50 vatu jaudas pastiprinātāja shēma, izmantojot mosfetus

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 50 W RMS izejas jaudas pastiprinātāju, izmantojot MOSFET ar tam pievienotu 8 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.

Audio elektronikā 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 zema,lai skaļrunis varētu iegūt lielāku jaudu, un pastiprinātājs nodrošina lielāku enerģijas pārneses scenāriju, un, ja pretestība kļūst augsta, tad pastiprinātājs sniegs 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.

Vienkārša 50W pastiprinātāja uzbūve

Iepriekšējās apmācībās mēs izgatavojām 10 vatu jaudas pastiprinātāju, 25 vatu jaudas pastiprinātāju un 40 vatu jaudas pastiprinātāju. Bet šajā apmācībā mēs izstrādāsim 50 W RMS izejas jaudas pastiprinātāju, izmantojot MOSFET. Iepriekšējās apmācībās mēs izmantojām īpašu jaudas pastiprinātāju IC, TDA2040 25 vatu un 40 vatu pastiprinātājiem, taču šajā dizainā mēs izmantosim bezmaksas N un P kanālu MOSFET pārus, lai iegūtu 50 W jaudu. Rezultāts būs diezgan stabils, un THD būs minimāls. Mēs ar to vadīsim 8 omu slodzi.

Mēs izmantojām divus plaši populārus papildu MOSFET IRF530N un IRF9530N, kas ir plaši pieejami vietējos veikalos, kā arī tiešsaistes veikalos.

Iepriekš redzamajā attēlā kreisais ir IRF530N un labais IRF9530N. Abi ir TO-220AB pakete.

Šie divi MOSFET rada push-pull darbību, lai darbinātu 8 omu 50 vatu RMS skaļruni.

Nepieciešams komponents

Lai izveidotu ķēdi, mums ir nepieciešami šādi komponenti:

1. Vero dēlis (var izmantot punktētu vai savienotu ikvienu)
2. Lodāmurs
3. Lodēšanas vads
4. Nipper un Wire noņēmēja rīks
5. Vadi
6. Smalkas alumīnija siltuma izlietne ar 2 mm biezumu un 50 mm x 30 mm izmēru.
7. 35V sliežu-sliežu barošanas avots ar + 35V GND -35V barošanas sliežu izeju
8. 8 omu 50 vatu skaļrunis
9. Rezistori (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Rezistori (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
11. 100uF 63V kondensators
12. 47uF 63V kondensators - 2gab
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Diode
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Gaisa serdes induktors 5A novērtēts
19. BC556 -2 gab
20. BC546 - 2 gab

Shēmas shēma un paskaidrojums

Šī 50 vatu audio pastiprinātāja shēmai ir daži posmi. Pastiprināšanas sākumā zemfrekvences filtrs bloķē augstfrekvences troksni. Šis zemfrekvences filtrs tiek izveidots, izmantojot R1, R2 un C1. Rezistoriem R1 un R2 ir divas darbības, pirmkārt, tā ir zema caurlaidības filtra daļa, otrkārt, tā ir sprieguma dalītājs, kā arī strāvas ierobežotājs.

Ķēdes otrajā posmā Q1 un Q2, kas ir BC556 tranzistori, darbojas kā diferenciālais pastiprinātājs.

Pēc tam jaudas pastiprināšana tiek veikta divos MOSFET, IRF530N un IRF9530. Šie divi MOSFET ir papildinoši un saskaņoti pāri. Diviem MOSFET ir tāda pati specifikācija, bet viens ir N-Channel, bet otrs ir P-Channel. Šī ir svarīga ķēdes sastāvdaļa. Šie divi MOSFET darbojas kā virzītājspēks (plaši izmantota pastiprināšanas topoloģija vai arhitektūra). Lai vadītu šos divus MOSFET, Q3 un Q4, tiek izmantots BC546. Šie divi tranzistori nodrošina pietiekamu vārtu piedziņu uz MOSFET. R15 ir augstas jaudas rezistors, kas darbojas kā stiprinājuma ķēde ar kondensatoru 68nF un tiek pievienots 1uH induktors, lai nodrošinātu stabilu pastiprinājumu 8 omu skaļrunim.

50 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 +/- 35V, un tiek nodrošināts ieejas sinusoidālais signāls. Osciloskopa kanāls A (dzeltens) ir savienots pāri izejai pret 8 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

Lai aprēķinātu pastiprinātāja jaudu, mēs izmantojām vienkāršu formulu -

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 + 20,1 V maiņstrāvu. Tātad, kā norādīts formulā, jaudas pastiprinātāja jauda pie 8 omu slodzes ir

Pastiprinātājs vatu = 20.1 ² /8 pastiprinātājs vatu = 50.50 (50W aptuveni)

Lietas, kas jāatceras, uzbūvējot 50 W jaudas pastiprinātāju

1. Konstruējot ķēdi, MOSFET ir nepieciešams pareizi savienot ar radiatoru jaudas pastiprinātāja stadijā. Lielāks radiators nodrošina labāku rezultātu.
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 50 vatu dizains, ir nepieciešams lielāks strāvas ceļš, tāpēc maksimāli palieliniet izsekošanas platumu.
7. Visā kontūrā ir jāizveido zemes plakne. Turiet pēc iespējas īsāku zemes atgriešanās ceļu.

Sasniegt labākus rezultātus

Šajā 50 vatu dizainā var veikt dažus uzlabojumus, lai uzlabotu jaudu.

1. Pievienojiet 220uF atvienošanas kondensatoru ar vismaz 63V nominālu visā pozitīvās un negatīvās jaudas sliedē.
2. Lai iegūtu labāku stabilitāti, izmantojiet 1% vērtētos MFR rezistorus.
3. Nomainiet 1N4002 diode ar UF4007.
4. Mainiet R13 ar 1k potenciometru, lai kontrolētu mierīgu strāvu visā jaudas MOSFET.
5. Gaisa serdes vietā izmantojiet toroidālo induktoru ar.25uH 5A.
6. 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