Схема підсилювача потужності 50 Вт з використанням MOSFET

Підсилювач потужності є частиною аудіоелектроніки. Він призначений для максимізації величини потужності f заданого вхідного сигналу. У звуковій електроніці операційний підсилювач збільшує напругу сигналу, але не в змозі забезпечити струм, необхідний для руху навантаження. У цьому підручнику ми створимо підсилювач вихідної потужності потужністю 50 Вт із використанням MOSFET-транзисторів із підключеним до нього опіром 8 Ом

Топологія побудови підсилювачів

У ланцюговій системі підсилювача підсилювач потужності використовується на останньому або завершальному етапі перед навантаженням. Як правило, система підсилювача звуку використовує нижчу топологію, показану на блок-схемі.

Як ви можете бачити на наведеній вище блок-схемі, підсилювач потужності - це останній етап, який безпосередньо підключений до навантаження. Як правило, перед підсилювачем потужності сигнал коригується за допомогою попередніх підсилювачів та підсилювачів управління напругою. Крім того, в деяких випадках, коли необхідний контроль тону, схема підсилення додається перед підсилювачем потужності.

Знай своє навантаження

У випадку з системою підсилювача звуку, навантаження та потужність підсилювача, що рухає навантаження, є важливим аспектом у будівництві. Основне навантаження для підсилювача потужності є динаміком. Вихід підсилювача потужності залежить від імпедансу навантаження, тому підключення неправильного навантаження може порушити ефективність підсилювача потужності, а також стабільність.

Гучномовець - це величезне навантаження, яке діє як індуктивне та резистивне навантаження. Підсилювач потужності забезпечує вихід змінного струму, завдяки цьому імпеданс динаміка є критичним фактором для належної передачі потужності.

Опір - це ефективний опір електронної схеми або компонента змінного струму, який виникає внаслідок поєднаних ефектів, пов'язаних з омічним опором та реактивним опором.

В аудіоелектроніці різні типи гучномовців доступні з різною потужністю з різним опором. Опір динаміка можна найкраще зрозуміти, використовуючи співвідношення між потоком води всередині труби. Просто подумайте про гучномовець як про водопровід, вода, що протікає по трубі, є змінним звуковим сигналом. Тепер, якщо труба стала більше в діаметрі, вода буде легко протікати по трубі, об’єм води буде більшим, а якщо зменшити діаметр, то менше води буде протікати через трубу, тому об’єм води буде нижній. Діаметр - це ефект, створюваний омічним опором і реактивним опором. Якщо труба збільшується в діаметрі, опір буде низьким,так що динамік може отримати більше потужності, а підсилювач забезпечить більше сценарію передачі потужності, і якщо імпеданс стане високим, то підсилювач буде забезпечувати меншу потужність динаміка.

Є різні варіанти вибору, а також різні сегменти колонок доступні на ринку, як правило, з 4 Ом, 8 Ом, 16 Ом і 32 Ом, з яких АС 4 і 8 Ом широко доступні за низькими цінами. Крім того, ми повинні розуміти, що підсилювачем потужністю 5 Вт, 6 Вт або 10 Вт і навіть більше є середньоквадратична потужність (середня квадратична квадратична потужність), що подається підсилювачем на певне навантаження при постійній роботі.

Отже, нам слід бути обережними щодо рейтингу динаміків, рейтингу підсилювача, ефективності динаміка та імпедансу.

Побудова простого підсилювача на 50 Вт

У попередніх підручниках ми виготовили підсилювач потужності потужністю 10 Вт, підсилювач потужності 25 Вт та підсилювач потужності 40 Вт. Але в цьому підручнику ми розробимо підсилювач вихідної потужності на 50 Вт, використовуючи MOSFET. У попередніх підручниках ми використовували виділений підсилювач потужності IC, TDA2040 для підсилювачів на 25 Вт і для підсилювачів на 40 Вт, але в цій конструкції ми будемо використовувати безкоштовні MOSFET-канали N і P, щоб отримати вихідну потужність 50 Вт. Вихід буде досить стабільним, а THD буде мінімальним. Ми будемо їздити з ним на 8 Ом.

Ми використовували два широко популярні додаткові транзистори MOSFET IRF530N та IRF9530N, які широко доступні як у місцевих магазинах, так і в Інтернет-магазинах.

На зображенні вище лівим є IRF530N, а правим - IRF9530N. Обидва - це пакет TO-220AB.

Ці два МОП-транзистори створюють функцію push-pull для керування 8 Ом 50 Вт RMS-динаміком.

Необхідний компонент

Для побудови схеми нам потрібні наступні компоненти -

Дошка Vero (пунктирною або підключеною може бути будь-яка людина)
Паяльник
Дріт для припою
Щипці та інструмент для зняття дроту
Провід
Тонкий алюмінієвий радіатор товщиною 2 мм та розміром 50 мм x 30 мм.
Живлення від 35 В до залізниці з вихідною напругою + 35 В GND -35 В
Динамік 8 Ом 50 Вт
Резистори (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1.2k, 2.2k, 10k, 15k) - 1nos.
Резистори (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
Конденсатор 100 мкФ 63 В
Конденсатор 47 мкФ 63 В - 2 шт
68 нФ 100 В
220pF 50V
1n4002 Діод
IRF530
IRF9530
.1uH Повітряний індуктор 5A номінальний
BC556 -2 шт
BC546 - 2 шт

Принципова схема та пояснення

Схема цього 50-ватного підсилювача звуку має кілька етапів. На початку посилення фільтр низьких частот блокує високочастотні шуми. Цей фільтр низьких частот створений за допомогою R1, R2 та C1. Резистори R1 і R2 виконують дві дії, по-перше, це частина фільтра низьких частот, по-друге, це дільник напруги, а також обмежувач струму.

На другому ступені ланцюга Q1 і Q2, які є транзисторами BC556, працюють як диференціальний підсилювач.

Далі підсилення потужності виконується на двох MOSFET-транзисторах, IRF530N і IRF9530. Ці два МОП-транзистори є взаємодоповнюючими та відповідними парами. Два MOSFET мають однакову специфікацію, але один - N-канальний, а інший - P-канальний. Це важлива частина схеми. Ці два МОП-транзистори виконують роль push-pull-драйвера (широко використовувана топологія або архітектура посилення). Для керування цими двома транзисторами MOS, Q3 та Q4, використовується BC546. Ці два транзистори забезпечують достатню кількість приводів для MOSFET. R15 - це резистор високої потужності, який діє як затискний контур з конденсатором 68 нФ, а індуктор 1 мкГн додається для забезпечення стабільного підсилення гучномовця 8 Ом.

Тестування схеми підсилювача на 50 Вт

Ми використовували інструменти моделювання Proteus для перевірки виходу схеми; ми виміряли вихід у віртуальному осцилографі. Ви можете переглянути повне демонстраційне відео, подане нижче

Ми живимо ланцюг за допомогою +/- 35 В, і вхідний синусоїдальний сигнал подається. Канал осцилографа A (жовтий) підключений через вихід проти навантаження 8 Ом, а вхідний сигнал - через канал B (синій).

Ми можемо побачити вихідну різницю між вхідним сигналом і посиленим виходом у відео: -

Крім того, ми перевірили вихідну потужність, потужність підсилювача сильно залежить від багатьох речей, як обговорювалося раніше. Це сильно залежить від імпедансу динаміка, ефективності акустичної системи, ефективності підсилювача, конструкційних топологій, загальних гармонічних спотворень тощо. Ми не могли розглянути або розрахувати всі можливі фактори, які створюють залежності потужності підсилювача. Схема реального життя відрізняється від моделювання, оскільки під час перевірки чи тестування результату необхідно враховувати багато факторів.

Розрахунок потужності підсилювача

Ми використовували просту формулу для розрахунку потужності підсилювача -

Потужність підсилювача = V ² / R

Ми підключили мультиметр змінного струму через вихід. Напруга змінного струму, показана в мультиметрі, є піковою до пікової напруги змінного струму.

Ми подали дуже низькочастотний синусоїдальний сигнал 25-50 Гц. Як і на низькій частоті, підсилювач буде подавати більше струму на навантаження, і мультиметр зможе правильно визначати змінну напругу.

Мультиметр показав + 20,1 В змінного струму. Отже, згідно з формулою, вихід підсилювача потужності при навантаженні 8 Ом становить

Підсилювач Потужність = 20,1 ² /8 підсилювач Потужність = 50,50 (50W приблизно)

Що слід пам’ятати під час побудови підсилювача потужності 50 Вт

При побудові схеми MOSFET-транзистори необхідні для правильного підключення до радіатора на каскаді підсилювача потужності. Більший радіатор забезпечує кращий результат.
Для кращого результату добре використовувати аудіоконденсатори з рейтингом аудіо.
Завжди хорошим вибором є використання друкованих плат для аудіозаписів.
Зробіть сліди диференціального підсилювача короткими і максимально наближеними до вхідних трас.
Тримайте аудіосигнали окремо від шумних ліній електропередач.
Будьте обережні щодо товщини слідів. Оскільки це конструкція 50 Вт, потрібен більший струм, тому максимально збільште ширину траси.
Необхідно створити землю по всій схемі. Зберігайте зворотний шлях до землі якомога коротшим.

Досягнення кращих результатів

У цій конструкції на 50 Вт можна зробити кілька удосконалень для кращої потужності.

Додайте роз'єднувальний конденсатор 220 мкФ з принаймні 63 В на позитивній і негативній потужності.
Для кращої стабільності використовуйте MFR резистори з рейтингом 1%.
Замініть діод 1N4002 на UF4007.
Змініть R13 за допомогою потенціометра 1k для управління струмом спокою через силові MOSFET-транзистори.
Використовуйте тороїдальний індуктор замість повітряного сердечника з.25uH 5A.
Додайте запобіжник на вихід, це захистить ланцюг на перенапрузі динаміка або виведе коротке замикання.

Також перевірте інші схеми підсилювачів звуку:

Звуковий підсилювач на 40 Вт за допомогою TDA2040
Схема підсилювача звуку 25 Вт
10-ватний аудіопідсилювач з використанням Op-Amp