100 vatu jaudas pastiprinātāja shēma, izmantojot mosfet

Jaudas pastiprinātājs ir audio elektronikas sastāvdaļa. Tas ir paredzēts, lai maksimāli palielinātu ievadītā signāla jaudas f lielumu. Skaņas elektronikā operatīvais pastiprinātājs palielina signāla spriegumu, bet nespēj nodrošināt strāvu, kas nepieciešama slodzes vadīšanai. Šajā apmācībā mēs izveidosim 100 W RMS izejas jaudas pastiprinātāja shēmu, izmantojot MOSFET un tranzistorus ar tam pievienotu 4 omu pretestības skaļruni.

Pastiprinātāju būvniecības topoloģija

Jo pastiprinātāja ķēdes sistēmu, jaudas pastiprinātājs tiek izmantots pēdējā vai pēdējā posmā pirms slodzes. Parasti skaņas pastiprinātāja sistēmā tiek izmantota blokshēmā parādītā topoloģija

Kā redzat iepriekš minētajā blokshēmā, jaudas pastiprinātājs ir pēdējais posms, kas ir tieši savienots ar slodzi. Parasti pirms jaudas pastiprinātāja signāls tiek koriģēts, izmantojot iepriekšējos pastiprinātājus un sprieguma vadības pastiprinātājus. Dažos gadījumos, kad ir nepieciešama toņu vadība, pirms jaudas pastiprinātāja tiek pievienota toņa vadības shēma.

Zini savu slodzi

Audio pastiprinātāja sistēmas gadījumā pastiprinātāja slodze un slodzes piedziņas jauda ir svarīgs aspekts būvniecībā. Galvenā jaudas pastiprinātāja slodze ir skaļrunis. Jaudas pastiprinātāja izeja ir atkarīga no slodzes pretestības, tāpēc nepareizas slodzes pievienošana varētu apdraudēt jaudas pastiprinātāja efektivitāti, kā arī stabilitāti.

Skaļš skaļrunis ir milzīga slodze, kas darbojas kā induktīva un pretestība. Jaudas pastiprinātājs nodrošina maiņstrāvas izvadi, tāpēc skaļruņa pretestība ir kritisks faktors pareizai enerģijas pārraidei.

Impedance ir elektroniskās ķēdes vai komponenta efektīvā pretestība maiņstrāvai, kas rodas no kombinētajiem efektiem, kas saistīti ar omas pretestību un reaktivitāti.

In Audio elektronika, dažāda veida skaļruņi ir pieejami dažādās jaudās ar dažādu pretestību. Skaļruņa pretestību vislabāk var saprast, izmantojot attiecības starp ūdens plūsmu caurules iekšpusē. Vienkārši domājiet, ka skaļrunis ir ūdens caurule, caur cauruli plūstošais ūdens ir mainīgais audio signāls. Tagad, ja caurule kļūst lielāka diametra, ūdens viegli plūst caur cauruli, ūdens tilpums būs lielāks, un, ja mēs samazināsim diametru, jo mazāk ūdens plūst caur cauruli, tāpēc ūdens tilpums būs zemāks. Diametrs ir efekts, ko rada omas pretestība un reaktivitāte. Ja caurules diametrs kļūst lielāks, pretestība būs maza, tāpēc skaļrunis var iegūt lielāku jaudu, un pastiprinātājs nodrošina lielāku enerģijas pārneses scenāriju, un, ja pretestība kļūst augsta, tad pastiprinātājs nodrošinās mazāk enerģijas skaļrunim.

Ir dažādas izvēles iespējas, kā arī tirgū ir pieejami dažādi skaļruņu segmenti, parasti ar 4 omi, 8 omi, 16 omi un 32 omi, no kuriem 4 un 8 omu skaļruņi ir plaši pieejami par lētām cenām. Mums arī jāsaprot, ka pastiprinātājs ar 5 W, 6 W vai 10 W vai pat vairāk ir RMS (Root Mean Square) jauda, ​​ko pastiprinātājs piegādā noteiktai slodzei nepārtrauktā režīmā.

Tātad, mums jābūt uzmanīgiem attiecībā uz skaļruņu vērtējumu, pastiprinātāja vērtējumu, skaļruņu efektivitāti un pretestību.

Vienkāršas 100 W audio pastiprinātāja shēmas uzbūve

Iepriekšējās apmācībās mēs izgatavojām 10 W jaudas pastiprinātāju, 25 W jaudas pastiprinātāju un 50 W jaudas pastiprinātāju. Bet šajā apmācībā mēs izstrādāsim 100 W RMS izejas jaudas pastiprinātāju, izmantojot MOSFET.

100 vatu pastiprinātāja konstrukcijā tiek izmantoti vairāki tranzistori un MOSFET. Apskatīsim svarīgu MOSFET un tranzistoru specifikāciju un tapu diagrammu. Pastiprinātāja pastiprināšanas stadijā mēs izmantojām augstsprieguma tranzistoru MPSA43. Tas ir augstsprieguma NPN tranzistors, kas darbojas kā pastiprinātājs. MPSA43 NPN tranzistora tapa ir

Mēs izmantojām divus papildu vidējas jaudas tranzistorus MJE350 un MJE340. MJE350 ir 500 mA PNP tranzistors TO-225 iepakojumā, un identiskais NPN pāra tranzistors ir MJE340. MJE340 ir tāda pati specifikācija kā MJE350, taču tas ir NPN vidējas jaudas tranzistors.

Turpmāk sniegtas abu no tām Pinout diagrammas-

Pēdējā posmā tiek izmantoti divi Power MOSFET IRFP244 un IRFP9240. Šo divu kombinācija nodrošina 100 vatu RMS jaudu pāri 4 omu slodzei.

Nepieciešamie komponenti jaudas pastiprinātāja ķēdei

1. Vero dēlis (var izmantot punktētu vai savienotu ikvienu)
2. Lodāmurs
3. Lodēšanas vads
4. Nipper un Wire noņēmēja rīks
5. Vadi
6. Audio savienotāji atbilstoši prasībām
7. Smalkas alumīnija siltuma izlietne ar 5 mm biezumu un 90 mm x 45 mm izmēru.
8. 40V sliežu-sliežu barošanas avots ar + 40V GND -40V barošanas sliežu izeju
9. 4 omu 100 vatu skaļrunis
10. Rezistors 1/4 ^th vats (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R rezistors 1/4 ^th vats - 3 gab
12. 10R rezistors 10 vati
13. 0,33R - 7 vati - 2 gab
14. 0,22R - 10 vati
15. 100nF 100V kondensators - 2 gab
16. 47uF 100V kondensators
17. 470pF 100 V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Diode
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 gab
26. MPSA43 - 3 gab

100W audio pastiprinātāja shēmas shēma un skaidrojums

Šī 100 vatu audio pastiprinātāja shēmai ir daži posmi. Pie sākumā pirmā posma pastiprināšanas, filtru Posmu bloķēšanu nevēlamu frekvences trokšņiem. Šī filtra sadaļa ir izveidota, izmantojot R3, R4 un C1, C2.

Ķēdes otrajā posmā Q1 un Q2, kas ir MPSA43 tranzistori, darbojas kā diferenciālais pastiprinātājs un padod signālu tālākai pastiprināšanas pakāpei.

Pēc tam jaudas pastiprināšana tiek veikta divos MOSFET, IRFP244N un IRF9240. Šie divi MOSFET ir svarīga ķēdes sastāvdaļa. Šie divi MOSFET darbojas kā virzītājspēks (plaši izmantota pastiprināšanas topoloģija vai arhitektūra). Lai vadītu šos divus MOSFET Q5 un Q7, tiek izmantoti tranzistori MJE350 un MJE340. Šie divi jaudas tranzistori nodrošina pietiekami daudz vārtu strāvas, lai vadītu MOSFET. R15 un R14 ir strāvas ierobežotāju rezistori, kas aizsargā MOSFET vārtu no ieslēgšanas strāvas. Tas pats notiek ar R12 un R13, lai aizsargātu izejas slodzi no ieslēgšanas strāvas piedziņas. R18 ir augstas jaudas rezistors, kas darbojas kā stiprinājuma ķēde ar kondensatoru 100nF. R16 nodrošina arī papildu aizsardzību pret pārslodzi.

100 vatu pastiprinātāja ķēdes pārbaude

Mēs izmantojām Proteus simulācijas rīkus, lai pārbaudītu ķēdes izvadi; mēs izmērījām izlaidi virtuālajā osciloskopā. Jūs varat pārbaudīt visu zemāk sniegto demonstrācijas video

Mēs barojam ķēdi, izmantojot +/- 40 V, un tiek nodrošināts ieejas sinusoidālais signāls. Osciloskopa kanāls A (dzeltens) ir savienots pāri izejai pret 4 omu slodzi, un ieejas signāls ir savienots pāri kanālam B (zils).

Mēs varam redzēt izejas atšķirību starp ieejas signālu un pastiprināto izvadi videoklipā: -

Mēs arī pārbaudījām izejas jaudu, pastiprinātāja jauda ir ļoti atkarīga no vairākām lietām, kā tika apspriests iepriekš. Tas ir ļoti atkarīgs no skaļruņu pretestības, skaļruņu efektivitātes, pastiprinātāju efektivitātes, konstrukcijas topoloģijām, kopējiem harmoniskajiem traucējumiem utt. Mēs nevarējām apsvērt vai aprēķināt visus iespējamos faktorus, kas rada pastiprinātāja jaudas atkarības. Reālās dzīves shēma atšķiras no simulācijas, jo, pārbaudot vai pārbaudot izvadi, ir jāņem vērā daudzi faktori.

Pastiprinātāja jaudas aprēķins

Mēs izmantojām vienkāršu formulu, lai aprēķinātu pastiprinātāja jaudu.

Pastiprinātāja jauda = V ² / R

Mēs savienojām maiņstrāvas daudzmetru pāri izejai. Maiņstrāvas spriegums, kas parādīts daudzmetros, ir maksimālais līdz maksimālais maiņstrāvas spriegums.

Mēs nodrošinājām ļoti zemas frekvences sinusoidālu signālu 25-50Hz. Tāpat kā zemā frekvencē, pastiprinātājs piegādās vairāk strāvas slodzei, un multimetrs varēs pareizi noteikt maiņstrāvas spriegumu.

Multimetrs rādīja + 20,9 V maiņstrāvu. Tātad, kā norādīts formulā, jaudas pastiprinātāja jauda pie 4 omu slodzes ir

Pastiprinātājs vatu = 20.9 ² /4 pastiprinātājs vatu = 109.20 (vairāk nekā 100W aptuveni)

Lietas, kas jāatceras, uzbūvējot 100w audio pastiprinātāju

1. Konstruējot ķēdi, MOSFET ir nepieciešams pareizi savienot ar radiatoru jaudas pastiprinātāja stadijā. Lielāks radiators nodrošina labāku rezultātu. Jaudas tranzistori Q5 un Q7 ir pareizi jānogriež siltumā ar maziem U formas alumīnija radiatoriem.
2. Labākam rezultātam ir labi izmantot audio klases vērtējuma kastes tipa kondensatorus.
3. Vienmēr ir laba izvēle izmantot PCB ar audio saistītai lietojumprogrammai.
4. Diferenciālā pastiprinātāja pēdas padariet īsas un pēc iespējas tuvākas ievades pēdām.
5. Glabājiet audio signāla līnijas no trokšņainām elektropārvades līnijām.
6. Esiet piesardzīgs attiecībā uz pēdu biezumu. Tā kā tas ir 100 vatu dizains, ir nepieciešams lielāks strāvas ceļš, tāpēc maksimāli palieliniet izsekošanas platumu. Labākai strāvas plūsmai labāk ir izmantot 70 mikronu vara plāksni divpusējā izkārtojumā ar maksimālu vias.
7. Visā kontūrā ir jāizveido zemes plakne. Turiet pēc iespējas īsāku zemes atgriešanās ceļu.

Sasniegt labākus rezultātus

Šajā 100 vatu dizainā var veikt dažus uzlabojumus, lai uzlabotu jaudu.

1. Pievienojiet 4700uF atvienošanas kondensatoru ar vismaz 100 V nominālo vērtību pozitīvās un negatīvās jaudas sliedē.
2. Lai iegūtu labāku stabilitāti, izmantojiet 1% vērtētos MFR rezistorus.
3. Nomainiet 1N4002 diode ar UF4007.
4. Mainiet R11 ar 1k potenciometru, lai kontrolētu mierīgu strāvu visā jaudas MOSFET.
5. Pievienojiet drošinātāju pāri izejai. Tas aizsargās ķēdi uz skaļruņa pārslodzes vai izejas īssavienojuma stāvokli.

Pārbaudiet arī citas audio pastiprinātāju shēmas:

• 40 vatu audio pastiprinātājs, izmantojot TDA2040
• 25 vatu audio pastiprinātāja shēma
• 10 vatu audio pastiprinātājs, izmantojot Op-Amp
• 50 W jaudas pastiprinātāja ķēde, izmantojot MOSFET