Коло појачала снаге 100 В помоћу МОСФЕТ-а

Појачало снаге је део аудио електронике. Дизајниран је да максимизира величину снаге ф датог улазног сигнала. У звучној електроници, оперативно појачало повећава напон сигнала, али није у стању да обезбеди струју која је потребна за погон терета. У овом упутству направићемо круг појачавача излазне снаге од 100 В РМС користећи МОСФЕТ-ове и транзисторе са повезаним звучником импеданције од 4 Ома.

Топологија конструкције појачавача

У систему ланаца појачала, појачало снаге се користи у последњој или завршној фази пре оптерећења. Генерално, систем појачала звука користи доњу топологију приказану у блок дијаграму

Као што видите на горњем блок дијаграму, појачало снаге је последња фаза која је директно повезана са оптерећењем. Генерално, пре појачавача снаге, сигнал се коригује помоћу појачала преднапојачала и напонских контрола. Такође, у неким случајевима, где је потребна контрола тона, склоп за контролу тона додаје се пре појачавача снаге.

Кнов Иоур Лоад

У случају система аудио појачала, оптерећење и носивост појачала је важан аспект у конструкцији. Велики оптерећење за појачало налази се звучник. Излаз појачала снаге зависи од импедансе оптерећења, па повезивање неправилног оптерећења може угрозити ефикасност појачавача снаге као и стабилност.

Звучник је огромно оптерећење које делује као индуктивно и отпорно оптерећење. Појачало снаге испоручује наизменичну струју, због чега је импеданција звучника пресудан фактор за правилан пренос снаге.

Импеданса је ефективни отпор електронског кола или компоненте за наизменичну струју који настаје услед комбинованих ефеката повезаних са омским отпором и реактанцијом.

У Аудио електроника, различити типови звучника су доступни у различитим снагама са различитом импедансом. Импеданција звучника се најбоље може разумети коришћењем односа између протока воде унутар цеви. Замислите звучник само као водовод, вода која пролази кроз цев је наизменични аудио сигнал. Ако је цев постала већег пречника, вода ће лако тећи кроз цев, запремина воде ће бити већа, а ако смањимо пречник, мање воде ће тећи кроз цев, па ће запремина воде бити ниже. Пречник је ефекат створен омским отпором и реактанцијом. Ако пречник цеви постане већи, импеданса ће бити мала, тако да звучник може добити више снаге, а појачало пружа више сценарија преноса снаге, а ако импеданција постане велика, појачало ће пружати мање снаге звучнику.

Постоје различити избори, као и различити сегменти звучника који су доступни на тржишту, углавном са 4 ома, 8 ома, 16 ома и 32 ома, од којих су звучници са 4 и 8 ома широко доступни по повољним ценама. Такође, морамо да схватимо да је појачало од 5 вати, 6 вата или 10 вата или више и РМС (основни квадрат), испоручено појачалом на одређено оптерећење у непрекидном раду.

Дакле, морамо бити опрезни у погледу оцене звучника, оцене појачала, ефикасности звучника и импедансе.

Конструкција једноставног круга појачала од 100 В

У претходним водичима направили смо појачало снаге 10В, појачало снаге 25В и појачало снаге 50В. Али у овом упутству ћемо дизајнирати 100 В РМС појачало излазне снаге користећи МОСФЕТ-ове.

У конструкцији појачала од 100 вати користе се вишеструки транзистори и МОСФЕТ-ови. Погледајмо спецификацију и пин дијаграм важних МОСФЕТ-ова и транзистора. У фази појачавања појачавача користили смо високонапонски транзистор МПСА43. То је високонапонски НПН транзистор који делује као појачало. Пин ван МПСА43 НПН транзистора је-

Користили смо два комплементарна транзистора средње снаге МЈЕ350 и МЈЕ340. МЈЕ350 је ПНП транзистор од 500 мА у пакету ТО-225, а идентични НПН парни транзистор је МЈЕ340. МЈЕ340 има исте спецификације као МЈЕ350, али је НПН транзистор средње снаге.

Дијаграми Пиноута за оба су дати испод -

У завршној фази се користе два МОСФЕТ-а снаге ИРФП244 и ИРФП9240. Комбинација ове две компоненте даје излазну снагу од 100 В (РМС) при оптерећењу од 4 ома.

Потребне компоненте за круг појачала снаге

Веро табла (може се користити тачкасто или повезано било ко)
Лемилица
Жица за лемљење
Алат за скидање оштрице и жице
Жице
Аудио конектори према захтевима
Фино алуминијумски хладњак дебљине 5 мм и димензија 90 мм к 45 мм.
40В напајање од шине до шине са излазом напона + 40В ГНД -40В
Звучник од 100 вати од 4 ома
Отпорник 1/4 ^ј В (39Р, 390Р, 1к, 1.5к, 4.7к, 15к, 22к, 33к, 47к, 150к) - 1нос.
330Р Резистор 1/4 ^ј Ватт - 3 ком
10Р отпорник 10 вати
0.33Р - 7 вати - 2 ком
0.22Р - 10 вати
100нФ 100В кондензатор - 2 ком
Кондензатор 47уФ 100В
470пФ 100В
470нФ 63В
10пФ 100В
1н4002 Диоде
ИРФП244
ИРФ9240
МЈЕ350
МЈЕ340
БЦ546 - 2 ком
МПСА43 - 3 ком

Шема и објашњење аудио појачала 100 В

Шема овог појачала од 100 вати има неколико фаза. На почетку појачања у првој фази, одељак филтера блокира нежељене шумове фреквенције. Овај одељак филтера направљен је помоћу Р3, Р4 и Ц1, Ц2.

На другом степену кола, К1 и К2, који су МПСА43 транзистори, раде као диференцијално појачало и доводе сигнал у даљу фазу појачања.

Затим се појачање снаге врши на два МОСФЕТ-а, ИРФП244Н и ИРФ9240. Ова два МОСФЕТ-а су важан део кола. Ова два МОСФЕТ-а делују као пусх-пулл покретач (широко коришћена топологија или архитектура појачања). За погон ова два МОСФЕТ-а К5 и К7 користе се транзистори МЈЕ350 и МЈЕ340. Ова два транзистора снаге пружају довољно струје на улазу за погон МОСФЕТ-ова. Р15 и Р14 су гранични отпорници струје који штите МОСФЕТ капију од ударне струје. Иста ствар се дешава са Р12 и Р13 да би заштитили излазно оптерећење од погона тренутне струје. Р18 је отпорник велике снаге који делује као стезни круг са кондензатором 100нФ. Р16 такође пружа додатну заштиту од прекомерне струје.

Тестирање круга појачала од 100 вати

Користили смо Протеусове симулационе алате за проверу излаза кола; мерили смо излаз у виртуелном осцилоскопу. Можете погледати комплетни демонстрацијски видео који је дат у наставку

Коло напајамо помоћу +/- 40В и улазни синусоидни сигнал је обезбеђен. Канал осцилоскопа А (жути) повезан је преко излаза под оптерећењем од 4 ома, а улазни сигнал повезан је преко канала Б (плави).

Излазну разлику између улазног сигнала и појачаног излаза можемо видети на видео снимку: -

Такође смо проверили излазну снагу, Појачала снага јако зависи од више ствари, као што је претходно речено. Веома зависи од импедансе звучника, ефикасности звучника, ефикасности појачала, конструкционих топологија, укупних хармонијских изобличења итд. Нисмо могли да узмемо у обзир или израчунамо све могуће факторе који стварају зависности у снази појачала. Круг стварног живота разликује се од симулације јер је потребно узети у обзир многе факторе током провере или тестирања резултата.

Прорачун снаге појачала

Користили смо једноставну формулу за израчунавање снаге појачала -

Снага појачала = В ² / Р

Преко излаза смо повезали АЦ-метар. Наизменични напон приказан у мултиметру је највиши наизменични напон.

Дали смо врло нискофреквентни синусоидни сигнал од 25-50Хз. Као и на ниским фреквенцијама, појачало ће испоручити више струје оптерећењу и мултиметар ће моћи правилно да детектује наизменични напон.

Мултиметар је показивао + 20,9В АЦ. Дакле, према формули, излаз појачала снаге при оптерећењу од 4 Ома је

Појачало Снага = 20.9 ² /4 појачало Снага = 109,20 (преко 100В приближно)

Ствари које треба имати на уму приликом израде 100в аудио појачала

Приликом конструкције кола, МОСФЕТ-ови су потребни да би се правилно повезали са хладњаком у фази појачала снаге. Већи хладњак пружа бољи резултат. Моћни транзистор К5 и К7 морају бити правилно потопљени малим алуминијумским хладњацима У облика.
За бољи резултат добро је користити аудио кондензаторе оцењене звуком.
Увек је добар избор да се ПЦБ користи за апликације повезане са звуком.
Нека трагови диференцијалног појачала буду кратки и што ближи улазном трагу.
Држите линије аудио сигнала одвојене од бучних водова.
Пазите на дебљину трагова. Како је ово дизајн од 100 вати, потребан је већи пут струје, па максимизирајте ширину трага. Боље је користити бакарну плочу од 70 микрона у двостраном распореду са максималним отворима за бољи проток струје.
Потребно је створити равнину земље преко круга. Нека повратна путања земље буде што краћа.

Постигните боље резултате

У овом дизајну од 100 вата може се учинити неколико побољшања за бољи учинак.

Додајте кондензатор за раздвајање од 4700уФ са најмање 100В преко позитивне и негативне траке снаге.
Користите МФР отпорнике оцењене са 1% ради веће стабилности.
Замените диоду 1Н4002 са УФ4007.
Промените Р11 помоћу потенциометра од 1 к да бисте контролисали струју мировања преко МОСФЕТ-ова снаге.
Додајте осигурач преко излаза, заштитиће круг на прекомерном погону звучника или стање кратког споја на излазу.

Такође проверите и кола других појачала:

40-ватно аудио појачало помоћу ТДА2040
Круг аудио појачала од 25 вати
10-ватно аудио појачало помоћу Оп-појачала
Круг појачала снаге 50 В помоћу МОСФЕТ-ова