50W-os erősítő építése

A korábbi oktatóanyagokban 10 wattos, 25 wattos és 40 wattos erősítőt készítettünk. De ebben az oktatóanyagban egy 50 Wattos RMS kimeneti erősítőt tervezünk MOSFET-ek segítségével. A korábbi oktatóprogramokban dedikált IC erősítőt, a TDA2040-et használtuk 25 Wattos és 40 W-os erősítőkhöz, de ebben a kialakításban ingyenes N és P csatornás MOSFET párokat fogunk használni az 50 Wattos teljesítmény eléréséhez. A kimenet elég stabil lesz, és a THD minimális lesz. 8 ohmos terhelést fogunk vezetni vele.

Két széles körben elterjedt kiegészítő MOSFET-et használtunk: IRF530N és IRF9530N, amelyek széles körben elérhetők a helyi üzletekben és az online áruházakban.

A fenti képen a bal oldali az IRF530N, a jobb pedig IRF9530N. Mindkettő egy TO-220AB csomag.

Ez a két MOSFET push-pull műveletet hoz létre 8 Ohm 50 Watt RMS hangszóró meghajtására.

Alkatrész szükséges

Az áramkör felépítéséhez a következő komponensekre van szükségünk-

1. Vero tábla (pontozott vagy csatlakoztatott bárki használható)
2. Forrasztópáka
3. Forrasztóhuzal
4. Csiszoló és huzal eltávolító eszköz
5. Vezetékek
6. Finom alumínium hűtőborda 2 mm vastagsággal és 50 mm x 30 mm méretben.
7. 35V sínről sínre tápegység + 35V GND -35V teljesítménypálya kimenettel
8. 8 Ohm 50 Wattos hangszóró
9. Ellenállások (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Ellenállások (2,7k, 4,7k, 47k) - 2nos.
11. 100uF 63V kondenzátor
12. 47uF 63V-os kondenzátor - 2db
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Dióda
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH levegőmag induktivitás 5A
19. BC556 -2 db
20. BC546 - 2 db

Áramkör diagram és magyarázat

Ennek az 50 wattos erősítőnek a vázlata néhány szakaszból áll. Az erősítés elején egy aluláteresztő szűrő blokkolja a nagyfrekvenciás zajt. Ez az aluláteresztő szűrő az R1, R2 és C1 segítségével jön létre. Az R1 és R2 ellenállásoknak két művelete van, egyrészt az aluláteresztő szűrő része, másrészt egy feszültségosztó, valamint egy áramkorlátozó.

Az áramkör második fokozatán a Q1 és Q2, amelyek BC556 tranzisztorok, differenciálerősítőként működnek.

Ezután a teljesítményerősítést két MOSFET-en, az IRF530N és az IRF9530-on végzik. Ez a két MOSFET kiegészítő és párosított pár. Két MOSFET azonos specifikációval rendelkezik, de az egyik N-csatornás, a másik pedig P-csatornás. Ez az áramkör fontos része. Ez a két MOSFET push-pull meghajtóként működik (széles körben használt amplifikációs topológia vagy architektúra). Ennek a két MOSFET-nek, a Q3-nak és a Q4-nek a meghajtására a BC546-at használják. Ez a két tranzisztor elegendő kapuhajtást biztosít a MOSFET-ekhez. Az R15 egy nagy teljesítményű ellenállás, amely rögzítő áramkörként működik a 68nF kondenzátorral, és 1uH induktivitást adunk hozzá, hogy stabil erősítést biztosítsunk a 8 ohmos hangszóróhoz.

Az 50 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 +/- 35 V feszültséggel tápláljuk, és a bemenő szinuszos jelet kapjuk. Az oszcilloszkóp A (sárga) csatornája a kimeneten keresztül 8 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 + 20,1 V AC-ot mutatott. Tehát, a képlet szerint, a teljesítményerősítő kimenete 8 Ohm terhelés mellett

Erősítő Teljesítmény = 20,1 ² /8 erősítő Teljesítmény = 50,50 (50W hozzávetőlegesen)

50 W-os erősítő építése közben emlékezetes dolgok

1. Az áramkör megépítésekor a MOSFET-ekre szükség van a hűtőbordával való megfelelő csatlakoztatásra a teljesítményerősítő szakaszában. A nagyobb hűtőborda jobb eredményt nyújt.
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 50 Wattos kialakítású, nagyobb áramútra van szükség, ezért maximalizálja a nyomvonal szélességét.
7. Az áramkörön keresztül földsíkot kell létrehozni. Tartsa a talaj visszatérési útját a lehető legrövidebb ideig.

Jobb eredmények elérése

Ebben az 50 Wattos kivitelben kevés fejlesztés érhető el a jobb teljesítmény érdekében.

1. Adjon hozzá 220uF leválasztó kondenzátort legalább 63V névleges értékkel a pozitív és a negatív teljesítménysávon.
2. Használjon 1% -os névleges MFR ellenállást a jobb stabilitás érdekében.
3. Cserélje az 1N4002 diódát UF4007-re.
4. Változtassa meg az R13-at 1k potenciométerrel a nyugalmi áram vezérléséhez a teljesítmény MOSFET-eken.
5. Használjon toroid induktivitást a.25uH 5A levegőmag helyett.
6. Adjon biztosítékot a kimeneten, 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