50 watin tehovahvistinpiiri mosfettejä käyttäen

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 50 watin RMS-lähtötehovahvistimen käyttämällä MOSFET-laitteita, joihin on kytketty 8 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

Audio-vahvistinjärjestelmän 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.

Audioelektroniikassa 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 tehonsiirtotilannetta ja jos impedanssi nousee 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 50 W: n vahvistimen rakentaminen

Aikaisemmissa opetusohjelmissa teimme 10 watin tehovahvistimen, 25 watin tehovahvistimen ja 40 watin tehovahvistimen. Mutta tässä opetusohjelmassa suunnittelemme 50 watin RMS-lähtötehovahvistimen MOSFET-laitteilla. Aikaisemmissa opetusohjelmissa käytimme erillistä tehovahvistinta IC, TDA2040 25 watin ja 40 watin vahvistimille, mutta tässä suunnittelussa käytämme N- ja P-kanavaparistoja MOSFET 50 W: n tehon saamiseksi. Lähtö on melko vakaa ja THD on vähimmäismäärä. Ajamme 8 ohmia.

Käytimme kahta laajalti suosittua täydentävää MOSFET-mallia IRF530N ja IRF9530N, jotka ovat laajalti saatavilla sekä paikallisissa kaupoissa että verkkokaupoissa.

Yllä olevassa kuvassa vasen on IRF530N ja oikea IRF9530N. Molemmat ovat TO-220AB-paketti.

Nämä kaksi MOSFET-laitetta luovat työntötoiminnon 8 ohmin 50 watin RMS-kaiuttimen käyttämiseksi.

Komponentti vaaditaan

Piirin rakentamiseen tarvitaan seuraavat komponentit -

Vero-kortti (pisteviivaa tai liitettyä ketään voidaan käyttää)
Juotin
Juotoslanka
Nipper ja Wire stripper -työkalu
Johdot
Hieno alumiininen jäähdytyselementti, paksuus 2 mm ja mitat 50 mm x 30 mm.
35 V: n kisko-kisko virtalähde + 35 V: n GND -35 V -teholla
8 ohmin 50 watin kaiutin
Vastukset (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
Vastukset (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
100uF 63V kondensaattori
47uF 63V kondensaattori - 2kpl
68nF 100 V
220pF 50V
1n4002 Diodi
IRF530
IRF9530
.1uH Ilmasydämen induktori 5A luokiteltu
BC556 -2 kpl
BC546 - 2 kpl

Piirikaavio ja selitys

Tämän 50 watin audiovahvistimen kaaviossa on muutama vaihe. Vahvistuksen alipäästösuodatin estää korkeataajuisen kohinan. Tämä alipäästösuodatin luodaan R1: llä, R2: lla ja C1: llä. Vastuksilla R1 ja R2 on kaksi toimintoa, ensinnäkin se on osa alipäästösuodatinta, toiseksi se on jännitteenjakaja sekä virranrajoitin.

Piirin toisessa vaiheessa Q1 ja Q2, jotka ovat BC556-transistoreita, toimivat differentiaalivahvistimena.

Seuraavaksi tehovahvistus tehdään kahdelle MOSFET-laitteelle, IRF530N ja IRF9530. Nämä kaksi MOSFETiä ovat toisiaan täydentäviä ja toisiinsa sopivia pareja. Kahdella MOSFETillä on sama erittely, mutta yksi on N-kanava ja toinen on P-kanava. Tämä on tärkeä osa virtapiiriä. Nämä kaksi MOSFET-laitetta toimivat push-pull-ohjaimina (laajalti käytetty vahvistustopologia tai -arkkitehtuuri). Näiden kahden MOSFETin, Q3 ja Q4, ajamiseksi käytetään BC546: ta. Nämä kaksi transistoria tarjoavat riittävän porttiaseman MOSFET-laitteille. R15 on suuren tehon vastus, joka toimii kiristyspiirinä kondensaattorin 68nF kanssa ja 1uH induktori lisätään vakaan vahvistuksen aikaansaamiseksi 8 ohmin kaiuttimeen.

50 watin vahvistinpiirin testaus

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

Virransyöttömme virtapiiriä +/- 35 V: lla ja syötetään sinimuotoinen tulosignaali. Oskilloskoopin kanava A (keltainen) on kytketty lähdön yli 8 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 + 20,1 V AC. Joten kaavan mukaan tehovahvistimen lähtö 8 ohmin kuormalla on

Vahvistin Teho = 20,1 ² /8 vahvistin Teho = 50,50 (50W noin)

Muistettavia asioita rakennettaessa 50 watin vahvistinta

Piiriä rakennettaessa MOSFETit on liitettävä jäähdytyselementtiin oikein tehovahvistusvaiheessa. Suurempi jäähdytyselementti tarjoaa paremman tuloksen.
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 50 watin muotoilu, tarvitaan suurempi virtareitti, joten maksimoi jäljen leveys.
Maataso on luotava piirin poikki. Pidä maan paluureitti mahdollisimman lyhyt.

Saavuta parempia tuloksia

Tässä 50 watin suunnittelussa parempia tuloksia voidaan tehdä vain vähän parannuksia.

Lisää 220uF: n erotuskondensaattori, jonka nimellisarvo on vähintään 63 V positiivisen ja negatiivisen tehoradan poikki.
Käytä 1%: n mitoitettuja MFR-vastuksia parempaan vakauteen.
Vaihda 1N4002-diodi UF4007: llä.
Vaihda R13 1k-potentiometrillä ohjaamaan lepotilavirtaa teho-MOSFET-laitteissa.
Käytä toroidista induktoria ilmanytimen kanssa.25uH 5A: n kanssa.
Lisää sulake lähdön yli, se suojaa kaiuttimen ylijännitteen tai lähdön oikosulun tilaa.

Tarkista myös muut äänivahvistinpiirit:

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