50 Watt eindversterkercircuit met mosfets

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 bouwen we een 50 Watt RMS-uitgangsvermogensversterker met behulp van MOSFET's met een 8 Ohm impedantie luidspreker 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-elektronica zijn 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 buis in diameter groter wordt, zal de impedantie laag zijn,zodat de luidspreker meer wattage kan krijgen en de versterker meer vermogenoverdracht biedt 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 eenvoudige 50W-versterker

In eerdere tutorials hebben we 10 Watt eindversterker, 25 Watt eindversterker en 40 Watt eindversterker gemaakt. Maar in deze tutorial zullen we een versterker met een RMS-uitgangsvermogen van 50 watt ontwerpen met behulp van MOSFET's. In eerdere tutorials gebruikten we een speciale eindversterker IC, TDA2040 voor 25 watt en voor 40 watt versterkers, maar in dit ontwerp zullen we gratis paar N- en P-kanaals MOSFET's gebruiken om het uitgangsvermogen van 50 watt te krijgen. De output zal redelijk stabiel zijn en de THD zal minimaal zijn. We zullen er 8 Ohm Load mee rijden.

We gebruikten twee zeer populaire complementaire MOSFET's IRF530N en IRF9530N die overal verkrijgbaar zijn in lokale winkels en online winkels.

In de bovenstaande afbeelding is de linker de IRF530N en de rechter IRF9530N. Beide zijn een TO-220AB-pakket.

Deze twee MOSFET's creëren een push-pull-bediening om een ​​8 Ohm 50 Watt RMS-luidspreker aan te sturen.

Component vereist

Om het circuit te bouwen hebben we de volgende componenten nodig:

1. Vero-bord (gestippeld of verbonden iedereen kan worden gebruikt)
2. Soldeerbout
3. Soldeerdraad
4. Tang en draadstripper
5. Draden
6. Fijn aluminium koellichaam met een dikte van 2 mm en een afmeting van 50 mm x 30 mm.
7. 35V rail naar rail voeding met + 35V GND -35V voedingsspooruitgang
8. 8 Ohm 50 Watt luidspreker
9. Weerstanden (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Weerstanden (2,7k, 4,7k, 47k) - 2nos.
11. 100uF 63V condensator
12. 47uF 63V Condensator - 2st
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 Diode
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Inductor met luchtkern 5A beoordeeld
19. BC556 -2 stuks
20. BC546 - 2 stuks

Schakelschema en uitleg

Het schema voor deze 50 watt audioversterker heeft een aantal fasen. Aan het begin van de versterking blokkeert een laagdoorlaatfilter hoogfrequente ruis. Dit laagdoorlaatfilter wordt gemaakt met behulp van de R1, R2 en C1. De weerstanden R1 en R2 hebben twee functies, ten eerste is het een onderdeel van een laagdoorlaatfilter, ten tweede is het een spanningsdeler en een stroombegrenzer.

Op de tweede trap van het circuit werken Q1 en Q2, die BC556-transistors zijn, als een differentiële versterker.

Vervolgens wordt de vermogensversterking uitgevoerd over twee MOSFET's, IRF530N en IRF9530. Deze twee MOSFET's zijn complementair en passen bij elkaar. Twee MOSFET's hebben dezelfde specificatie, maar de ene is N-kanaal en de andere is P-kanaal. Dit is een belangrijk onderdeel van het circuit. Deze twee MOSFET's werken als een push-pull-stuurprogramma (een veelgebruikte versterkingstopologie of architectuur). Om deze twee MOSFET's, Q3 en Q4, aan te sturen, wordt BC546 gebruikt. Deze twee transistors zorgen voor voldoende poortaandrijving naar de MOSFET's. R15 is een weerstand met een hoog wattage die als klemcircuit fungeert met de condensator 68nF en 1uH inductor die is toegevoegd voor een stabiele versterking van de 8 Ohm-luidspreker.

Testen van het 50 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 +/- 35V en het sinusvormige ingangssignaal wordt geleverd. Het kanaal A (geel) van de oscilloscoop is verbonden met de uitgang tegen een belasting van 8 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 + 20,1V AC. Dus, volgens de formule, is de output van de eindversterker bij 8 Ohm belasting

Versterker Vermogen = 20.1 ² /8 versterker Vermogen = 50,50 (ongeveer 50W)

Dingen om te onthouden tijdens het bouwen van een 50w eindversterker

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.
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 50 watt is, is een groter stroompad vereist, dus maximaliseer de spoorbreedte.
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 50 watt zijn weinig verbeteringen mogelijk voor een betere output.

1. Voeg een ontkoppelingscondensator van 220uF toe met een nominale spanning van ten minste 63V 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 R13 met een 1k potentiometer om de ruststroom over de vermogens-MOSFET's te regelen.
5. Gebruik een ringkerninductor in plaats van een luchtkern met.25uH 5A.
6. Voeg een zekering toe aan de uitgang, deze beschermt het circuit op de overdrive van de luidspreker of kortsluiting in de uitgang.

Controleer ook de circuits van andere audioversterkers:

• 40 Watt audioversterker met TDA2040
• 25 Watt audioversterkercircuit
• 10 Watt audioversterker met Op-Amp