Κύκλωμα ενισχυτή ισχύος 100 Watt χρησιμοποιώντας mosfet

Ο ενισχυτής ισχύος είναι το μέρος των ηλεκτρονικών ήχου. Έχει σχεδιαστεί για να μεγιστοποιεί το μέγεθος της ισχύος που δίνεται σήμα εισόδου. Στα ηλεκτρονικά ήχου, ο λειτουργικός ενισχυτής αυξάνει την τάση του σήματος, αλλά δεν μπορεί να παράσχει το ρεύμα, το οποίο απαιτείται για την οδήγηση ενός φορτίου. Σε αυτό το σεμινάριο, θα κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα ενισχυτή ισχύος εξόδου 100W RMS χρησιμοποιώντας MOSFET και τρανζίστορ με ένα ηχείο αντίστασης 4 Ohms συνδεδεμένο σε αυτό.

Τοπολογία κατασκευής για ενισχυτές

Σε ένα σύστημα αλυσίδας ενισχυτή, ο ενισχυτής ισχύος χρησιμοποιείται στο τελευταίο ή τελευταίο στάδιο πριν από το φορτίο. Γενικά, το σύστημα Sound Amplifier χρησιμοποιεί την παρακάτω τοπολογία που φαίνεται στο διάγραμμα μπλοκ

Όπως μπορείτε να δείτε στο παραπάνω διάγραμμα μπλοκ, το Power Amplifier είναι το τελευταίο στάδιο που συνδέεται άμεσα με το φορτίο. Γενικά, πριν από τον Ενισχυτή Ισχύος, το σήμα διορθώνεται χρησιμοποιώντας ενισχυτές Pre Amplifiers και Voltage. Επίσης, σε ορισμένες περιπτώσεις, όπου απαιτείται έλεγχος τόνου, το κύκλωμα ελέγχου τόνου προστίθεται πριν από τον Ενισχυτή ισχύος.

Γνωρίστε το φορτίο σας

Στην περίπτωση του συστήματος ενισχυτή ήχου, το φορτίο και η ικανότητα οδήγησης φορτίου του ενισχυτή είναι μια σημαντική πτυχή στην κατασκευή. Το κύριο φορτίο για έναν ενισχυτή ισχύος είναι το ηχείο. Η έξοδος του ενισχυτή ισχύος εξαρτάται από την αντίσταση φορτίου, οπότε η σύνδεση ενός ακατάλληλου φορτίου θα μπορούσε να θέσει σε κίνδυνο την απόδοση του ενισχυτή ισχύος καθώς και τη σταθερότητα.

Το δυνατό ηχείο είναι ένα τεράστιο φορτίο που λειτουργεί ως επαγωγικό και ανθεκτικό φορτίο. Ο ενισχυτής ισχύος παρέχει έξοδο AC, λόγω αυτού η αντίσταση του ηχείου είναι κρίσιμος παράγοντας για τη σωστή μεταφορά ισχύος.

Η αντίσταση είναι η αποτελεσματική αντίσταση ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος ή εξαρτήματος για εναλλασσόμενο ρεύμα, η οποία προκύπτει από τα συνδυασμένα εφέ που σχετίζονται με την ωμική αντίσταση και την αντίδραση.

Στα ηλεκτρονικά ήχου, διατίθενται διάφοροι τύποι μεγαφώνων σε διαφορετική ισχύ με διαφορετική αντίσταση. Η αντίσταση των ηχείων μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητή χρησιμοποιώντας τη σχέση μεταξύ της ροής του νερού μέσα σε έναν σωλήνα. Απλώς σκεφτείτε το μεγάφωνο ως σωλήνα νερού, το νερό που ρέει μέσω του σωλήνα είναι το εναλλασσόμενο σήμα ήχου. Τώρα, εάν ο σωλήνας γίνει μεγαλύτερος σε διάμετρο, το νερό θα ρέει εύκολα μέσω του σωλήνα, ο όγκος του νερού θα είναι μεγαλύτερος και εάν μειώσουμε τη διάμετρο, τόσο λιγότερο νερό θα ρέει μέσω του σωλήνα, έτσι ο όγκος του νερού θα είναι πιο χαμηλα. Η διάμετρος είναι το αποτέλεσμα που δημιουργείται από την ωμική αντίσταση και την αντίδραση. Εάν ο σωλήνας μεγαλώσει σε διάμετρο, η σύνθετη αντίσταση θα είναι χαμηλή, οπότε το ηχείο μπορεί να πάρει περισσότερη ισχύ και ο ενισχυτής παρέχει περισσότερο σενάριο μεταφοράς ισχύος και εάν η αντίσταση αυξηθεί τότε ο ενισχυτής θα παρέχει λιγότερη ισχύ στο ηχείο.

Υπάρχουν διαφορετικές επιλογές, καθώς και διαφορετικό τμήμα ηχείων είναι διαθέσιμο στην αγορά, γενικά με 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms και 32 ohms, από τα οποία τα ηχεία 4 και 8 ohms είναι ευρέως διαθέσιμα σε φτηνές τιμές. Επίσης, πρέπει να καταλάβουμε ότι, ένας ενισχυτής με 5 Watt, 6 Watt ή 10 Watt ή ακόμα περισσότερο είναι η ισχύς RMS (Root Mean Square), που παραδίδεται από τον ενισχυτή σε ένα συγκεκριμένο φορτίο σε συνεχή λειτουργία.

Επομένως, πρέπει να είμαστε προσεκτικοί σχετικά με την βαθμολογία των ηχείων, την ένταση του ενισχυτή, την απόδοση των ηχείων και την αντίσταση.

Κατασκευή απλού κυκλώματος ενισχυτή ήχου 100W

Σε προηγούμενα μαθήματα, δημιουργήσαμε ενισχυτή ισχύος 10W, ενισχυτή ισχύος 25W και ενισχυτής ισχύος 50W. Αλλά σε αυτό το σεμινάριο, θα σχεδιάσουμε έναν ενισχυτή ισχύος εξόδου 100 Watt RMS χρησιμοποιώντας MOSFET.

Στην κατασκευή ενισχυτή 100 Watt, χρησιμοποιούνται πολλαπλά τρανζίστορ και MOSFET. Ας δούμε τις προδιαγραφές και το διάγραμμα καρφιτσών σημαντικών MOSFET και τρανζίστορ. Στο στάδιο ενίσχυσης του ενισχυτή, χρησιμοποιήσαμε τρανζίστορ υψηλής τάσης MPSA43. Είναι ένα τρανζίστορ υψηλής τάσης NPN που λειτουργεί ως ενισχυτής. Ο πείρος από το τρανζίστορ MPSA43 NPN είναι-

Χρησιμοποιήσαμε δύο συμπληρωματικά τρανζίστορ μέσης ισχύος MJE350 και MJE340. Το MJE350 είναι ένα τρανζίστορ PNP 500 mA στο πακέτο TO-225 και το ίδιο τρανζίστορ ζεύγους NPN είναι MJE340. Το MJE340 έχει την ίδια προδιαγραφή με το MJE350, αλλά είναι ένα τρανζίστορ μέσης ισχύος NPN.

Τα διαγράμματα Pinout και για τα δύο δίνονται παρακάτω-

Στο τελικό στάδιο, χρησιμοποιούνται δύο Power MOSFET IRFP244 και IRFP9240. Ο συνδυασμός αυτών των δύο παρέχει ισχύ εξόδου 100 Watt RMS σε φορτίο 4 Ohms.

Απαιτούμενα εξαρτήματα για κύκλωμα ενισχυτή ισχύος

1. Πίνακας Vero (μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε διάστικτος ή συνδεδεμένος)
2. Κολλητήρι
3. Σύρμα συγκόλλησης
4. Εργαλείο απογύμνωσης Nipper και Wire
5. Σύρματα
6. Υποδοχές ήχου σύμφωνα με τις απαιτήσεις
7. Ψύκτρα ψιλής αλουμινίου με πάχος 5 mm και διάσταση 90 mm x 45 mm.
8. 40V Rail to Rail τροφοδοτικό με έξοδο + 40V GND -40V
9. Ηχείο 4 Ohms 100 Watt
10. Αντίσταση 1/4 ^ου Watt (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R Αντίσταση 1/4 ^ου Watt - 3 τεμ
12. Αντίσταση 10R 10 Watt
13. 0,33R - 7 Watt - 2 τεμ
14. 0,22R - 10 Watt
15. Πυκνωτής 100nF 100V - 2 τεμ
16. Πυκνωτής 47uF 100V
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Δίοδος
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 τεμ
26. MPSA43 - 3 τεμ

Διάγραμμα και επεξήγηση κυκλώματος ενισχυτή ήχου 100W

Το σχήμα για αυτόν τον ενισχυτή ήχου 100 watt έχει μερικά στάδια. Στην αρχή του πρώτου σταδίου ενίσχυσης, ένα τμήμα φίλτρου αποκλείει ανεπιθύμητους θορύβους συχνότητας. Αυτή η ενότητα φίλτρου δημιουργείται χρησιμοποιώντας τα R3, R4 και C1, C2.

Στο δεύτερο στάδιο του κυκλώματος, τα Q1 και Q2, τα οποία είναι τρανζίστορ MPSA43, λειτουργούν ως διαφορικός ενισχυτής και τροφοδοτούν το σήμα στο περαιτέρω στάδιο ενίσχυσης.

Στη συνέχεια, η ενίσχυση ισχύος γίνεται σε δύο MOSFET, IRFP244N και IRF9240. Αυτά τα δύο MOSFET είναι το σημαντικό μέρος του κυκλώματος. Αυτά τα δύο MOSFET λειτουργούν ως push-pull driver (Μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τοπολογία ή αρχιτεκτονική ενίσχυσης). Για την οδήγηση αυτών των δύο MOSFET Q5 και Q7, χρησιμοποιούνται τρανζίστορ MJE350 και MJE340. Αυτά τα δύο τρανζίστορ ισχύος παρέχουν αρκετό ρεύμα πύλης για την κίνηση των MOSFET. Τα R15 και R14 είναι οι τρέχουσες αντιστάσεις περιορισμού για την προστασία της πύλης MOSFET από το ρεύμα εισόδου. Το ίδιο συμβαίνει και για τα R12 και R13 για την προστασία του φορτίου εξόδου από την τρέχουσα κίνηση εισόδου. Το R18 είναι μια αντίσταση υψηλής ισχύος που λειτουργεί ως κύκλωμα σύσφιξης με τον πυκνωτή 100nF. Το R16 παρέχει επίσης πρόσθετη προστασία υπερέντασης.

Δοκιμή του κυκλώματος ενισχυτή 100 watt

Χρησιμοποιήσαμε εργαλεία προσομοίωσης Proteus για να ελέγξουμε την έξοδο του κυκλώματος. μετρήσαμε την έξοδο στο εικονικό παλμογράφο. Μπορείτε να δείτε το πλήρες βίντεο επίδειξης που δίνεται παρακάτω

Τροφοδοτούμε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας +/- 40V και παρέχεται ημιτονοειδές σήμα εισόδου. Το κανάλι του παλμογράφου Α (Κίτρινο) συνδέεται κατά μήκος της εξόδου έναντι φορτίου 4 ohms και το σήμα εισόδου συνδέεται κατά μήκος του καναλιού Β (Μπλε).

Μπορούμε να δούμε τη διαφορά εξόδου μεταξύ του σήματος εισόδου και της ενισχυμένης εξόδου στο βίντεο: -

Επίσης, ελέγξαμε την ισχύ εξόδου, η ισχύς ενισχυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πολλά πράγματα, όπως συζητήθηκε προηγουμένως. Εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αντίσταση των ηχείων, την απόδοση των ηχείων, την απόδοση του ενισχυτή, τις τοπολογίες κατασκευής, τις ολικές αρμονικές παραμορφώσεις κ.λπ. Το πραγματικό κύκλωμα ζωής είναι διαφορετικό από την προσομοίωση επειδή πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες κατά τον έλεγχο ή τον έλεγχο της εξόδου.

Υπολογισμός Ισχύος Ενισχυτή

Χρησιμοποιήσαμε έναν απλό τύπο για τον υπολογισμό της ισχύος του ενισχυτή-

Ενισχυτής Wattage = V ² / R

Συνδέσαμε ένα πολύμετρο AC σε όλη την έξοδο. Η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος που εμφανίζεται στο πολύμετρο είναι τάση εναλλασσόμενου ρεύματος από κορυφή σε κορυφή.

Παρέχουμε ημιτονοειδές σήμα πολύ χαμηλής συχνότητας 25-50Hz. Όπως και σε χαμηλή συχνότητα, ο ενισχυτής θα αποδίδει περισσότερο ρεύμα στο φορτίο και το πολύμετρο θα μπορεί να ανιχνεύει σωστά την τάση AC.

Το πολύμετρο έδειξε + 20.9V AC. Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο, η έξοδος του ενισχυτή ισχύος με φορτίο 4 Ohms είναι

Ενισχυτής Ισχύς = 20,9 ² /4 Ενισχυτής Ισχύς = 109.20 (πάνω από 100W περίπου)

Πράγματα που πρέπει να θυμάστε κατά την κατασκευή 100w ενισχυτή ήχου

1. Κατά την κατασκευή του κυκλώματος, τα MOSFETs πρέπει να συνδεθούν σωστά με τη ψύκτρα στο στάδιο του ενισχυτή ισχύος. Η μεγαλύτερη ψύκτρα παρέχει ένα καλύτερο αποτέλεσμα. Το τρανζίστορ ισχύος Q5 και Q7 πρέπει να ψύχεται σωστά με μικρές ψύκτρες αλουμινίου σχήματος U.
2. Είναι καλό να χρησιμοποιείτε πυκνωτές τύπου box με βαθμολογία ήχου για καλύτερο αποτέλεσμα.
3. Είναι πάντα μια καλή επιλογή για χρήση PCB για εφαρμογή που σχετίζεται με τον ήχο.
4. Κάντε τα ίχνη του διαφορικού ενισχυτή σύντομα και όσο το δυνατόν πιο κοντά στο ίχνος εισόδου.
5. Διατηρήστε τις γραμμές σήματος ήχου ξεχωριστές από τις θορυβώδεις γραμμές τροφοδοσίας.
6. Προσέξτε το πάχος των ιχνών. Επειδή πρόκειται για σχεδιασμό 100 Watt, απαιτείται μεγαλύτερη διαδρομή ρεύματος, οπότε μεγιστοποιήστε το πλάτος του ίχνους. Είναι καλύτερα να χρησιμοποιήσετε χαλκό χαρτονιού 70 μικρών σε διάταξη διπλής όψης με μέγιστο διάκενο για καλύτερη ροή ρεύματος.
7. Το επίπεδο γείωσης πρέπει να δημιουργηθεί σε όλη την πίστα. Διατηρήστε τη διαδρομή επιστροφής του εδάφους όσο το δυνατόν συντομότερη.

Επιτύχετε καλύτερα αποτελέσματα

Σε αυτόν τον σχεδιασμό 100 Watt, λίγες βελτιώσεις μπορούν να γίνουν για καλύτερη απόδοση

1. Προσθέστε 4700uF πυκνωτή αποσύνδεσης με τουλάχιστον 100V βαθμολογία στο θετικό και αρνητικό ίχνος ισχύος.
2. Χρησιμοποιήστε αντιστάσεις MFR με βαθμολογία 1% για καλύτερη σταθερότητα.
3. Αλλάξτε τη δίοδο 1N4002 με UF4007.
4. Αλλάξτε το R11 με ποτενσιόμετρο 1k για να ελέγξετε το ρεύμα ηρεμίας στα MOSFET ισχύος.
5. Προσθέστε ασφάλεια στην έξοδο, θα προστατεύσει το κύκλωμα σε υπερβολική ταχύτητα ηχείου ή σε κατάσταση βραχυκυκλώματος εξόδου.

Επίσης, ελέγξτε άλλα κυκλώματα ενισχυτών ήχου:

• Ενισχυτής ήχου 40 Watt με χρήση TDA2040
• Κύκλωμα ενισχυτή ήχου 25 Watt
• Ενισχυτής ήχου 10 Watt με χρήση Op-Amp
• Κύκλωμα ενισχυτή ισχύος 50 Watt χρησιμοποιώντας MOSFET