100 Watt forsterkerkrets ved bruk av mosfet

Effektforsterker er delen av lydelektronikk. Den er designet for å maksimere størrelsen på kraften f gitt inngangssignal. I lydelektronikk øker driftsforsterkeren signalets spenning, men klarer ikke å gi strømmen som kreves for å drive en belastning. I denne opplæringen vil vi bygge en 100W RMS-utgangsforsterkerkrets ved hjelp av MOSFET og transistorer med en 4 ohm impedanshøyttaler koblet til den.

Konstruksjonstopologi for forsterkere

I et forsterkerkjedesystem brukes effektforsterkeren på siste eller siste trinn før belastningen. Generelt bruker Sound Amplifier-systemet nedenstående topologi vist i blokkdiagrammet

Som du kan se i blokkdiagrammet ovenfor, er Forsterker det siste trinnet som er direkte koblet til lasten. Generelt, før effektforsterker, korrigeres signalet ved hjelp av forforsterkere og spenningskontrollforsterkere. I noen tilfeller, der tonekontroll er nødvendig, blir tonekontrollkretsene også lagt til før forsterkeren.

Kjenn din belastning

I tilfelle lydforsterkeranlegg er belastningen og lastekapasiteten til forsterkeren et viktig aspekt i konstruksjonen. Den største belastningen for en forsterker er Loud Speaker. Effektforsterkerens utgang avhenger av lastimpedansen, så tilkobling av feil belastning kan kompromittere effektiviteten til effektforsterkeren så vel som stabiliteten.

Loud Speaker er en enorm belastning som fungerer som en induktiv og resistiv belastning. Effektforsterker leverer vekselstrøm, på grunn av dette er impedansen til høyttaleren en kritisk faktor for riktig strømoverføring.

Impedans er den effektive motstanden til en elektronisk krets eller komponent for vekselstrøm, som oppstår fra de kombinerte effektene relatert til ohmsk motstand og reaktans.

I lydelektronikk, forskjellige typer høyttalere er tilgjengelige i forskjellige wattforbruk med forskjellig impedans. Høyttalerimpedans kan forstås best ved å bruke forholdet mellom vannføring i en rør. Bare tenk høyttaleren som et vannrør, vannet som strømmer gjennom røret er det vekslende lydsignalet. Nå, hvis røret ble større i diameter, vil vannet lett strømme gjennom røret, vannvolumet vil være større, og hvis vi reduserer diameteren, jo mindre vann vil strømme gjennom røret, så volumet av vann vil være Nedre. Diameteren er effekten skapt av ohmsk motstand og reaktans. Hvis røret blir større i diameter, vil impedansen være lav, slik at høyttaleren kan få mer watt og forsterkeren gir mer strømoverføringsscenario, og hvis impedansen blir høy, vil forsterkeren gi mindre strøm til høyttaleren.

Det finnes forskjellige valg, i tillegg til at forskjellige segmenter av høyttalere er tilgjengelige i markedet, vanligvis med 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm og 32 ohm, hvorav 4 og 8 ohm høyttalere er allment tilgjengelige i billige priser. Vi må også forstå at en forsterker med 5 Watt, 6 Watt eller 10 Watt eller enda mer er RMS (Root Mean Square) watt, levert av forsterkeren til en bestemt belastning i kontinuerlig drift.

Så vi må være forsiktige med høyttalervurderingen, forsterkervurderingen, høyttalereffektiviteten og impedansen.

Konstruksjon av enkel 100W lydforsterkerkrets

I tidligere veiledninger laget vi 10W effektforsterker, 25W effektforsterker og 50W effektforsterker. Men i denne opplæringen vil vi designe en 100 Watt RMS-utgangsforsterker ved hjelp av MOSFET.

I konstruksjonen av 100 Watt forsterker brukes flere transistorer og MOSFET. La oss se spesifikasjonen og pin-diagrammet til viktige MOSFET-er og transistorer. I forsterkerens forsterkningstrinn brukte vi høyspenningstransistor MPSA43. Det er en høyspent NPN-transistor som fungerer som en forsterker. Stiften ut av MPSA43 NPN-transistoren er-

Vi brukte to komplementære Medium Power Transistors MJE350 og MJE340. MJE350 er en 500 mA PNP-transistor i TO-225-pakken, og identisk NPN-par-transistor er MJE340. MJE340 har samme spesifikasjon som MJE350, men det er en NPN medium effekt transistor.

Pinout-diagrammene for begge er gitt nedenfor-

I sluttfasen brukes to Power MOSFET-er IRFP244 og IRFP9240. Kombinasjonen av disse to gir RMS-effekt på 100 Watt over 4 Ohm-belastningen.

Nødvendige komponenter for strømforsterkerkrets

1. Vero-kort (prikket eller koblet til hvem som helst kan brukes)
2. Loddejern
3. Loddetråd
4. Nipper og Wire stripper verktøy
5. Ledninger
6. Lydkontakter i henhold til kravene
7. Fin aluminiumsvarmeavleder med 5 mm tykkelse og 90 mm x 45 mm dimensjon
8. 40V Rail to Rail strømforsyning med + 40V GND -40V kraftutgang
9. 4 Ohms 100 Watt høyttaler
10. Motstand 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R Motstand 1/4 ^th Watt - 3 stk
12. 10R Motstand 10 Watt
13. 0.33R - 7 Watt - 2 stk
14. 0.22R - 10 Watt
15. 100nF 100V kondensator - 2 stk
16. 47uF 100V kondensator
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Diode
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 stk
26. MPSA43 - 3 stk

100W lydforsterker kretsdiagram og forklaring

Skjemaet for denne 100 watt lydforsterkeren har noen få trinn. Ved begynnelsen av den første trinns forsterkning blokkerer en filterseksjon uønskede frekvenslyder. Denne filterseksjonen er opprettet ved hjelp av R3, R4 og C1, C2.

På den andre fasen av kretsen fungerer Q1 og Q2, som er MPSA43-transistorer, som differensialforsterker og mater signalet til det videre forsterkningstrinnet.

Deretter utføres kraftforsterkningen på tvers av to MOSFET-er, IRFP244N og IRF9240. Disse to MOSFETene er den viktige delen av kretsen. Disse to MOSFETene fungerer som en push-pull driver (en mye brukt forsterkningstopologi eller arkitektur). For å kjøre disse to MOSFETene Q5 og Q7, brukes transistorer MJE350 og MJE340. Disse to krafttransistorene gir nok portstrøm til å drive MOSFET. R15 og R14 er de nåværende begrensningsmotstandene for å beskytte MOSFET-porten mot inngangsstrøm. Det samme skjer for R12 og R13 for å beskytte utgangsbelastningen fra inngangsstrømstasjonen. R18 er en motstand med høy effekt som fungerer som klemkrets med kondensatoren 100nF. R16 gir også ekstra overstrømsbeskyttelse.

Testing av 100 watt forsterkerkrets

Vi brukte Proteus simuleringsverktøy for å sjekke utgangen av kretsen; vi målte produksjonen i det virtuelle oscilloskopet. Du kan sjekke hele demonstrasjonsvideoen gitt nedenfor

Vi driver strømkretsen med +/- 40V, og det sinusformede signalet blir gitt. Oscilloskopets kanal A (gul) er koblet over utgangen mot 4 ohm belastning og inngangssignalet er koblet over kanal B (blå).

Vi kan se utgangsforskjellen mellom inngangssignalet og den forsterkede utgangen i videoen: -

Vi sjekket også utgangseffekten, forsterkerens effekt er veldig avhengig av flere ting, som diskutert tidligere. Det er sterkt avhengig av høyttalerimpedansen, høyttalereffektivitet, Forsterkereffektivitet, konstruksjonstopologier, totale harmoniske forvrengninger osv. Vi kunne ikke vurdere eller beregne alle mulige faktorer som er skapt avhengigheter i forsterkerens effekt. Virkelige kretsløp er annerledes enn simuleringen, fordi det er mange faktorer som må vurderes når du sjekker eller tester utdataene.

Beregning av forsterkerens effektforbruk

Vi brukte en enkel formel for å beregne effekten til forsterkeren -

Forsterkereffekt = V ² / R

Vi koblet en AC-multimeter på tvers av utgangen. Vekselstrømsspenning vist i multimeteret er topp til topp vekselspenning.

Vi ga veldig lavfrekvent sinusformet signal på 25-50Hz. Som i lav frekvens vil forsterkeren levere mer strøm til belastningen, og multimeteret vil kunne oppdage vekselstrømmen riktig.

Multimeteret viste + 20,9V AC. Så, i henhold til formelen, er utgangen fra effektforsterkeren ved 4 ohm belastning

Forsterker Effekt = 20,9 ^2- / 4 forsterker effekt = 109,20 (mer enn ca. 100 W)

Ting å huske mens du konstruerer 100w lydforsterker

1. Når du konstruerer kretsen, er det nødvendig med MOSFET-er for å bli koblet riktig til varmeavlederen på effektforsterkerstadiet. Den større kjøleribben gir et bedre resultat. Strømtransistoren Q5 og Q7 må varmesenkes ordentlig med små U-formede aluminiums-varmeavleder.
2. Det er bra å bruke lydkarakteristiske kondensatorer for bokstypen for et bedre resultat.
3. Det er alltid et godt valg å bruke PCB for lydrelatert applikasjon.
4. Gjør sporene til differensialforsterkeren korte og så nær inngangssporene som mulig.
5. Hold lydsignallinjene skilt fra støyende kraftledninger.
6. Vær forsiktig med sporets tykkelse. Siden dette er 100 Watt-design, er det nødvendig med en større strømbane, så maksimer sporvidden. Det er bedre å bruke 70 mikron kobberplate i dobbeltsidig utforming med maksimale vias for bedre strømgjennomstrømning.
7. Jordplan må lages over kretsen. Hold bakken tilbake så kort som mulig.

Oppnå bedre resultater

I denne 100 Watt-designen kan få forbedringer gjøres for bedre ytelse.

1. Legg til 4700uF frakoblingskondensator med minst 100 V-klassifisering på tvers av det positive og negative strømsporet.
2. Bruk MFR-motstander på 1% for bedre stabilitet.
3. Bytt 1N4002-diode med UF4007.
4. Bytt R11 med et 1k potensiometer for å kontrollere hvilestrømmen over MOSFET-ene.
5. Legg til sikring over utgangen, det vil beskytte kretsen på høyttaleroverdrift eller kortslutningstilstand.

Sjekk også andre lydforsterkerkretser:

• 40 Watt lydforsterker ved bruk av TDA2040
• 25 Watt lydforsterkerkrets
• 10 Watt lydforsterker ved bruk av Op-Amp
• 50 Watt forsterkerkrets ved bruk av MOSFET