- Konštrukčná topológia pre zosilňovače
- Poznaj svoju záťaž
- Konštrukcia jednoduchého obvodu zosilňovača zvuku 100 W
- Požadované komponenty pre obvod výkonového zosilňovača
- Schéma zapojenia a vysvetlenie zvukového zosilňovača 100 W
- Testovanie 100-wattového zosilňovacieho obvodu
- Výpočet výkonu zosilňovača
- Na čo treba pamätať pri konštrukcii 100w zvukového zosilňovača
- Dosahujte lepšie výsledky
Výkonový zosilňovač je súčasťou audio elektroniky. Je navrhnutý tak, aby maximalizoval veľkosť výkonu f daného vstupného signálu. V zvukovej elektronike operačný zosilňovač zvyšuje napätie signálu, ale nedokáže poskytnúť prúd, ktorý je potrebný na pohon záťaže. V tomto tutoriále zostavíme obvod zosilňovača výstupného výkonu 100 W RMS pomocou MOSFETov a tranzistorov s pripojeným reproduktorom s impedanciou 4 Ohmy.
Konštrukčná topológia pre zosilňovače
V reťazcovom systéme zosilňovača sa výkonový zosilňovač používa v poslednej alebo poslednej fáze pred záťažou. Všeobecne platí, že systém zosilňovača zvuku používa nižšie uvedenú topológiu uvedenú v blokovej schéme
Ako vidíte na vyššie uvedenom blokovom diagrame, výkonový zosilňovač je posledným stupňom, ktorý je priamo pripojený k záťaži. Všeobecne je pred výkonovým zosilňovačom signál korigovaný pomocou predzosilňovačov a zosilňovačov riadenia napätia. Tiež v niektorých prípadoch, keď je potrebné riadenie tónu, sa obvod riadenia tónu pridá pred výkonový zosilňovač.
Poznaj svoju záťaž
V prípade systému zosilňovača zvuku je dôležitým prvkom v konštrukcii zaťaženie a kapacita zaťaženia zosilňovača. Major zaťaženie pre výkonový zosilňovač je Reproduktor. Výstup výkonového zosilňovača závisí od impedancie záťaže, takže pripojenie nesprávnej záťaže by mohlo ohroziť účinnosť výkonového zosilňovača aj jeho stabilitu.
Loud Speaker je veľká záťaž, ktorá funguje ako indukčná a odporová záťaž. Výkonový zosilňovač poskytuje striedavý výstup, kvôli čomu je impedancia reproduktora rozhodujúcim faktorom pre správny prenos energie.
Impedancia je efektívny odpor elektronického obvodu alebo komponentu na striedavý prúd, ktorý vzniká kombinovanými účinkami súvisiacimi s ohmickým odporom a reaktanciou.
In Audio elektronika, sú k dispozícii rôzne typy reproduktorov s rôznym príkonom a rôznou impedanciou. Impedanciu reproduktorov najlepšie pochopíme pomocou vzťahu medzi prietokom vody vo vnútri potrubia. Stačí si predstaviť reproduktor ako vodnú fajku, voda pretekajúca potrubím je striedavý zvukový signál. Teraz, ak bude mať potrubie väčší priemer, bude voda ľahko pretekať potrubím, objem vody bude väčší a ak zmenšíme priemer, tým menej vody pretečie potrubím, takže objem vody bude menší nižšie. Priemer je efekt vytvorený ohmickým odporom a reaktanciou. Ak bude mať potrubie väčší priemer, bude impedancia nízka, takže reproduktor môže získať vyšší výkon a zosilňovač poskytne vyšší scenár prenosu energie. Ak sa impedancia zvýši, zosilňovač poskytne reproduktoru menej energie.
Na trhu je k dispozícii rôzne možnosti a tiež rôzne segmenty reproduktorov, zvyčajne so 4 ohmami, 8 ohmami, 16 ohmami a 32 ohmami, z ktorých sú široko dostupné 4 a 8 ohmové reproduktory za lacné ceny. Musíme tiež pochopiť, že zosilňovač s výkonom 5 W, 6 W alebo 10 W alebo viac predstavuje príkon RMS (Root Mean Square), ktorý dodáva zosilňovač na konkrétnu záťaž v nepretržitej prevádzke.
Musíme si dávať pozor na hodnotenie reproduktorov, hodnotenie zosilňovačov, účinnosť reproduktorov a impedanciu.
Konštrukcia jednoduchého obvodu zosilňovača zvuku 100 W
V predchádzajúcich tutoriáloch sme vyrobili 10W výkonový zosilňovač, 25W výkonový zosilňovač a 50W výkonový zosilňovač. Ale v tomto tutoriáli navrhneme zosilňovač výstupného výkonu 100 W RMS pomocou MOSFETov.
Pri konštrukcii 100 W zosilňovača sa používa viac tranzistorov a MOSFET. Pozrime sa na špecifikáciu a pinový diagram dôležitých MOSFETov a tranzistorov. V zosilňovacom stupni zosilňovača sme použili vysokonapäťový tranzistor MPSA43. Jedná sa o vysokonapäťový NPN tranzistor, ktorý funguje ako zosilňovač. Pin z tranzistora MPSA43 NPN je -
Použili sme dva doplnkové stredne výkonné tranzistory MJE350 a MJE340. MJE350 je 500 mA PNP tranzistor v balení TO-225 a identický NPN párový tranzistor je MJE340. MJE340 má rovnakú špecifikáciu ako MJE350, ale je to tranzistor so stredným výkonom NPN.
Pinoutové diagramy pre obe z nich sú uvedené nižšie -
V záverečnej fáze sa použijú dva výkonové MOSFETy IRFP244 a IRFP9240. Kombinácia týchto dvoch riešení poskytuje výkon 100 W RMS pri zaťažení 4 Ohmy.
Požadované komponenty pre obvod výkonového zosilňovača
- Doska Vero (môže byť použitý každý s bodkou alebo pripojený)
- Spájkovačka
- Spájkovací drôt
- Nástroj na odizolovanie a odizolovanie drôtov
- Drôty
- Audio konektory podľa požiadaviek
- Chladič z jemného hliníka s hrúbkou 5 mm a rozmermi 90 mm x 45 mm.
- 40V napájací zdroj Rail-Rail s výstupom napájacej stopy +40 V GND -40V
- 4 ohmový 100 W reproduktor
- Rezistor 1/4 th Watt (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
- 330R rezistor 1/4 th Watt - 3ks
- 10R rezistor 10 Watt
- 0,33 R - 7 Watt - 2 ks
- 0,22 R - 10 Watt
- 100nF 100V kondenzátor - 2 ks
- 47uF 100V kondenzátor
- 470pF 100V
- 470nF 63V
- 10pF 100V
- Dióda 1n4002
- IRFP244
- IRF9240
- MJE350
- MJE340
- BC546 - 2 ks
- MPSA43 - 3 ks
Schéma zapojenia a vysvetlenie zvukového zosilňovača 100 W
Schéma tohto 100-wattového zvukového zosilňovača má niekoľko fáz. Na začiatku prvého stupňa zosilnenia blokuje časť filtra nežiaduce frekvenčné zvuky. Táto časť filtra je vytvorená pomocou R3, R4 a C1, C2.
Na druhom stupni obvodu pracujú Q1 a Q2, čo sú tranzistory MPSA43, ako diferenciálny zosilňovač a privádzajú signál do ďalšieho zosilňovacieho stupňa.
Ďalej sa výkonové zosilnenie uskutoční cez dva MOSFETy, IRFP244N a IRF9240. Tieto dva MOSFETy sú dôležitou súčasťou obvodu. Tieto dva MOSFETy fungujú ako ovládač typu push-pull (široko používaná topológia alebo architektúra zosilnenia). Na pohon týchto dvoch MOSFETov Q5 a Q7 sa používajú tranzistory MJE350 a MJE340. Tieto dva výkonové tranzistory poskytujú dostatok hradlového prúdu na napájanie MOSFETov. R15 a R14 sú rezistory obmedzovača prúdu na ochranu brány MOSFET pred zapínacím prúdom. To isté sa deje s R12 a R13 na ochranu výstupného zaťaženia pred pohonom so zapínacím prúdom. R18 je rezistor s vysokým príkonom, ktorý slúži ako upínací obvod s kondenzátorom 100nF. R16 tiež poskytujú dodatočnú nadprúdovú ochranu.
Testovanie 100-wattového zosilňovacieho obvodu
Na kontrolu výstupu obvodu sme použili simulačné nástroje Proteus; namerali sme výstup vo virtuálnom osciloskope. Môžete si pozrieť kompletné ukážkové video uvedené nižšie
Napájame obvod pomocou +/- 40 V a je zabezpečený vstupný sínusový signál. Kanál A (žltý) osciloskopu je pripojený na výstup proti zaťaženiu 4 ohmy a vstupný signál je pripojený na kanál B (modrý).
Na videu môžeme vidieť výstupný rozdiel medzi vstupným signálom a zosilneným výstupom: -
Tiež sme skontrolovali výstupný výkon, výkon zosilňovača je vysoko závislý na viacerých veciach, ako už bolo uvedené. Je to veľmi závislé od impedancie reproduktora, účinnosti reproduktora, účinnosti zosilňovača, konštrukčných topológií, celkového harmonického skreslenia atď. Nemohli sme brať do úvahy alebo vypočítať všetky možné faktory, z ktorých sa vytvárajú závislosti vo príkone zosilňovača. Obvod skutočného života sa líši od simulácie, pretože pri kontrole alebo testovaní výstupu je potrebné zohľadniť veľa faktorov.
Výpočet výkonu zosilňovača
Použili sme jednoduchý vzorec na výpočet príkonu zosilňovača -
Príkon zosilňovača = V 2 / R
Cez výstup sme pripojili AC multimetr. Striedavé napätie zobrazené na multimetri je špičkové striedavé napätie.
Poskytli sme veľmi nízkofrekvenčný sínusový signál 25 - 50 Hz. Rovnako ako pri nízkej frekvencii, zosilňovač dodá do záťaže väčší prúd a multimetr bude schopný správne detekovať striedavé napätie.
Multimetr ukazoval + 20,9 V AC. Takže podľa vzorca je výstup výkonového zosilňovača pri zaťažení 4 Ohmy
Zosilňovač Výkon = 20,9 2 /4 Zosilňovač Príkon = 109,20 (viac ako približne 100W)
Na čo treba pamätať pri konštrukcii 100w zvukového zosilňovača
- Pri konštrukcii obvodu je potrebné, aby boli MOSFETy správne spojené s chladičom v zosilňovači. Väčší chladič poskytuje lepší výsledok. Výkonové tranzistory Q5 a Q7 je potrebné správne chladiť pomocou malých hliníkových chladičov v tvare U.
- Pre lepšie výsledky je dobré používať kondenzátorové skrinky kondenzátora.
- Pre aplikáciu súvisiacu so zvukom je vždy dobrá voľba použiť PCB.
- Stopy diferenciálneho zosilňovača skráťte čo najbližšie k vstupnej stope.
- Vedenia zvukových signálov udržujte oddelené od hlučných vedení.
- Dávajte pozor na hrúbku stôp. Pretože sa jedná o 100 Wattový design, je potrebná väčšia prúdová cesta, takže maximalizujte šírku stopy. Je lepšie použiť 70-mikrónovú medenú dosku v obojstrannom usporiadaní s maximálnym počtom priechodov pre lepší tok prúdu.
- Cez okruh je potrebné vytvoriť základnú rovinu. Udržujte spätnú cestu zeme čo najkratšiu.
Dosahujte lepšie výsledky
V tomto 100 wattovom prevedení je možné vykonať niekoľko vylepšení pre lepší výkon.
- Pridajte kladný a záporný výkonový oddeľovací kondenzátor 4700uF s hodnotením najmenej 100V.
- Pre lepšiu stabilitu používajte 1% hodnotené MFR rezistory.
- Zmeňte diódu 1N4002 za UF4007.
- Zmeňte R11 pomocou potenciometra 1k, aby ste riadili kľudový prúd cez výkonové MOSFETy.
- Pridajte poistku na výstup, bude to chrániť obvod pri preťažení reproduktora alebo pri skratovom výstupe.
Skontrolujte tiež ďalšie obvody zosilňovačov zvuku:
- 40 Wattový zvukový zosilňovač pomocou TDA2040
- Obvod zosilňovača zvuku 25 Watt
- 10 W audio zosilňovač pomocou zosilňovača Op-Amp
- Obvod výkonového zosilňovača 50 W s využitím MOSFETov