100 watin tehovahvistinpiiri mosfetin avulla

Tehovahvistin on osa audioelektroniikkaa. Se on suunniteltu maksimoimaan syötetyn tehon f suuruus. Äänielektroniikassa operatiivinen vahvistin lisää signaalin jännitettä, mutta ei kykene tarjoamaan virtaa, jota tarvitaan kuorman kuljettamiseen. Tässä opetusohjelmassa rakennamme 100 W: n RMS-lähtötehovahvistinpiirin käyttäen MOSFET: iä ja transistoreita, joihin on kytketty 4 ohmin impedanssikaiutin.

Vahvistimien rakennetopologia

Eräässä vahvistin ketju järjestelmä, tehovahvistimen käytetään viimeisessä tai viimeinen vaihe ennen kuorman. Yleensä äänivahvistinjärjestelmä käyttää alla olevaa lohkokaaviossa esitettyä topologiaa

Kuten yllä olevasta lohkokaaviosta näet, tehovahvistin on viimeinen vaihe, joka on kytketty suoraan kuormaan. Yleensä ennen tehovahvistinta signaali korjataan esivahvistimilla ja jänniteohjausvahvistimilla. Joissakin tapauksissa, joissa tarvitaan äänensäätöä, äänensäätöpiiri lisätään ennen tehovahvistinta.

Tunne kuormasi

Audiovahvistinjärjestelmän tapauksessa vahvistimen kuormitus ja kuorman käyttökapasiteetti ovat tärkeitä näkökohtia rakentamisessa. Päävahvistimen suurin kuormitus on kaiutin. Tehovahvistimen lähtö riippuu kuorman impedanssista, joten väärän kuorman liittäminen voi vaarantaa tehovahvistimen tehokkuuden ja vakauden.

Kaiutin on valtava kuorma, joka toimii induktiivisena ja resistiivisenä kuormana. Tehovahvistin tuottaa vaihtovirtalähdön, minkä vuoksi kaiuttimen impedanssi on kriittinen tekijä oikean virransiirron kannalta.

Impedanssi on elektronisen piirin tai komponentin tehollinen vastus vaihtovirtaa varten, joka syntyy ohmiseen vastukseen ja reaktanssiin liittyvistä yhteisvaikutuksista.

Julkaisussa Audio electronics, erityyppisiä kaiuttimia on saatavana eri tehoina ja erilaisilla impedansseilla. Kaiuttimen impedanssi voidaan parhaiten ymmärtää käyttämällä putken sisäisen veden virtauksen suhdetta. Ajattele vain kaiutinta vesiputkena, putken läpi virtaava vesi on vuorotteleva äänisignaali. Jos putkesta tulee halkaisijaltaan suurempi, vesi virtaa helposti putken läpi, veden määrä on suurempi, ja jos pienennämme halkaisijaa, sitä vähemmän vettä virtaa putken läpi, joten veden määrä on alempi. Halkaisija on vastus, jonka ohminen vastus ja reaktanssi tuottavat. Jos putken halkaisija kasvaa, impedanssi on pieni, joten kaiutin voi saada enemmän tehoa ja vahvistin tarjoaa enemmän virransiirtotilannetta ja jos impedanssi kasvaa korkeaksi, vahvistin antaa vähemmän virtaa kaiuttimelle.

Markkinoilla on erilaisia vaihtoehtoja, ja kaiuttimien segmenttejä on yleensä saatavana, yleensä 4 ohmilla, 8 ohmilla, 16 ohmilla ja 32 ohmilla, joista 4 ja 8 ohmin kaiuttimia on saatavana laajalti edullisin hinnoin. Meidän on myös ymmärrettävä, että vahvistin, jonka teho on 5 wattia, 6 wattia tai 10 wattia tai enemmän, on tehollisarvo RMS (Root Mean Square), jonka vahvistin toimittaa tietylle kuormalle jatkuvassa käytössä.

Joten meidän on oltava varovaisia kaiuttimien luokituksen, vahvistimen luokituksen, kaiuttimien tehokkuuden ja impedanssin suhteen.

Yksinkertaisen 100 W: n äänivahvistinpiirin rakentaminen

Aikaisemmissa oppaissa teimme 10 W: n tehovahvistimen, 25 W: n ja 50 W: n tehovahvistimen. Mutta tässä opetusohjelmassa suunnittelemme 100 watin RMS-lähtötehovahvistimen MOSFET-laitteilla.

100 watin vahvistimen rakentamisessa käytetään useita transistoreita ja MOSFET-laitteita. Katsotaanpa tärkeiden MOSFET-laitteiden ja transistoreiden erittely ja pin-kaavio. Vahvistimen vahvistusvaiheessa käytimme suurjännitetransistoria MPSA43. Se on korkeajännitteinen NPN-transistori, joka toimii vahvistimena. MPSA43 NPN -transistorin tappi on

Käytimme kahta täydentävää keskitehoista transistoria MJE350 ja MJE340. MJE350 on 500 mA: n PNP-transistori TO-225-paketissa ja identtinen NPN-paritransistori on MJE340. MJE340: llä on sama eritelmä kuin MJE350: llä, mutta se on NPN-keskitehotransistori.

Molempien Pinout-kaaviot on annettu alla-

Viimeisessä vaiheessa käytetään kahta Power MOSFET -laitetta IRFP244 ja IRFP9240. Näiden kahden yhdistelmä tuottaa 100 watin RMS-tehon 4 ohmin kuormituksella.

Vaaditut komponentit tehovahvistinpiirille

Vero-kortti (pisteviivaa tai liitettyä ketään voidaan käyttää)
Juotin
Juotoslanka
Nipper ja Wire stripper -työkalu
Johdot
Ääniliittimet vaatimusten mukaisesti
Hieno alumiininen jäähdytyselementti, paksuus 5 mm ja mitat 90 mm x 45 mm.
40 V: n kiskosta kiskoon -virtalähde + 40 V: n GND-40 V -teholla
4 ohmia 100 watin kaiutin
Vastus 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
330R vastus 1/4 ^th watt - 3 kpl
10R vastus 10 wattia
0,33R - 7 W - 2 kpl
0,22 R - 10 wattia
100nF 100V kondensaattori - 2 kpl
47uF 100V kondensaattori
470pF 100 V
470nF 63V
10 pF 100 V
1n4002 Diodi
IRFP244
IRF9240
MJE350
MJE340
BC546 - 2 kpl
MPSA43 - 3 kpl

100 W: n äänivahvistimen piirikaavio ja selitys

Tämän 100 watin audiovahvistimen kaaviossa on muutama vaihe. Vuoden alussa ensimmäisen vaiheen monistuksen Suodatinosa, estää ei-toivotut taajuus ääniä. Tämä suodatinosa luodaan käyttämällä R3, R4 ja C1, C2.

Piirin toisessa vaiheessa Q1 ja Q2, jotka ovat MPSA43-transistoreita, toimivat differentiaalivahvistimina ja syöttävät signaalin edelleen vahvistusvaiheeseen.

Seuraavaksi tehovahvistus tehdään kahdelle MOSFET-laitteelle, IRFP244N ja IRF9240. Nämä kaksi MOSFET-laitetta ovat tärkeä osa virtapiiriä. Nämä kaksi MOSFET-laitetta toimivat push-pull-ohjaimina (laajalti käytetty vahvistustopologia tai -arkkitehtuuri). Näiden kahden MOSFETin Q5 ja Q7 ajamiseksi käytetään transistoreita MJE350 ja MJE340. Nämä kaksi tehotransistoria tarjoavat riittävän porttivirran MOSFETien ohjaamiseen. R15 ja R14 ovat virranrajoitinvastukset, jotka suojaavat MOSFET-porttia käynnistysvirralta. Sama tapahtuu R12: lla ja R13: lla suojaamaan lähtökuormaa käynnistysvirta-asemalta. R18 on suuren tehon vastus, joka toimii kiristyspiirinä kondensaattorin 100nF kanssa. R16 tarjoaa myös ylivirtasuojan.

100 watin vahvistinpiirin testaus

Käytimme Proteus-simulointityökaluja piirin ulostulon tarkistamiseen; mitattiin ulostulo virtuaalisessa oskilloskoopissa. Voit tarkistaa koko alla olevan esittelyvideon

Virransyöttömme virtapiiriä +/- 40 V: lla ja syötetään sinimuotoinen signaali. Oskilloskoopin kanava A (keltainen) on kytketty lähdön yli 4 ohmin kuormitusta vastaan ja tulosignaali on kytketty kanavan B (sininen) yli.

Voimme nähdä tuotoksen eron tulosignaalin ja vahvistettu lähtö video: -

Tarkistimme myös lähtötehon, vahvistimen teho riippuu suuresti useista asioista, kuten aiemmin keskusteltiin. Se riippuu suuresti kaiuttimien impedanssista, kaiuttimien tehokkuudesta, vahvistimen hyötysuhteesta, rakentamisen topologioista, harmonisista kokonaishäiriöistä jne. Emme voineet ottaa huomioon tai laskea kaikkia mahdollisia tekijöitä, jotka luovat riippuvuuksia vahvistimen tehosta. Tosielämän piiri on erilainen kuin simulaatio, koska monia tekijöitä on otettava huomioon tarkistettaessa tai testattaessa lähtöä.

Vahvistimen teholaskenta

Käytimme yksinkertaista kaavaa vahvistimen tehon laskemiseen -

Vahvistimen teho = V ² / R

Yhdistimme AC-monimetrin ulostuloon. Monimittarissa näkyvä vaihtojännite on huippu-huippu-vaihtojännite.

Toimitimme erittäin matalataajuisen sinimuotoisen signaalin 25-50 Hz. Kuten matalalla taajuudella, vahvistin antaa enemmän virtaa kuormalle ja yleismittari pystyy havaitsemaan vaihtojännitteen oikein.

Yleismittari osoitti + 20,9 V AC. Joten kaavan mukaan tehovahvistimen lähtö 4 ohmin kuormalla on

Vahvistin Teho = 20,9 ² /4 vahvistin Teho = 109,20 (yli 100W suunnilleen)

Muistettavia asioita rakennettaessa 100 watin vahvistinta

Piiriä rakennettaessa MOSFETit on liitettävä jäähdytyselementtiin oikein tehovahvistusvaiheessa. Suurempi jäähdytyselementti tarjoaa paremman tuloksen. Tehotransistorit Q5 ja Q7 on upotettava oikein pienillä U-muotoisilla alumiinijäähdyttimillä.
Paremman tuloksen saavuttamiseksi on hyvä käyttää ääniluokiteltuja laatikkokondensaattoreita.
On aina hyvä valinta käyttää piirilevyä ääniin liittyvässä sovelluksessa.
Tee differentiaalivahvistimen jäljet lyhyiksi ja mahdollisimman lähelle tulojälkiä.
Pidä äänisignaalilinjat erillään meluisista voimajohdoista.
Ole varovainen jälkien paksuuden suhteen. Koska tämä on 100 watin suunnittelu, tarvitaan suurempi virtapolku, joten maksimoi jäljen leveys. On parempi käyttää 70 mikronin kuparilevyä kaksipuolisessa asettelussa maksimaalisilla läpivienteillä paremman virran saamiseksi.
Maataso on luotava piirin poikki. Pidä maan paluureitti mahdollisimman lyhyt.

Saavuta parempia tuloksia

Tässä 100 watin suunnittelussa parempia tuloksia voidaan tehdä vain vähän parannuksia.

Lisää 4700uF: n erotuskondensaattori, jonka nimellisarvo on vähintään 100 V positiivisen ja negatiivisen tehoradan poikki.
Käytä 1%: n mitoitettuja MFR-vastuksia parempaan vakauteen.
Vaihda 1N4002-diodi UF4007: llä.
Vaihda R11 1k-potentiometrillä ohjaamaan lepotilavirtaa teho-MOSFET-laitteissa.
Lisää sulake lähdön yli, se suojaa kaiuttimen ylijännitteen tai lähdön oikosulkutilaa.

Tarkista myös muut äänivahvistinpiirit:

40 watin audiovahvistin TDA2040: n avulla
25 watin äänenvahvistinpiiri
10 watin audiovahvistin, joka käyttää Op-vahvistinta
50 watin tehovahvistinpiiri MOSFET-laitteilla