100 Watt eindversterkercircuit met mosfet

Eindversterker is het onderdeel van audio-elektronica. Het is ontworpen om de grootte van het vermogen van het gegeven ingangssignaal te maximaliseren. Bij geluidselektronica verhoogt de operationele versterker de spanning van het signaal, maar kan hij niet de stroom leveren die nodig is om een ​​belasting aan te drijven. In deze tutorial zullen we een 100W RMS-uitgangsversterkercircuit bouwen met behulp van MOSFET's en transistors met een luidspreker met een impedantie van 4 Ohm erop aangesloten.

Constructietopologie voor versterkers

In een versterkerkettingsysteem wordt de eindversterker gebruikt in de laatste of laatste fase vóór de belasting. Over het algemeen gebruikt het geluidsversterkersysteem de onderstaande topologie die in het blokschema wordt weergegeven

Zoals u kunt zien in het bovenstaande blokschema, is Power Amplifier de laatste trap die rechtstreeks op de belasting is aangesloten. Over het algemeen wordt het signaal vóór de Power Amplifier gecorrigeerd met behulp van voorversterkers en versterkers met spanningsregelaars. In sommige gevallen, waar toonregeling nodig is, wordt het toonregelcircuit toegevoegd vóór de Power Amplifier.

Ken uw lading

In het geval van een Audio Amplifier-systeem is de belasting en het laadvermogen van de versterker een belangrijk aspect in de constructie. De belangrijkste belasting voor een eindversterker is de luidspreker. De output van de eindversterker is afhankelijk van de belastingsimpedantie, dus het aansluiten van een onjuiste belasting kan zowel de efficiëntie van de eindversterker als de stabiliteit in gevaar brengen.

Luidspreker is een enorme belasting die fungeert als een inductieve en resistieve belasting. De eindversterker levert wisselstroom, hierdoor is de impedantie van de luidspreker een kritische factor voor een goede vermogensoverdracht.

Impedantie is de effectieve weerstand van een elektronisch circuit of component voor wisselstroom, die voortkomt uit de gecombineerde effecten die verband houden met ohmse weerstand en reactantie.

In audio-elektronicazijn er verschillende soorten luidsprekers verkrijgbaar in verschillende wattages met verschillende impedanties. De luidsprekerimpedantie kan het best worden begrepen aan de hand van de relatie tussen de waterstroom in een buis. Denk maar aan een luidspreker als een waterpijp, het water dat door de pijp stroomt is het afwisselende audiosignaal. Als de buis nu groter wordt in diameter, zal het water gemakkelijk door de buis stromen, zal het watervolume groter zijn, en als we de diameter verkleinen, zal hoe minder water door de buis stromen, dus het watervolume zal zijn lager. De diameter is het effect dat wordt gecreëerd door de ohmse weerstand en reactantie. Als de pijp groter in diameter wordt, zal de impedantie laag zijn, zodat de luidspreker meer wattage kan krijgen en de versterker meer vermogenoverdracht kan bieden en als de impedantie hoog wordt, zal de versterker minder vermogen aan de luidspreker leveren.

Er zijn verschillende keuzes en er zijn verschillende segmenten luidsprekers beschikbaar op de markt, meestal met 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm en 32 ohm, waarvan 4 en 8 ohm luidsprekers overal verkrijgbaar zijn tegen lage tarieven. We moeten ook begrijpen dat een versterker met 5 Watt, 6 Watt of 10 Watt of zelfs meer het RMS (Root Mean Square) wattage is, geleverd door de versterker aan een specifieke belasting in continu bedrijf.

We moeten dus voorzichtig zijn met de classificatie van de luidsprekers, de classificatie van de versterker, de efficiëntie van de luidsprekers en de impedantie.

Constructie van een eenvoudig 100W audioversterkercircuit

In eerdere tutorials hebben we 10W eindversterker, 25W eindversterker en 50W eindversterker gemaakt. Maar in deze tutorial zullen we een 100 Watt RMS-uitgangsvermogensversterker ontwerpen met behulp van MOSFET's.

Bij de constructie van een 100 Watt versterker worden meerdere transistors en MOSFET's gebruikt. Laten we de specificatie en het pin-diagram van belangrijke MOSFET's en transistors bekijken. In de versterkingsfase van de versterker hebben we hoogspanningstransistor MPSA43 gebruikt. Het is een hoogspannings-NPN-transistor die als versterker fungeert. De pin uit de MPSA43 NPN-transistor is-

We gebruikten twee complementaire Medium Power Transistors MJE350 en MJE340. MJE350 is een 500 mA PNP-transistor in het TO-225-pakket en de identieke NPN-paartransistor is MJE340. MJE340 heeft dezelfde specificatie als MJE350, maar het is een NPN-transistor met gemiddeld vermogen.

De Pinout-diagrammen voor beide worden hieronder gegeven-

In de laatste fase worden twee Power MOSFET's IRFP244 en IRFP9240 gebruikt. De combinatie van deze twee levert een RMS-uitgangsvermogen van 100 watt over de belasting van 4 ohm.

Vereiste componenten voor stroomversterkercircuit

1. Vero-bord (gestippeld of verbonden iedereen kan worden gebruikt)
2. Soldeerbout
3. Soldeerdraad
4. Tang en draadstripper
5. Draden
6. Audioconnectors volgens vereisten
7. Fijn aluminium koellichaam met een dikte van 5 mm en een afmeting van 90 mm x 45 mm.
8. 40V rail naar rail voeding met + 40V GND -40V voedingsrailuitgang
9. 4 Ohm 100 Watt luidspreker
10. Weerstand 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5k, 4.7K, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R Weerstand 1/4 ^ste Watt - 3 stuks
12. 10R Weerstand 10 Watt
13. 0.33R - 7 Watt - 2 stuks
14. 0.22R - 10 Watt
15. 100nF 100V condensator - 2 st
16. 47uF 100V Condensator
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 Diode
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 stuks
26. MPSA43 - 3 stuks

Schakelschema en uitleg van 100 W audioversterker

Het schema voor deze 100 watt audioversterker heeft een aantal fasen. Aan het begin van de versterking van de eerste trap blokkeert een filtersectie ongewenste frequentieruis. Deze filtersectie is gemaakt met behulp van de R3, R4 en C1, C2.

Op de tweede trap van het circuit werken Q1 en Q2, die MPSA43-transistors zijn, als differentiële versterker en voeren het signaal naar de verdere versterkingstrap.

Vervolgens wordt de vermogensversterking uitgevoerd over twee MOSFET's, IRFP244N en IRF9240. Deze twee MOSFET's vormen het belangrijkste onderdeel van het circuit. Deze twee MOSFET's fungeren als een push-pull-driver (een veelgebruikte versterkingstopologie of architectuur). Om deze twee MOSFET's Q5 en Q7 aan te sturen, worden transistors MJE350 en MJE340 gebruikt. Deze twee vermogenstransistors leveren voldoende poortstroom om de MOSFET's aan te sturen. R15 en R14 zijn de stroombegrenzers die de MOSFET-poort beschermen tegen inschakelstroom. Hetzelfde gebeurt voor de R12 en R13 om de uitgangsbelasting te beschermen tegen de inschakelstroomaandrijving. R18 is een weerstand met een hoog wattage die fungeert als klemschakeling met de condensator 100nF. R16 biedt ook extra overstroombeveiliging.

Testen van het 100 watt versterkercircuit

We hebben Proteus-simulatietools gebruikt om de output van het circuit te controleren; we hebben de output gemeten in de virtuele oscilloscoop. U kunt de volledige demonstratievideo hieronder bekijken

We voeden het circuit met +/- 40V en het sinusvormige ingangssignaal wordt geleverd. Het kanaal A (geel) van de oscilloscoop is verbonden met de uitgang tegen een belasting van 4 ohm en het ingangssignaal is verbonden met kanaal B (blauw).

We kunnen het uitgangsverschil zien tussen het ingangssignaal en de versterkte uitgang in de video: -

We hebben ook het uitgangsvermogen gecontroleerd, het wattage van de versterker is sterk afhankelijk van meerdere dingen, zoals eerder besproken. Het is sterk afhankelijk van de luidsprekerimpedantie, luidsprekerefficiëntie, versterkerefficiëntie, constructietopologieën, totale harmonische vervormingen enz. We konden niet alle mogelijke factoren die tot afhankelijkheden in het versterkervermogen ontstaan, overwegen of berekenen. Het echte circuit is anders dan de simulatie omdat er veel factoren in overweging moeten worden genomen bij het controleren of testen van de uitvoer.

Berekening van het versterkervermogen

We gebruikten een eenvoudige formule om het wattage van de versterker te berekenen:

Versterker Wattage = V ² / R

We hebben een AC-multimeter over de uitgang aangesloten. Wisselspanning weergegeven in de multimeter is de piek-tot-piek wisselspanning.

We leverden een zeer laagfrequent sinusvormig signaal van 25-50 Hz. Net als bij lage frequentie, zal de versterker meer stroom leveren aan de belasting en kan de multimeter de wisselspanning correct detecteren.

De multimeter toonde + 20,9 V AC. Dus, volgens de formule, is de output van de eindversterker bij een belasting van 4 Ohm

Versterker Vermogen = 20,9 ² /4 versterker Vermogen = 109.20 (meer dan 100W bij benadering)

Dingen om te onthouden bij het bouwen van een 100w audioversterker

1. Bij het construeren van het circuit zijn MOSFET's nodig om op de juiste manier op de heatsink te worden aangesloten in de eindversterkerstrap. Het grotere koellichaam zorgt voor een beter resultaat. De vermogenstransistor Q5 en Q7 moeten op de juiste manier worden gekoeld met kleine aluminium koellichamen in U-vorm.
2. Het is goed om condensatoren van audiokwaliteit te gebruiken voor een beter resultaat.
3. Het is altijd een goede keuze om PCB te gebruiken voor audiogerelateerde toepassingen.
4. Maak de sporen van de differentiaalversterker kort en zo dicht mogelijk bij het ingangsspoor.
5. Houd de audiosignaallijnen gescheiden van luidruchtige stroomleidingen.
6. Wees voorzichtig met de dikte van de sporen. Omdat dit een ontwerp van 100 watt is, is een groter stroompad vereist, dus maximaliseer de spoorbreedte. Het is beter om een ​​koperen plaat van 70 micron te gebruiken in een dubbelzijdige lay-out met maximale doorgangen voor een betere stroomdoorvoer.
7. Er moet een aardingsvlak worden gemaakt over het circuit. Houd het retourpad naar de grond zo kort mogelijk.

Behaal betere resultaten

In dit ontwerp van 100 watt zijn weinig verbeteringen mogelijk voor een betere output.

1. Voeg een ontkoppelingscondensator van 4700uF toe met een nominale spanning van ten minste 100V over het positieve en negatieve stroomspoor.
2. Gebruik 1% nominale MFR-weerstanden voor een betere stabiliteit.
3. Verander de 1N4002 diode met UF4007.
4. Verander de R11 met een 1k potentiometer om de ruststroom over de vermogens-MOSFET's te regelen.
5. Voeg een zekering toe aan de uitgang, het beschermt het circuit op de luidsprekeroverdrive of kortsluiting.

Controleer ook de circuits van andere audioversterkers:

• 40 Watt audioversterker met TDA2040
• 25 Watt audioversterkercircuit
• 10 Watt audioversterker met Op-Amp
• 50 Watt eindversterkercircuit met MOSFET's