- Konštrukčná topológia pre zosilňovače
- Poznaj svoju záťaž
- Konštrukcia jednoduchého 50W zosilňovača
- Vyžaduje sa komponent
- Schéma zapojenia a vysvetlenie
- Testovanie 50-wattového zosilňovacieho obvodu
- Výpočet výkonu zosilňovača
- Na čo treba pamätať pri konštrukcii 50w výkonového 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 návode zostavíme výstupný výkonový zosilňovač 50 W RMS pomocou MOSFETov s pripojeným reproduktorom s impedanciou 8 Ohmov.
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 aspektom 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.
V audio elektronike 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 väčší výkon a zosilňovač poskytuje vyšší scenár prenosu energie, a 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 50W zosilňovača
V predchádzajúcich tutoriáloch sme vyrobili 10 Wattový zosilňovač, 25 Wattový zosilňovač a 40 Wattový zosilňovač. Ale v tomto tutoriáli navrhneme výstupný výkonový zosilňovač 50 W RMS pomocou MOSFETov. V predchádzajúcich tutoriáloch sme použili dedikovaný výkonový zosilňovač IC, TDA2040 pre 25 W a pre 40 W zosilňovače, ale v tomto prevedení použijeme na získanie 50 Wattového výkonu komparatívne MOSFETy N a P kanálov. Výstup bude dosť stabilný a THD bude minimálny. Budeme s ním jazdiť 8 ohmov.
Použili sme dva veľmi populárne doplnkové MOSFETy IRF530N a IRF9530N, ktoré sú bežne dostupné v miestnych obchodoch aj v online obchodoch.
Na obrázku vyššie je ľavý IRF530N a pravý IRF9530N. Oba sú balíkom TO-220AB.
Tieto dva MOSFETy vytvárajú push-pull prevádzku na napájanie 8 Ohmového 50 W RMS reproduktora.
Vyžaduje sa komponent
Na zostrojenie obvodu potrebujeme nasledujúce komponenty -
- Doska Vero (môže byť použitý každý s bodkou alebo pripojený)
- Spájkovačka
- Spájkovací drôt
- Nástroj na odizolovanie a odizolovanie drôtov
- Drôty
- Chladič z jemného hliníka s hrúbkou 2 mm a rozmermi 50 mm x 30 mm.
- 35V napájanie z jednej na druhú s výstupom napájacej stopy +35 V GND -35V
- 8 ohmový 50 W reproduktor
- Rezistory (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
- Rezistory (2,7k, 4,7k, 47k) - 2nos.
- 100uF 63V kondenzátor
- 47uF 63V kondenzátor - 2ks
- 68nF 100V
- 220pF 50V
- Dióda 1n4002
- IRF530
- IRF9530
- .1uH Vzduchová cievka s induktorom 5A
- BC556 -2 ks
- BC546 - 2 ks
Schéma zapojenia a vysvetlenie
Schéma tohto 50-wattového zvukového zosilňovača má niekoľko fáz. Na začiatku zosilnenia dolnopriepustný filter blokuje vysokofrekvenčný šum. Tento dolnopriepustný filter je vytvorený pomocou R1, R2 a C1. Rezistory R1 a R2 majú dve operácie, po prvé je súčasťou dolnopriepustného filtra, po druhé je to rozdeľovač napätia a obmedzovač prúdu.
Na druhom stupni obvodu pracujú Q1 a Q2, čo sú tranzistory BC556, ako diferenciálny zosilňovač.
Ďalej sa výkonové zosilnenie uskutoční cez dva MOSFETy, IRF530N a IRF9530. Tieto dva MOSFETy sú komplementárne a párované páry. Dva MOSFET majú rovnakú špecifikáciu, ale jeden je N-kanál a druhý je P-kanál. Toto je dôležitá súčasť obvodu. Tieto dva MOSFETy fungujú ako ovládač typu push-pull (široko používaná topológia alebo architektúra zosilnenia). Na pohon týchto dvoch MOSFETov, Q3 a Q4, sa používa BC546. Tieto dva tranzistory poskytujú dostatok hradlového pohonu pre MOSFET. R15 je rezistor s vysokým príkonom, ktorý slúži ako upínací obvod s kondenzátorom 68nF a je pridaný induktor 1uH na zabezpečenie stabilného zosilnenia 8 ohmového reproduktora.
Testovanie 50-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 +/- 35 V a je zabezpečený vstupný sínusový signál. Kanál A (žltý) osciloskopu je pripojený na výstup proti zaťaženiu 8 ohmov 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 + 20,1 V AC. Podľa vzorca teda výstup výkonového zosilňovača pri zaťažení 8 Ohmov je
Zosilňovač Výkon = 20,1 2 /8 Zosilňovač Príkon = 50,50 (50W približne)
Na čo treba pamätať pri konštrukcii 50w výkonového zosilňovača
- Pri konštrukcii obvodu je potrebné, aby boli MOSFETy správne spojené s chladičom v zosilňovači. Väčší chladič poskytuje lepší výsledok.
- 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 ide o 50 Wattový design, je potrebná väčšia prúdová cesta, takže maximalizujte šírku stopy.
- Cez okruh je potrebné vytvoriť základnú rovinu. Udržujte spätnú cestu zeme čo najkratšiu.
Dosahujte lepšie výsledky
V tomto 50 W prevedení je možné vykonať niekoľko vylepšení pre lepší výkon.
- Pridajte kladný a záporný napájací kanál na odpojovací kondenzátor 220uF s hodnotením najmenej 63V.
- Pre lepšiu stabilitu používajte 1% hodnotené MFR rezistory.
- Zmeňte diódu 1N4002 za UF4007.
- Zmeňte R13 pomocou potenciometra 1k, aby ste riadili kľudový prúd cez výkonové MOSFETy.
- Namiesto jadra Air s 0,25uH 5A použite toroidný induktor.
- 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