100 W effektförstärkarkrets med hjälp av mosfet

Effektförstärkare är delen av ljudelektronik. Den är utformad för att maximera storleken på den effekt som ges för insignalen. I ljudelektronik ökar operationsförstärkaren signalens spänning men kan inte ge strömmen som krävs för att driva en belastning. I denna handledning kommer vi att bygga en 100 W RMS-utgångsförstärkarkrets med MOSFET och transistorer med en 4 Ohms impedanshögtalare ansluten till den.

Konstruktionstopologi för förstärkare

I ett förstärkarkedjesystem används effektförstärkaren i sista eller sista steget före belastningen. I allmänhet använder Sound Amplifier-systemet nedan topologin som visas i blockdiagrammet

Som du kan se i ovanstående blockschema är förstärkaren det sista steget som är direkt ansluten till lasten. Generellt, innan effektförstärkaren, korrigeras signalen med hjälp av förförstärkare och spänningskontrollförstärkare. I vissa fall, där tonstyrning behövs, läggs också tonstyrkretsarna till innan förstärkaren.

Känn din belastning

När det gäller ljudförstärkarsystem är förstärkarens belastning och belastningsförmåga en viktig aspekt i konstruktionen. Den största belastningen för en effektförstärkare är Loud Speaker. Effektförstärkarens uteffekt beror på belastningsimpedansen, så att ansluta en felaktig belastning kan äventyra effektförstärkarens effektivitet såväl som stabiliteten.

Loud Speaker är en enorm belastning som fungerar som en induktiv och resistiv belastning. Effektförstärkaren levererar växelström, på grund av detta är högtalarens impedans en kritisk faktor för korrekt strömöverföring.

Impedans är det effektiva motståndet hos en elektronisk krets eller komponent för växelström, som uppstår från de kombinerade effekterna relaterade till ohmsk resistans och reaktans.

Inom Ljudelektronik, olika typer av högtalare finns i olika watt med olika impedans. Högtalarimpedans kan bäst förstås med hjälp av förhållandet mellan vattenflöde inuti ett rör. Tänk bara på högtalaren som ett vattenrör, vattnet som strömmar genom röret är den växlande ljudsignalen. Om röret nu blev större i diameter, kommer vattnet lätt att rinna genom röret, vattenvolymen blir större, och om vi minskar diametern, desto mindre vatten kommer att strömma genom röret, så volymen vatten kommer att vara lägre. Diametern är den effekt som skapas av ohmskt motstånd och reaktans. Om röret blir större i diameter kommer impedansen att vara låg, så högtalaren kan få mer watt och förstärkaren ger mer strömöverföringsscenario och om impedansen blir hög kommer förstärkaren att ge mindre effekt till högtalaren.

Det finns olika val såväl som olika segment av högtalare finns på marknaden, vanligtvis med 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm och 32 ohm, varav 4 och 8 ohm-högtalare är allmänt tillgängliga till låga priser. Vi måste också förstå att en förstärkare med 5 Watt, 6 Watt eller 10 Watt eller ännu mer är RMS-effekten (Root Mean Square), som levereras av förstärkaren till en specifik belastning i kontinuerlig drift.

Så vi måste vara försiktiga med högtalarnas betyg, förstärkarens betyg, högtalarnas effektivitet och impedansen.

Konstruktion av enkel 100W ljudförstärkarkrets

I tidigare handledning skapade vi 10W effektförstärkare, 25W effektförstärkare och 50W effektförstärkare. Men i denna handledning kommer vi att utforma en 100 Watt RMS-utgångsförstärkare med MOSFET.

Vid konstruktionen av 100 Watt förstärkare används flera transistorer och MOSFET. Låt oss se specifikationen och stiftdiagrammet för viktiga MOSFET och transistorer. I förstärkarens förstärkningssteg använde vi högspänningstransistorn MPSA43. Det är en högspännings NPN-transistor som fungerar som en förstärkare. Stiftet ur MPSA43 NPN-transistorn är-

Vi använde två kompletterande Medium Power- transistorer MJE350 och MJE340. MJE350 är en 500 mA PNP-transistor i TO-225-paketet och det identiska NPN-paret Transistor är MJE340. MJE340 har samma specifikation som MJE350, men det är en NPN-mediumeffekttransistor.

Pinout-diagrammen för dem båda ges nedan-

I slutskedet används två Power MOSFETs IRFP244 och IRFP9240. Kombinationen av dessa två ger 100 W RMS-effekt över 4 Ohms Load.

Nödvändiga komponenter för strömförstärkarkrets

1. Vero-kort (prickade eller anslutna vem som helst kan användas)
2. Lödkolv
3. Lödtråd
4. Nipper och Wire stripper verktyg
5. Ledningar
6. Ljudkontakter enligt kraven
7. Fin aluminium kylfläns med 5 mm tjocklek och 90 mm x 45 mm dimension.
8. Strömförsörjning 40V Rail to Rail med + 40V GND -40V power track output
9. 4 Ohms 100 Watt högtalare
10. Motstånd 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R Motstånd 1/4 ^th Watt - 3 st
12. 10R Motstånd 10 Watt
13. 0.33R - 7 Watt - 2 st
14. 0.22R - 10 Watt
15. 100nF 100V kondensator - 2 st
16. 47uF 100V kondensator
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Diod
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 st
26. MPSA43 - 3 st

100W ljudförstärkarkretsdiagram och förklaring

Schemat för denna 100 watts ljudförstärkare har några steg. I början av förstärkningssteget blockerar en filtersektion oönskade frekvensljud. Det här filteravsnittet skapas med hjälp av R3, R4 och C1, C2.

På kretsens andra steg fungerar Q1 och Q2, som är MPSA43-transistorer, som differentialförstärkare och matar signalen till det ytterligare förstärkningssteget.

Därefter görs förstärkningen över två MOSFET, IRFP244N och IRF9240. Dessa två MOSFET är den viktiga delen av kretsen. Dessa två MOSFET fungerar som en push-pull-drivrutin (en allmänt använd förstärkningstopologi eller arkitektur). För att driva dessa två MOSFET Q5 och Q7 används transistorer MJE350 och MJE340. Dessa två effekttransistorer ger tillräcklig grindström för att driva MOSFET. R15 och R14 är strömbegränsningsmotstånden för att skydda MOSFET-grinden från startström. Samma sak händer för R12 och R13 för att skydda uteffekten från inkopplingsströmmenheten. R18 är ett motstånd med hög watt som fungerar som en klämkrets med kondensatorn 100nF. R16 ger också ytterligare överströmsskydd.

Testar 100 watts förstärkarkrets

Vi använde Proteus-simuleringsverktyg för att kontrollera utgången från kretsen. vi mätte produktionen i det virtuella oscilloskopet. Du kan se hela demonstrationsvideon nedan

Vi driver kretsen med +/- 40V och den ingångssinusformade signalen tillhandahålls. Oscilloskopets kanal A (gul) är ansluten över utgången mot 4 ohm belastning och insignalen är ansluten över kanal B (blå).

Vi kan se utgångsskillnaden mellan insignalen och den förstärkta utgången i videon: -

Vi kontrollerade också uteffekten, förstärkarens effekt är mycket beroende av flera saker, som diskuterats tidigare. Det är starkt beroende av högtalarimpedansen, högtalareffektiviteten, förstärkareffektiviteten, konstruktionstopologier, total harmonisk snedvridning etc. Vi kunde inte överväga eller beräkna alla möjliga faktorer som skapas beroenden i förstärkarens effekt. Verkliga kretsar skiljer sig från simuleringen eftersom många faktorer behövs för att överväga när du kontrollerar eller testar utdata.

Beräkning av förstärkarens effekt

Vi använde en enkel formel för att beräkna förstärkarens watt-

Förstärkarens effekt = V ² / R

Vi kopplade en växelströmsmätare över utgången. Växelspänningen som visas i multimetern är topp till topp växelspänning.

Vi tillhandahöll en mycket lågfrekvent sinusformad signal på 25-50Hz. Som vid låg frekvens kommer förstärkaren att leverera mer ström till belastningen och multimetern kommer att kunna detektera växelspänningen ordentligt.

Multimetern visade + 20,9V AC. Så enligt formeln är uteffekten från effektförstärkaren vid 4 Ohms belastning

Förstärkare Effekt = 20,9 ² /4 -förstärkare Effekt = 109,20 (mer än 100W approximativt)

Saker att komma ihåg när du konstruerar 100w ljudförstärkare

1. När du konstruerar kretsen behövs MOSFET-enheter för att anslutas korrekt till kylflänsen vid effektförstärkaren. Den större kylflänsen ger ett bättre resultat. Krafttransistorn Q5 och Q7 måste värmesänkas ordentligt med små U-formade kylflänsar i aluminium.
2. Det är bra att använda ljuskvalitativa boxkondensatorer för ett bättre resultat.
3. Det är alltid ett bra val att använda PCB för ljudrelaterad applikation.
4. Gör spåren efter differentialförstärkaren korta och så nära ingångsspåret som möjligt.
5. Håll ljudsignalledningarna åtskilda från bullriga kraftledningar.
6. Var försiktig med spårtjockleken. Eftersom detta är 100 Watt-design krävs en större strömväg, så maximera spårbredden. Det är bättre att använda 70 mikron kopparkort i dubbelsidig layout med maximalt vias för bättre strömflöde.
7. Markplan måste skapas över kretsen. Håll markens returväg så kort som möjligt.

Uppnå bättre resultat

I denna 100 W-design kan få förbättringar göras för bättre effekt.

1. Lägg till 4700uF frikopplingskondensator med minst 100 V-klassning över det positiva och negativa effektspåret.
2. Använd 1% MFR-motstånd för bättre stabilitet.
3. Byt 1N4002-diod med UF4007.
4. Byt R11 med en 1k potentiometer för att kontrollera den vilande strömmen över MOSFET: erna.
5. Lägg till säkring över utgången, det skyddar kretsen på högtalarens överdrift eller kortslutningstillstånd.

Kontrollera även andra ljudförstärkarkretsar:

• 40 Watt ljudförstärkare med TDA2040
• 25 Watt ljudförstärkarkrets
• 10 Watt ljudförstärkare med Op-Amp
• 50 Watt effektförstärkarkrets med MOSFET