Circuit amplificator de putere de 50 W utilizând mosfete

Amplificatorul de putere este partea electronică audio. Este conceput pentru a maximiza magnitudinea puterii semnalului de intrare dat. În electronica sunetului, amplificatorul operațional crește tensiunea semnalului, dar nu poate furniza curentul, care este necesar pentru a conduce o sarcină. În acest tutorial, vom construi un amplificator de putere de ieșire de 50 Watt RMS utilizând MOSFET-uri cu un difuzor de impedanță de 8 Ohmi conectat la acesta.

Topologie de construcție pentru amplificatoare

Într-un sistem de lanț al amplificatorului, amplificatorul de putere este utilizat în ultima sau ultima etapă înainte de încărcare. În general, sistemul amplificatorului de sunet utilizează topologia de mai jos, prezentată în diagrama bloc.

După cum puteți vedea în diagrama bloc de mai sus, Amplificatorul de putere este ultima etapă care este conectată direct la sarcină. În general, înainte de amplificatorul de putere, semnalul este corectat folosind amplificatoare pre și amplificatoare de comandă de tensiune. De asemenea, în unele cazuri, în care este necesar controlul tonului, circuitele de control al tonului sunt adăugate înainte de amplificatorul de putere.

Cunoaște-ți sarcina

În cazul sistemului amplificator audio, sarcina și capacitatea de conducere a amplificatorului sunt un aspect important în construcție. Sarcina majoră pentru un amplificator de putere este difuzorul puternic. Ieșirea amplificatorului de putere depinde de impedanța de încărcare, astfel încât conectarea unei sarcini necorespunzătoare ar putea compromite eficiența amplificatorului de putere, precum și stabilitatea.

Difuzorul puternic este o sarcină uriașă care acționează ca o sarcină inductivă și rezistivă. Amplificatorul de putere oferă ieșire de curent alternativ, datorită acestui fapt impedanța difuzorului este un factor critic pentru transferul adecvat de putere.

Impedanța este rezistența efectivă a unui circuit electronic sau a unei componente pentru curent alternativ, care rezultă din efectele combinate legate de rezistența ohmică și reactanța.

În electronica audio, diferite tipuri de difuzoare sunt disponibile în puteri diferite cu impedanță diferită. Impedanța difuzorului poate fi înțeleasă cel mai bine folosind relația dintre fluxul de apă în interiorul unei țevi. Gândiți-vă doar la difuzor ca la o conductă de apă, apa care curge prin conductă este semnalul audio alternativ. Acum, dacă conducta a devenit mai mare în diametru, apa va curge cu ușurință prin conductă, volumul de apă va fi mai mare și, dacă scădem diametrul, cu atât va curge mai puțină apă prin conductă, deci volumul de apă va fi inferior. Diametrul este efectul creat de rezistența ohmică și reactanța. Dacă conducta devine mai mare în diametru, impedanța va fi scăzută,astfel încât difuzorul poate obține mai multă putere și amplificatorul oferă mai multe scenarii de transfer de putere și dacă impedanța crește, atunci amplificatorul va oferi mai puțină putere difuzorului.

Există diferite opțiuni, precum și diferite segmente de difuzoare sunt disponibile pe piață, în general cu 4 ohmi, 8 ohmi, 16 ohmi și 32 ohmi, dintre care difuzoarele de 4 și 8 ohmi sunt disponibile pe scară largă la tarife ieftine. De asemenea, trebuie să înțelegem că un amplificator cu 5 wați, 6 wați sau 10 wați sau chiar mai mult este puterea RMS (Root Mean Square), livrată de amplificator la o sarcină specifică în funcționare continuă.

Deci, trebuie să fim atenți la evaluarea difuzoarelor, a amplificatorului, eficiența difuzoarelor și impedanța.

Construcția unui amplificator simplu de 50W

În tutoriale anterioare, am realizat amplificator de putere de 10 wați, amplificator de putere de 25 wați și amplificator de putere de 40 wați. Dar în acest tutorial, vom proiecta un amplificator de putere de ieșire de 50 Watt RMS utilizând MOSFET-uri. În tutorialele anterioare, am folosit un amplificator de putere dedicat IC, TDA2040 pentru 25 Watt și pentru 40 Watt, dar în acest design, vom folosi MOSFET-uri cu pereche N și P pentru a obține puterea de 50W. Ieșirea va fi destul de stabilă și THD va fi minimă. Vom conduce 8 ohmi de încărcare cu el.

Am folosit două MOSFET-uri complementare populare IRF530N și IRF9530N, care sunt disponibile pe scară largă atât în ​​magazinele locale, cât și în magazinele online.

În imaginea de mai sus, cea stângă este IRF530N, iar cea dreaptă este IRF9530N. Ambele sunt un pachet TO-220AB.

Aceste două MOSFET-uri creează o operațiune push-pull pentru a conduce difuzoare RMS de 8 Ohmi 50 Watt.

Componenta obligatorie

Pentru a construi circuitul avem nevoie de următoarele componente-

1. Placă Vero (punctată sau conectată se poate folosi oricine)
2. Ciocan de lipit
3. Sârmă de lipit
4. Unealtă de decupare și sârmă
5. Fire
6. Radiator din aluminiu fin cu grosimea de 2 mm și dimensiunea de 50 mm x 30 mm.
7. Sursă de alimentare de la șină la șină de 35V cu ieșire de cale de alimentare + 35V GND -35V
8. Difuzor de 8 Ohmi de 50 W
9. Rezistoare (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1 unități.
10. Rezistoare (2,7k, 4,7k, 47k) - 2nos.
11. Condensator 100uF 63V
12. Condensator 47uF 63V - 2buc
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Diodă
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Miez de aer Inductor 5A nominal
19. BC556 -2 buc
20. BC546 - 2 buc

Diagrama și explicația circuitului

Schema acestui amplificator audio de 50 de wați are câteva etape. La începutul amplificării, un filtru trece jos blochează zgomotul de înaltă frecvență. Acest filtru trece jos este creat folosind R1, R2 și C1. Rezistoarele R1 și R2 au două operații, în primul rând este o parte a filtrului de trecere joasă, în al doilea rând, este un divizor de tensiune, precum și un limitator de curent.

Pe a doua etapă a circuitului, Q1 și Q2, care sunt tranzistoare BC556, funcționează ca amplificator diferențial.

Apoi, amplificarea puterii se face pe două MOSFET-uri, IRF530N și IRF9530. Aceste două MOSFET-uri sunt perechi complementare și potrivite. Două MOSFET au aceeași specificație, dar unul este N-Channel și altul este P-channel. Aceasta este o parte importantă a circuitului. Aceste două MOSFET-uri acționează ca un driver push-pull (o topologie sau arhitectură de amplificare folosită pe scară largă). Pentru a conduce aceste două MOSFET-uri, se utilizează Q3 și Q4, BC546. Acești doi tranzistori oferă suficientă unitate de poartă către MOSFET-uri. R15 este un rezistor de mare putere, care acționează ca un circuit de prindere cu condensatorul 68nF și se adaugă inductor 1uH pentru a asigura o amplificare stabilă la difuzorul de 8 Ohmi.

Testarea circuitului amplificatorului de 50 watt

Am folosit instrumente de simulare Proteus pentru a verifica ieșirea circuitului; am măsurat ieșirea în osciloscopul virtual. Puteți verifica videoclipul demonstrativ complet prezentat mai jos

Alimentăm circuitul folosind +/- 35V și este furnizat semnalul sinusoidal de intrare. Canalul A (galben) al osciloscopului este conectat la ieșire la o sarcină de 8 ohmi, iar semnalul de intrare este conectat la canalul B (albastru).

Putem vedea diferența de ieșire între semnalul de intrare și ieșirea amplificată în videoclip: -

De asemenea, am verificat puterea de ieșire, puterea amplificatorului este foarte dependentă de mai multe lucruri, așa cum s-a discutat anterior. Depinde în mare măsură de impedanța difuzoarelor, eficiența difuzoarelor, eficiența amplificatorului, topologiile de construcție, distorsiunile armonice totale etc. Circuitul real este diferit de simulare, deoarece sunt necesari mulți factori care trebuie luați în considerare în timpul verificării sau testării ieșirii.

Calculul puterii amplificatorului

Am folosit o formulă simplă pentru a calcula puterea amplificatorului -

Putere amplificator = V ² / R

Am conectat un multimetru de curent alternativ la ieșire. Tensiunea alternativă afișată în multimetru este tensiunea alternativă de vârf la vârf.

Am furnizat semnal sinusoidal de frecvență foarte joasă de 25-50Hz. La fel ca în frecvența joasă, amplificatorul va furniza mai mult curent sarcinii, iar multimetrul va putea detecta corect tensiunea de curent alternativ.

Multimetrul a arătat + 20,1V AC. Deci, conform formulei, ieșirea amplificatorului de putere la o sarcină de 8 Ohmi este

Amplificator Wattage = 20,1 cu ² /8 Amplificator Wattage = 50,50 (50W aproximativ)

Lucruri de reținut în timp ce construiți un amplificator de putere de 50w

1. La construirea circuitului, MOSFET-urile sunt necesare pentru a fi conectate în mod corespunzător la radiator la etapa amplificatorului de putere. Radiatorul mai mare oferă un rezultat mai bun.
2. Este bine să utilizați condensatori de tip casetă de calitate audio pentru un rezultat mai bun.
3. Este întotdeauna o alegere bună să utilizați PCB pentru aplicații audio.
4. Faceți urmele amplificatorului diferențial scurte și cât mai aproape de urmele de intrare.
5. Păstrați liniile de semnal audio separate de liniile electrice zgomotoase.
6. Aveți grijă la grosimea urmelor. Deoarece acesta este un design de 50 de wați, este necesară o cale de curent mai mare, astfel încât să maximizați lățimea urmelor.
7. Planul de masă trebuie creat peste circuit. Păstrați traseul de întoarcere la sol cât mai scurt posibil.

Obțineți rezultate mai bune

În acest design de 50 de wați, puține îmbunătățiri pot fi făcute pentru o ieșire mai bună.

1. Adăugați un condensator de decuplare 220uF cu o valoare nominală de cel puțin 63V pe pista de putere pozitivă și negativă.
2. Folosiți rezistențe MFR de 1% pentru o stabilitate mai bună.
3. Schimbați dioda 1N4002 cu UF4007.
4. Schimbați R13 cu un potențiometru de 1k pentru a controla curentul de repaus peste MOSFET-urile de putere.
5. Utilizați inductor toroidal în locul miezului de aer cu.25uH 5A.
6. Adăugați o siguranță pe ieșire, va proteja circuitul la supradozarea difuzoarelor sau la starea scurtcircuitului de ieșire.

De asemenea, verificați alte circuite de amplificatoare audio:

• Amplificator audio de 40 de wați utilizând TDA2040
• Circuit amplificator audio de 25 wați
• Amplificator audio de 10 wați folosind Op-Amp