50 Watt effektförstärkarkrets med användning av mosfets

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 50 Watt RMS-uteffektförstärkare med MOSFETs med en 8 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 lastkörning 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.

I ljudelektronik finns olika typer av högtalare tillgängliga 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 att högtalaren kan få mer effekt och förstärkaren ger mer effektöverföringsscenario 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 50W förstärkare

I tidigare handledning skapade vi 10 Watt effektförstärkare, 25 Watt effektförstärkare och 40 Watt effektförstärkare. Men i denna handledning kommer vi att utforma en 50 Watt RMS-utgångsförstärkare med MOSFET. I tidigare handledning använde vi dedikerad effektförstärkare IC, TDA2040 för 25 Watt och för 40 Watt förstärkare, men i denna design kommer vi att använda gratis N- och P-kanal MOSFET för att få 50 Watt effekt. Produktionen kommer att vara ganska stabil och THD kommer att vara minimal. Vi kommer att köra 8 ohm Ladda med den.

Vi använde två mycket populära kompletterande MOSFETs IRF530N och IRF9530N som finns allmänt tillgängliga i lokala butiker och onlinebutiker.

I bilden ovan är den vänstra IRF530N och den högra är IRF9530N. Båda är ett TO-220AB-paket.

Dessa två MOSFET-enheter skapar push-pull-funktion för att driva 8 Ohms 50 Watt RMS-högtalare.

Komponent krävs

För att konstruera kretsen behöver vi följande komponenter-

1. Vero-kort (prickade eller anslutna vem som helst kan användas)
2. Lödkolv
3. Lödtråd
4. Nipper och Wire stripper verktyg
5. Ledningar
6. Fin kylfläns i aluminium med en tjocklek på 2 mm och en dimension på 50 mm x 30 mm.
7. 35V Rail to Rail strömförsörjning med + 35V GND -35V kraftutgång för spår
8. 8 Ohms 50 Watt högtalare
9. Motstånd (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Motstånd (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
11. 100uF 63V kondensator
12. 47uF 63V kondensator - 2st
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Diod
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Luftkärna Induktor 5A klassad
19. BC556 -2 st
20. BC546 - 2 st

Kretsschema och förklaring

Schemat för denna 50 W ljudförstärkare har några steg. I början av förstärkningen blockerar ett lågpassfilter högfrekvent brus. Detta lågpassfilter skapas med R1, R2 och C1. Motstånden R1 och R2 har två operationer, först är det en del av lågpassfiltret, för det andra är det en spänningsdelare samt en strömbegränsare.

På det andra steget i kretsen fungerar Q1 och Q2, som är BC556-transistorer, som en differentialförstärkare.

Därefter görs förstärkningen över två MOSFET: er, IRF530N och IRF9530. Dessa två MOSFETs är kompletterande och matchade par. Två MOSFET har samma specifikation, men en är N-kanal och en annan är P-kanal. Detta är en viktig del av kretsen. Dessa två MOSFET fungerar som en push-pull-drivrutin (en allmänt använd förstärkningstopologi eller -arkitektur). För att driva dessa två MOSFET, Q3 och Q4, används BC546. Dessa två transistorer ger tillräckligt med gate-drivenhet till MOSFET. R15 är ett motstånd med hög watt som fungerar som en fastspänningskrets med kondensatorn 68nF och 1uH-induktor tillsätts för att ge stabil förstärkning till 8 Ohms högtalare.

Testar 50 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 strömkretsen med +/- 35V och den ingående sinusformade signalen tillhandahålls. Oscilloskopets kanal A (gul) är ansluten över utgången mot 8 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 + 20,1V AC. Så enligt formeln är effektförstärkarens utgång vid 8 ohm belastning

Förstärkare Effekt = 20,1 ^två / åtta förstärkare Effekt = 50,50 (50W approximativt)

Saker att komma ihåg när du konstruerar 50w effektförstärkare

1. När du konstruerar kretsen behövs MOSFET-enheter för att anslutas korrekt till kylflänsen vid effektförstärkaren. Den större kylflänsen ger ett bättre resultat.
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 det här är 50 Watt-design krävs en större strömväg, så maximera spårbredden.
7. Markplan måste skapas över kretsen. Håll markens returväg så kort som möjligt.

Uppnå bättre resultat

I denna 50 Watt-design kan få förbättringar göras för bättre effekt.

1. Lägg till 220uF-frikopplingskondensator med minst 63 V-klassning över det positiva och negativa spåret.
2. Använd 1% MFR-motstånd för bättre stabilitet.
3. Byt 1N4002-diod med UF4007.
4. Byt R13 med en 1k potentiometer för att kontrollera den vilande strömmen över MOSFET: erna.
5. Använd toroidal induktor istället för luftkärna med.25uH 5A.
6. 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