50 vatų galios stiprintuvo grandinė naudojant mosfetus

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 50 W RMS išėjimo galios stiprintuvą naudodami MOSFET su prie jo prijungtu 8 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.

„Audio electronics“ skirtingi garsiakalbių tipai yra skirtingos galios 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 padidės, 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.

Paprasto 50W stiprintuvo konstrukcija

Ankstesnėse pamokose mes sukūrėme 10 W galios stiprintuvą, 25 W galios stiprintuvą ir 40 W galios stiprintuvą. Tačiau šioje pamokoje mes sukursime 50 W RMS išėjimo galios stiprintuvą naudodami MOSFET. Ankstesnėse pamokose mes naudojome specialų galios stiprintuvą IC, TDA2040 25 vatų ir 40 vatų stiprintuvams, tačiau šiame dizaine mes naudosime nemokamas N ir P kanalų MOSFET poras, kad gautume 50 vatų galingumą. Išvestis bus gana stabili, o THD bus minimali. Mes vairuosime 8 omų apkrovą.

Mes naudojome du labai populiarius papildomus MOSFET IRF530N ir IRF9530N, kurie yra plačiai prieinami vietinėse parduotuvėse ir internetinėse parduotuvėse.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje kairysis yra IRF530N, o dešinysis - IRF9530N. Abu jie yra TO-220AB paketas.

Šie du MOSFET sukuria „push-pull“ operaciją, kad valdytų 8 omų 50 vatų RMS garsiakalbį.

Būtinas komponentas

Norėdami sukurti grandinę, turime šiuos komponentus:

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. Puikios aliuminio šilumos kriauklė, kurios storis 2 mm ir matmuo 50 mm x 30 mm.
7. 35 V bėgio - bėgio maitinimo šaltinis su + 35 V GND - 35 V galios bėgių išėjimu
8. 8 omų 50 vatų garsiakalbis
9. Rezistoriai (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Rezistoriai (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
11. 100uF 63V kondensatorius
12. 47uF 63V kondensatorius - 2vnt
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Diodas
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH oro šerdies induktorius 5A
19. BC556 -2 vnt
20. BC546 - 2 vnt

Grandinės schema ir paaiškinimas

Šio 50 vatų garso stiprintuvo schemoje yra keli etapai. Stiprinimo pradžioje žemo dažnio filtras blokuoja aukšto dažnio triukšmą. Šis žemo dažnio filtras sukurtas naudojant R1, R2 ir C1. Rezistoriai R1 ir R2 turi dvi operacijas, pirma, tai yra žemo dažnio filtro dalis, antra, tai įtampos daliklis, taip pat srovės ribotuvas.

Antrame grandinės etape Q1 ir Q2, kurie yra BC556 tranzistoriai, veikia kaip diferencialinis stiprintuvas.

Tada galios stiprinimas atliekamas dviem MOSFET, IRF530N ir IRF9530. Šie du MOSFET yra vienas kitą papildantys ir derinami. Dviejų MOSFET specifikacijos yra tos pačios, bet viena yra N-kanalų, kita - P-kanalų. Tai yra svarbi grandinės dalis. Šie du MOSFET veikia kaip traukos variklis (plačiai naudojama stiprinimo topologija arba architektūra). Norėdami vairuoti šiuos du MOSFET, Q3 ir Q4, naudojamas BC546. Šie du tranzistoriai suteikia pakankamai vartų pavaros į MOSFET. R15 yra didelio galingumo rezistorius, veikiantis kaip prispaudimo grandinė su kondensatoriumi 68nF, o 1 ohH induktorius pridedamas, kad būtų užtikrintas stabilus 8 omų garsiakalbio stiprinimas.

50 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 +/- 35 V ir pateikiamas sinusinis įvesties signalas. Osciloskopo kanalas A (geltonas) yra sujungtas išėjime prieš 8 omų apkrovą, o įvesties signalas - per B kanalą (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

Norėdami apskaičiuoti stiprintuvo galią, naudojome paprastą formulę -

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 + 20,1 V AC. Taigi pagal formulę galios stiprintuvo išėjimas esant 8 omų apkrovai yra

Stiprintuvas galia vatais = 20,1 ² /8 stiprintuvas galia vatais = 50.50 (50W apytiksliai)

Dalykai, kuriuos reikia atsiminti statant 50 W galios stiprintuvą

1. Konstruojant grandinę, MOSFET reikia tinkamai prijungti prie radiatoriaus galios stiprintuvo etape. Didesnis radiatorius suteikia geresnį rezultatą.
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 50 vatų dizainas, reikalingas didesnis srovės kelias, todėl maksimaliai padidinkite pėdsakų plotį.
7. Visoje grandinėje reikia sukurti įžeminimo plokštumą. Grįžimo kelią laikykite kuo trumpesnį.

Pasiekite geresnių rezultatų

Šioje 50 vatų konstrukcijoje galima padaryti keletą patobulinimų, kad būtų užtikrinta geresnė galia.

1. Pridėkite 220uF atsiejimo kondensatorių, kurio vardinis ir neigiamas galios kelias yra mažiausiai 63 V.
2. Norėdami užtikrinti didesnį stabilumą, naudokite 1% vardinius MFR rezistorius.
3. Pakeiskite diodą 1N4002 į UF4007.
4. Pakeiskite R13 1k potenciometru, kad valdytumėte ramybės srovę visoje MOSFET.
5. Naudokite toroidinį induktorių, o ne oro šerdį su.25uH 5A.
6. Pridėkite saugiklį prie išvesties, 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“