Κύκλωμα ενισχυτή ισχύος 50 Watt με χρήση mosfets

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 δημιουργήσουμε έναν ενισχυτή ισχύος εξόδου 50 Watt RMS χρησιμοποιώντας MOSFET με συνδεδεμένο ηχείο αντίστασης 8 Ohms.

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, διαφορετικοί τύποι ηχείων διατίθενται 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,έτσι 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 ενισχυτή 50W

Σε προηγούμενα μαθήματα, δημιουργήσαμε ενισχυτή ισχύος 10 Watt, ενισχυτή ισχύος 25 Watt και ενισχυτή ισχύος 40 Watt. Αλλά σε αυτό το σεμινάριο, θα σχεδιάσουμε έναν ενισχυτή ισχύος εξόδου 50 Watt RMS χρησιμοποιώντας MOSFET. Σε προηγούμενα σεμινάρια, χρησιμοποιήσαμε αποκλειστικό ενισχυτή ισχύος IC, TDA2040 για ενισχυτές 25 Watt και για 40 Watt, αλλά σε αυτόν τον σχεδιασμό, θα χρησιμοποιήσουμε δωρεάν MOSFETs καναλιών N και P για να λάβουμε την ισχύ εξόδου 50Watt. Η έξοδος θα είναι αρκετά σταθερή και το THD θα είναι το ελάχιστο. Θα οδηγήσουμε 8 Ωμ φορτίο μαζί του.

Χρησιμοποιήσαμε δύο ευρέως δημοφιλή συμπληρωματικά MOSFETs IRF530N και IRF9530N τα οποία διατίθενται ευρέως σε τοπικά καταστήματα καθώς και σε διαδικτυακά καταστήματα.

Στην παραπάνω εικόνα, το αριστερό είναι το IRF530N και το δεξί είναι το IRF9530N. Και τα δύο είναι ένα πακέτο TO-220AB.

Αυτά τα δύο MOSFET δημιουργούν λειτουργία push-pull για οδήγηση ηχείου 8 Ohms 50 Watt RMS.

Απαιτείται συστατικό

Για την κατασκευή του κυκλώματος χρειαζόμαστε τα ακόλουθα εξαρτήματα-

1. Πίνακας Vero (μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε διάστικτος ή συνδεδεμένος)
2. Κολλητήρι
3. Σύρμα συγκόλλησης
4. Εργαλείο απογύμνωσης Nipper και Wire
5. Σύρματα
6. Ψιλή ψύκτρα αλουμινίου με πάχος 2 mm και διάσταση 50 mm x 30 mm.
7. Τροφοδοσία 35V Rail to Rail με έξοδο + 35V GND -35V
8. Ηχείο 8 Ohms 50 Watt
9. Αντίσταση (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1.2k, 2.2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Αντίσταση (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
11. Πυκνωτής 100uF 63V
12. Πυκνωτής 47uF 63V - 2 τεμάχια
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Δίοδος
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Air core Inductor 5A βαθμολογία
19. BC556 -2 τεμ
20. BC546 - 2 τεμ

Διάγραμμα κυκλώματος και επεξήγηση

Το σχήμα για αυτόν τον ενισχυτή ήχου 50 watt έχει μερικά στάδια. Στην αρχή της ενίσχυσης, ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης αποκλείει τον θόρυβο υψηλής συχνότητας. Αυτό το φίλτρο χαμηλής διέλευσης δημιουργείται χρησιμοποιώντας τα R1, R2 και C1. Οι αντιστάσεις R1 και R2 έχουν δύο λειτουργίες, πρώτον είναι μέρος φίλτρου χαμηλής διέλευσης, δεύτερον, είναι διαχωριστής τάσης καθώς και περιοριστής ρεύματος.

Στο δεύτερο στάδιο του κυκλώματος, τα Q1 και Q2, τα οποία είναι τρανζίστορ BC556, λειτουργούν ως διαφορικός ενισχυτής.

Στη συνέχεια, η ενίσχυση ισχύος γίνεται σε δύο MOSFET, IRF530N και IRF9530. Αυτά τα δύο MOSFET είναι συμπληρωματικά και ταιριαστά ζεύγη Δύο MOSFET έχουν την ίδια προδιαγραφή, αλλά ένα είναι N-Channel και ένα άλλο P-channel. Αυτό είναι ένα 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, Q3 και Q4, χρησιμοποιείται το BC546. Αυτά τα δύο τρανζίστορ παρέχουν αρκετή κίνηση πύλης στα MOSFET. Το R15 είναι μια αντίσταση υψηλής ισχύος που λειτουργεί ως κύκλωμα σύσφιξης με τον πυκνωτή 68nF και προστίθεται επαγωγέας 1uH για την παροχή σταθερής ενίσχυσης στο μεγάφωνο 8 Ohms.

Δοκιμή του κυκλώματος ενισχυτή 50 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 +/- 35V και παρέχεται ημιτονοειδές σήμα εισόδου. Το κανάλι του παλμογράφου Α (Κίτρινο) συνδέεται κατά μήκος της εξόδου έναντι φορτίου 8 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 + 20.1V AC. Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο, η έξοδος του ενισχυτή ισχύος με φορτίο 8 Ohms είναι

Ενισχυτής Ισχύς = 20,1 ² /8 Ενισχυτής Ισχύς = 50.50 (50W περίπου)

Πράγματα που πρέπει να θυμάστε κατά την κατασκευή ενισχυτή ισχύος 50w

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.
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 50 Watt, απαιτείται μεγαλύτερη διαδρομή ρεύματος, οπότε μεγιστοποιήστε το πλάτος του ίχνους.
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 50 Watt, λίγες βελτιώσεις μπορούν να γίνουν για καλύτερη απόδοση.

1. Προσθέστε 220uF πυκνωτή αποσύνδεσης με τουλάχιστον 63V 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 R13 με ποτενσιόμετρο 1k για να ελέγξετε το ρεύμα ηρεμίας στα MOSFET ισχύος.
5. Χρησιμοποιήστε τοροειδές επαγωγέα αντί για πυρήνα αέρα με.25uH 5A.
6. Προσθέστε ασφάλεια στην έξοδο, θα προστατεύσει το κύκλωμα σε υπερβολική κίνηση 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