100 W galios stiprintuvo grandinė naudojant „mosfet“

Galios stiprintuvas yra garso elektronikos dalis. Jis sukurtas siekiant maksimaliai padidinti galios f duoto įvesties signalo dydį. Garso elektronikoje operacinis stiprintuvas padidina signalo įtampą, tačiau negali užtikrinti srovės, reikalingos apkrovai valdyti. Šioje pamokoje sukursime 100 W RMS išėjimo galios stiprintuvo grandinę naudodami MOSFET ir tranzistorius su prie jo prijungtu 4 omų impedansiniu garsiakalbiu.

Stiprintuvų konstrukcijos topologija

Į stiprintuvo grandinės sistema, maitinimo stiprintuvas yra naudojamas ne paskutinę arba galutiniame etape prieš krūvį. Paprastai garso stiprintuvo sistema naudoja žemiau pateiktą topologiją, parodytą blokinėje diagramoje

Kaip matote aukščiau pateiktoje blokinėje diagramoje, galios stiprintuvas yra paskutinis etapas, tiesiogiai sujungtas su apkrova. Paprastai prieš galios stiprintuvą signalas koreguojamas naudojant išankstinius stiprintuvus ir įtampos valdymo stiprintuvus. Be to, kai kuriais atvejais, kai reikalingas tono valdymas, tono valdymo schema pridedama prieš galios stiprintuvą.

Žinok savo krūvį

Garso stiprintuvo sistemos atveju stiprintuvo apkrova ir apkrovos varomoji galia yra svarbus aspektas statyboje. Pagrindinė galios stiprintuvo apkrova yra garsiakalbis. Galios stiprintuvo išėjimas priklauso nuo apkrovos varžos, todėl netinkamos apkrovos prijungimas gali pakenkti galios stiprintuvo efektyvumui ir stabilumui.

Garsiakalbis yra didžiulė apkrova, kuri veikia kaip indukcinė ir varžinė apkrova. Galios stiprintuvas teikia kintamosios srovės išvestį, todėl garsiakalbio varža yra labai svarbus veiksnys norint tinkamai perduoti energiją.

Varža yra efektyvi kintamosios srovės elektroninės grandinės ar komponento varža, atsirandanti dėl bendro poveikio, susijusio su omine varža ir reaktyvumu.

Be Audio elektronika, skirtingų tipų garsiakalbiai yra skirtingo galingumo ir skirtingos impedanso. Garsiakalbio varža gali būti geriausiai suprantama naudojant vandens srauto santykį vamzdžio viduje. Tiesiog pagalvokite, kad garsiakalbis yra vandens vamzdis, o vamzdžiu tekantis vanduo yra kintamasis garso signalas. Dabar, jei vamzdis taps didesnis skersmens, vanduo lengvai tekės per vamzdį, vandens tūris bus didesnis, o jei mes sumažinsime skersmenį, tuo mažiau vandens tekės per vamzdį, taigi vandens tūris bus žemesnis. Skersmuo yra poveikis, kurį sukuria ominis atsparumas ir reaktyvumas. Jei vamzdis bus didesnis skersmens, varža bus maža, todėl garsiakalbis gali gauti daugiau galios, o stiprintuvas suteikia daugiau energijos perdavimo scenarijų, o jei varža padidėja, tada stiprintuvas suteiks mažiau galios garsiakalbiui.

Rinkoje yra įvairių pasirinkimų, taip pat yra skirtingų garsiakalbių segmentų, paprastai su 4 omų, 8 omų, 16 omų ir 32 omų, iš kurių 4 ir 8 omų garsiakalbiai yra plačiai prieinami pigiais tarifais. Be to, turime suprasti, kad 5 W, 6 W ar 10 W ar dar daugiau stiprintuvas yra RMS (Root Mean Square) galia, kurią stiprintuvas teikia tam tikrai apkrovai nuolat veikdamas.

Taigi, turime būti atsargūs kalbėdami apie garsiakalbių reitingą, stiprintuvo reitingą, garsiakalbio efektyvumą ir varža.

Paprastos 100 W garso stiprintuvo grandinės konstrukcija

Ankstesnėse pamokose mes sukūrėme 10 W galios stiprintuvą, 25 W galios stiprintuvą ir 50 W galios stiprintuvą. Tačiau šioje pamokoje mes sukursime 100 W RMS išėjimo galios stiprintuvą naudodami MOSFET.

Konstruojant 100 W stiprintuvą, naudojami keli tranzistoriai ir MOSFET. Pažiūrėkime apie svarbių MOSFET ir tranzistorių specifikacijas ir kaiščių schemą. Stiprintuvo stiprinimo stadijoje naudojome aukštos įtampos tranzistorių MPSA43. Tai aukštos įtampos NPN tranzistorius, kuris veikia kaip stiprintuvas. Kaištis iš MPSA43 NPN tranzistorius is-

Mes panaudojome du papildomus vidutinės galios tranzistorius MJE350 ir MJE340. MJE350 yra 500 mA PNP tranzistorius TO-225 pakuotėje, o identiškas NPN poros tranzistorius yra MJE340. MJE340 specifikacija yra tokia pati kaip MJE350, tačiau tai yra NPN vidutinės galios tranzistorius.

Abiejų jų „Pinout“ diagramos pateiktos žemiau-

Paskutiniame etape naudojami du „Power MOSFET“ IRFP244 ir IRFP9240. Šių dviejų derinys užtikrina 100 W efektinę RMS galią per 4 omų apkrovą.

Būtini galios stiprintuvo grandinės komponentai

1. „Vero“ lenta (gali būti naudojamas taškuotas ar prijungtas bet kas)
2. Lituoklis
3. Litavimo viela
4. „Nipper“ ir „Wire stripper“ įrankis
5. Laidai
6. Garso jungtys pagal reikalavimus
7. 5 mm storio ir 90 mm x 45 mm dydžio aliuminio šilumos kriauklė.
8. 40 V bėgių-bėgių maitinimo šaltinis su + 40 V GND-40 V galios bėgių išėjimu
9. 4 omų 100 vatų garsiakalbis
10. 1/4 ^-osios galios rezistorius (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R rezistorius 1/4 ^th vatas - 3 vnt
12. 10R rezistorius 10 vatų
13. 0,33R - 7 vatai - 2 vnt
14. 0,22R - 10 vatų
15. 100nF 100V kondensatorius - 2 vnt
16. 47uF 100V kondensatorius
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Diodas
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 vnt
26. MPSA43 - 3 vnt

100 W garso stiprintuvo grandinės schema ir paaiškinimas

Šio 100 vatų garso stiprintuvo schemoje yra keli etapai. Tuo pirmosios stadijos amplifikacijos pradžioje, filtras atkarpos blokavimą nepageidaujamų dažnių triukšmo. Šis filtro skyrius sukurtas naudojant R3, R4 ir C1, C2.

Antrame grandinės etape Q1 ir Q2, kurie yra MPSA43 tranzistoriai, veikia kaip diferencialinis stiprintuvas ir tiekia signalą į tolesnę stiprinimo stadiją.

Tada galios stiprinimas atliekamas dviem MOSFET, IRFP244N ir IRF9240. Šie du MOSFET yra svarbi grandinės dalis. Šie du MOSFET veikia kaip traukos variklis (plačiai naudojama stiprinimo topologija arba architektūra). Šiems dviem MOSFET Q5 ir Q7 vairuoti naudojami tranzistoriai MJE350 ir MJE340. Šie du galios tranzistoriai suteikia pakankamai vartų srovės, kad galėtų valdyti MOSFET. R15 ir R14 yra srovės ribotuvo rezistoriai, apsaugantys MOSFET vartus nuo įsiurbimo srovės. Tas pats atsitinka ir R12, ir R13, siekiant apsaugoti išėjimo apkrovą nuo įsiurbimo srovės pavaros. R18 yra didelio galingumo rezistorius, veikiantis kaip įtempimo grandinė su kondensatoriumi 100nF. R16 taip pat suteikia papildomą apsaugą nuo viršsrovės.

100 vatų stiprintuvo grandinės testavimas

Norėdami patikrinti grandinės išvestį, naudojome „Proteus“ modeliavimo įrankius; matavome išėjimą virtualiame osciloskope. Galite patikrinti visą žemiau pateiktą demonstracinį vaizdo įrašą

Mes maitiname grandinę naudodami +/- 40 V ir pateikiamas sinusinis įvesties signalas. Osciloskopo kanalas A (geltonas) yra sujungtas išėjime prieš 4 omų apkrovą, o įvesties signalas - per kanalą B (mėlynas).

Išvesties skirtumą tarp įvesties signalo ir sustiprintos išvesties galime pamatyti vaizdo įraše: -

Be to, mes patikrinome išėjimo galią, stiprintuvo galia labai priklauso nuo kelių dalykų, kaip aptarta anksčiau. Tai labai priklauso nuo garsiakalbio impedanso, garsiakalbio efektyvumo, stiprintuvo efektyvumo, konstrukcijos topologijų, visų harmoninių iškraipymų ir kt. Mes negalėjome apsvarstyti ar apskaičiuoti visų galimų veiksnių, kurie sukuria stiprintuvo galios priklausomybę. Tikrojo gyvenimo grandinė skiriasi nuo modeliavimo, nes tikrinant ar tikrinant išvestį reikia atsižvelgti į daugelį veiksnių.

Stiprintuvo galios apskaičiavimas

Mes naudojome paprastą formulę, kad apskaičiuotume stiprintuvo galią.

Stiprintuvo galia = V ² / R

Mes išėjime sujungėme kintamosios srovės kelių metrų skaitiklį. Kintama įtampa, rodoma keliuose matuokliuose, yra kintamosios ir kintamosios įtampos.

Mes teikėme labai žemo dažnio sinusoidinį 25-50Hz signalą. Kaip ir žemo dažnio atveju, stiprintuvas į apkrovą tieks daugiau srovės, o multimetras galės tinkamai aptikti kintamosios srovės įtampą.

Multimetras rodė + 20,9V AC. Taigi pagal formulę galios stiprintuvo išėjimas esant 4 omų apkrovai yra

Stiprintuvas galia vatais = 20,9 ² /4 stiprintuvas galia vatais = 109.20 (daugiau nei 100W apytiksliai)

Dalykai, kuriuos reikia atsiminti statant 100 W garso stiprintuvą

1. Konstruojant grandinę, MOSFET reikia tinkamai prijungti prie radiatoriaus galios stiprintuvo etape. Didesnis radiatorius suteikia geresnį rezultatą. Maitinimo tranzistorius Q5 ir Q7 reikia tinkamai nuleisti, naudojant mažus U formos aliuminio radiatorius.
2. Norint pasiekti geresnį rezultatą, gerai naudoti garso klasės reitingo dėžutės tipo kondensatorius.
3. Visada yra geras pasirinkimas naudoti plokštę su garsu susijusiai programai.
4. Padarykite trumpus diferencialinio stiprintuvo pėdsakus ir kuo arčiau įvesties pėdsakų.
5. Garso signalo linijas laikykite atskirtas nuo triukšmingų maitinimo linijų.
6. Būkite atsargūs dėl pėdsakų storio. Kadangi tai yra 100 vatų dizainas, reikia didesnio srovės kelio, todėl maksimaliai padidinkite pėdsakų plotį. Geresniam srovės srautui geriau naudoti 70 mikronų vario plokštę dvipusiu išdėstymu su maksimalia viasa.
7. Visoje grandinėje reikia sukurti įžeminimo plokštumą. Grįžimo kelią laikykite kuo trumpesnį.

Pasiekite geresnių rezultatų

Šioje 100 vatų konstrukcijoje galima padaryti keletą patobulinimų, kad būtų užtikrinta geresnė galia.

1. Pridėkite 4700uF atjungiamąjį kondensatorių, kurio galia ne mažesnė kaip 100 V, per teigiamą ir neigiamą galios kelią.
2. Norėdami užtikrinti didesnį stabilumą, naudokite 1% vardinius MFR rezistorius.
3. Pakeiskite diodą 1N4002 į UF4007.
4. Pakeiskite R11 1k potenciometru, kad valdytumėte ramybės srovę visoje MOSFET.
5. Pridėkite saugiklį visoje išvestyje, jis apsaugos grandinės garsiakalbio viršijimą arba išėjimo trumpojo jungimo būklę.

Taip pat patikrinkite kitas garso stiprintuvų grandines:

• 40 W garso stiprintuvas, naudojant TDA2040
• 25 W garso stiprintuvo grandinė
• 10 vatų garso stiprintuvas naudojant „Op-Amp“
• 50 W galios stiprintuvo grandinė naudojant MOSFET