50 W effektforstærkerkredsløb ved brug af mosfets

Effektforstærker er den del af lydelektronik. Det er designet til at maksimere størrelsen af ​​det effekt, der gives input signal. I lydelektronik øger operationsforstærkeren signalets spænding, men er ude af stand til at levere den strøm, der kræves for at drive en belastning. I denne vejledning bygger vi en 50 Watt RMS-outputforstærker ved hjælp af MOSFET'er med en 8 ohm impedanshøjttaler tilsluttet.

Konstruktionstopologi til forstærkere

I et forstærkerkædesystem bruges effektforstærkeren i sidste eller sidste trin før belastningen. Generelt bruger Sound Amplifier-systemet nedenstående topologi vist i blokdiagrammet.

Som du kan se i ovenstående blokdiagram, er forstærker det sidste trin, der er direkte forbundet med belastningen. Generelt før signalforstærker korrigeres signalet ved hjælp af præforstærkere og spændingskontrolforstærkere. I nogle tilfælde, hvor tonestyring er nødvendig, tilføjes tonestyringskredsløbet også før effektforstærker.

Kend din belastning

I tilfælde af lydforstærker er forstærkerens belastning og belastningskørselskapacitet et vigtigt aspekt i konstruktionen. Den største belastning for en forstærker er Loud Speaker. Effektforstærkerens output afhænger af belastningsimpedansen, så tilslutning af en forkert belastning kan kompromittere effektforstærkerens effektivitet såvel som stabiliteten.

Loud Speaker er en enorm belastning, der fungerer som en induktiv og resistiv belastning. Effektforstærker leverer AC-output, på grund af dette er højttalerens impedans en kritisk faktor for korrekt strømoverførsel.

Impedans er den effektive modstand af et elektronisk kredsløb eller en komponent til vekselstrøm, der opstår fra de kombinerede effekter relateret til ohmsk modstand og reaktans.

I lydelektronik er forskellige typer højttalere tilgængelige i forskellige wattforbrug med forskellige impedanser. Højttalerimpedans kan bedst forstås ved hjælp af forholdet mellem vandstrømning inde i en rør. Tænk bare højttaleren som et vandrør, vandet, der strømmer gennem røret, er det skiftende lydsignal. Hvis røret nu blev større i diameter, vil vandet let strømme gennem røret, vandmængden vil være større, og hvis vi mindsker diameteren, jo mindre vand vil strømme gennem røret, så vandmængden vil være nederste. Diameteren er effekten skabt af ohmsk modstand og reaktans. Hvis røret bliver større i diameter, vil impedansen være lav,så højttaleren kan få mere watt og forstærkeren giver mere strømoverførselsscenarie, og hvis impedansen bliver høj, giver forstærkeren mindre strøm til højttaleren.

Der er forskellige valg såvel som forskellige segmenter af højttalere er tilgængelige på markedet, generelt med 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm og 32 ohm, hvoraf 4 og 8 ohm højttalere er bredt tilgængelige i billige priser. Vi er også nødt til at forstå, at en forstærker med 5 Watt, 6 Watt eller 10 Watt eller endnu mere er RMS (Root Mean Square) watt, leveret af forstærkeren til en bestemt belastning i kontinuerlig drift.

Så vi skal være forsigtige med højttalerklassificering, forstærkerklassificering, højttalereffektivitet og impedans.

Konstruktion af en simpel 50W forstærker

I tidligere tutorials lavede vi 10 Watt forstærker, 25 Watt forstærker og 40 Watt forstærker. Men i denne vejledning designer vi en 50 Watt RMS-udgangseffektforstærker ved hjælp af MOSFET'er. I tidligere tutorials brugte vi dedikeret effektforstærker IC, TDA2040 til 25 Watt og til 40 W forstærkere, men i dette design bruger vi gratis N- og P-kanal MOSFET'er til at få 50 Watt effekt. Outputtet vil være ret stabilt, og THD vil være minimum. Vi kører 8 ohm Belast med det.

Vi brugte to meget populære komplementære MOSFET'er IRF530N og IRF9530N, som er bredt tilgængelige i lokale butikker såvel som onlinebutikker.

I ovenstående billede er den venstre IRF530N og den højre IRF9530N. Begge er en TO-220AB-pakke.

Disse to MOSFET'er skaber push-pull-operation til at drive 8 Ohms 50 Watt RMS-højttaler.

Komponent påkrævet

For at konstruere kredsløbet har vi brug for følgende komponenter-

1. Vero-kort (prikket eller forbundet nogen kan bruges)
2. Loddekolbe
3. Loddetråd
4. Nipper og Wire stripper værktøj
5. Ledninger
6. Fin kølelegeme i aluminium med en tykkelse på 2 mm og en dimension på 50 mm x 30 mm.
7. 35V Rail to Rail strømforsyning med + 35V GND -35V power track output
8. 8 ohm 50 watt højttaler
9. Modstande (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1 nr.
10. Modstande (2,7 k, 4,7 k, 47 kk) - 2 nr.
11. 100uF 63V kondensator
12. 47uF 63V kondensator - 2stk
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Diode
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Luftkerneinduktor 5A klassificeret
19. BC556 -2 stk
20. BC546 - 2 stk

Kredsløbsdiagram og forklaring

Skematisk for denne 50 watt lydforstærker har et par trin. I begyndelsen af ​​forstærkningen blokerer et lavpasfilter højfrekvent støj. Dette lavpasfilter oprettes ved hjælp af R1, R2 og C1. Modstandene R1 og R2 har to operationer, for det første er det en del af lavpasfilter, for det andet er det en spændingsdeler såvel som en strømbegrænser.

På den anden fase af kredsløbet fungerer Q1 og Q2, som er BC556-transistorer, som en differentialforstærker.

Derefter udføres effektforstærkningen på tværs af to MOSFET'er, IRF530N og IRF9530. Disse to MOSFET'er er komplementære og matchede par. To MOSFET har samme specifikation, men en er N-kanal og en anden er P-kanal. Dette er en vigtig del af kredsløbet. Disse to MOSFET'er fungerer som en push-pull-driver (en udbredt forstærkningstopologi eller -arkitektur). For at drive disse to MOSFET'er, Q3 og Q4, anvendes BC546. Disse to transistorer giver nok gate-drev til MOSFET'erne. R15 er en modstand med høj watt, der fungerer som spændingskredsløb med kondensatoren 68nF, og 1uH-induktor tilføjes for at give stabil forstærkning til 8 Ohms højttaler.

Test af 50 watt forstærkerkredsløb

Vi brugte Proteus simuleringsværktøjer til at kontrollere output af kredsløbet; vi målte output i det virtuelle oscilloskop. Du kan tjekke den komplette demonstrationsvideo, der er angivet nedenfor

Vi forsyner kredsløbet med +/- 35V, og det sinusformede indgangssignal leveres. Oscilloskopets kanal A (gul) er forbundet over udgangen mod 8 ohm belastning, og indgangssignalet er forbundet over kanal B (blå).

Vi kan se outputforskellen mellem indgangssignalet og det forstærkede output i videoen: -

Vi kontrollerede også output watt, forstærker watt er meget afhængig af flere ting, som diskuteret før. Det er meget afhængigt af højttalerimpedansen, højttalereffektivitet, forstærkereffektivitet, konstruktionstopologier, samlede harmoniske forvrængninger osv. Vi kunne ikke overveje eller beregne alle de mulige faktorer, der er skabt afhængigheder i forstærkerens watt. Det virkelige liv kredsløb er forskelligt fra simuleringen, fordi der er behov for mange faktorer, der skal overvejes under kontrol eller test af output.

Beregning af forstærkerens watt

Vi brugte en simpel formel til at beregne forstærkerens wattforbrug -

Forstærkerens effekt = V ² / R

Vi tilsluttede et AC-multimeter på tværs af udgangen. Vekselstrømsspænding vist i multimeteret er top til top vekselspænding.

Vi leverede meget lavfrekvent sinusformet signal på 25-50Hz. Som ved lav frekvens vil forstærkeren levere mere strøm til belastningen, og multimeteret vil være i stand til at registrere vekselstrøm korrekt.

Multimeteret viste + 20,1V AC. Så som i formlen er output fra forstærkeren ved 8 ohm belastning

Forstærker Effekt = 20,1 ² /8 forstærker Effekt = 50.50 (50W ca.)

Ting at huske, når du konstruerer 50w forstærker

1. Når du konstruerer kredsløbet, er det nødvendigt med MOSFET'er, der skal forbindes korrekt med kølepladen på effektforstærkerstadiet. Den større køleplade giver et bedre resultat.
2. Det er godt at bruge lydkvalitets klassificerede boksekondensatorer til et bedre resultat.
3. Det er altid et godt valg at bruge PCB til lydrelateret applikation.
4. Gør sporene efter differentieret forstærker korte og så tæt på inputsporet.
5. Hold lydsignallinjerne adskilt fra støjende kraftledninger.
6. Vær forsigtig med sporets tykkelse. Da dette er 50 Watt-design, kræves en større strømsti, så maksimer sporingsbredden.
7. Jordplan skal oprettes på tværs af kredsløbet. Hold jorden returvej så kort som muligt.

Opnå bedre resultater

I dette 50 Watt-design kan der kun foretages få forbedringer for bedre output.

1. Tilføj 220uF afkoblingskondensator med mindst 63V rating på tværs af det positive og negative power track.
2. Brug 1% nominel MFR-modstand for bedre stabilitet.
3. Skift 1N4002-dioden med UF4007.
4. Skift R13 med et 1k potentiometer for at styre den hvilestrøm på tværs af MOSFET'erne.
5. Brug toroidal induktor i stedet for luftkerne med.25uH 5A.
6. Tilføj sikring på tværs af udgangen, det beskytter kredsløbet på højttalerens overdrive eller outputkortslutningstilstand.

Kontroller også andre lydforstærkere kredsløb:

• 40 Watt lydforstærker ved hjælp af TDA2040
• 25 Watt lydforstærker kredsløb
• 10 Watt lydforstærker ved hjælp af Op-Amp