Circuito dell'amplificatore di potenza da 100 Watt con mosfet

L'amplificatore di potenza è la parte dell'elettronica audio. È progettato per massimizzare l'ampiezza della potenza f dato il segnale di ingresso. Nell'elettronica del suono, l'amplificatore operazionale aumenta la tensione del segnale, ma non è in grado di fornire la corrente necessaria per pilotare un carico. In questo tutorial, costruiremo un circuito amplificatore di potenza in uscita da 100 W RMS utilizzando MOSFET e transistor con un altoparlante di impedenza da 4 Ohm collegato ad esso.

Topologia di costruzione per amplificatori

In un sistema a catena di amplificatori, l'amplificatore di potenza viene utilizzato nella fase finale o finale prima del carico. Generalmente, il sistema Sound Amplifier utilizza la topologia sottostante mostrata nel diagramma a blocchi

Come puoi vedere nello schema a blocchi sopra, l'amplificatore di potenza è l'ultimo stadio che è direttamente collegato al carico. Generalmente, prima dell'amplificatore di potenza, il segnale viene corretto utilizzando preamplificatori e amplificatori di controllo della tensione. Inoltre, in alcuni casi, dove è necessario il controllo del tono, il circuito di controllo del tono viene aggiunto prima dell'amplificatore di potenza.

Conosci il tuo carico

Nel caso del sistema Audio Amplifier, il carico e la capacità di pilotaggio del carico dell'amplificatore sono un aspetto importante nella costruzione. Il carico principale per un amplificatore di potenza è l'altoparlante. L'uscita dell'amplificatore di potenza dipende dall'impedenza del carico, quindi il collegamento di un carico improprio potrebbe compromettere l'efficienza dell'amplificatore di potenza e la stabilità.

L'altoparlante è un carico enorme che funge da carico induttivo e resistivo. L'amplificatore di potenza fornisce un'uscita CA, per questo l'impedenza dell'altoparlante è un fattore critico per il corretto trasferimento di potenza.

L'impedenza è la resistenza effettiva di un circuito o componente elettronico per la corrente alternata, che deriva dagli effetti combinati legati alla resistenza ohmica e alla reattanza.

Nell'elettronica audio, diversi tipi di altoparlanti sono disponibili in diverse potenze con diversa impedenza. L'impedenza dell'altoparlante può essere meglio compresa utilizzando la relazione tra il flusso d'acqua all'interno di un tubo. Basti pensare che l'altoparlante è un tubo dell'acqua, l'acqua che scorre attraverso il tubo è il segnale audio alternato. Ora, se il tubo diventa più grande di diametro, l'acqua scorrerà facilmente attraverso il tubo, il volume dell'acqua sarà maggiore e se diminuiamo il diametro, meno acqua scorrerà attraverso il tubo, quindi il volume dell'acqua sarà inferiore. Il diametro è l'effetto creato dalla resistenza e reattanza ohmica. Se il diametro del tubo diventa più grande, l'impedenza sarà bassa, quindi l'altoparlante può ottenere più watt e l'amplificatore fornisce più scenario di trasferimento di potenza e se l'impedenza diventa alta, l'amplificatore fornirà meno potenza all'altoparlante.

Sul mercato sono disponibili diverse scelte e diversi segmenti di altoparlanti, generalmente con 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm e 32 ohm, di cui 4 e 8 ohm sono ampiamente disponibili a prezzi economici. Inoltre, dobbiamo capire che un amplificatore con 5 Watt, 6 Watt o 10 Watt o anche di più è il wattaggio RMS (Root Mean Square), erogato dall'amplificatore a un carico specifico in funzionamento continuo.

Quindi, dobbiamo stare attenti alla valutazione degli altoparlanti, alla valutazione dell'amplificatore, all'efficienza degli altoparlanti e all'impedenza.

Costruzione di un semplice circuito amplificatore audio da 100 W.

Nei tutorial precedenti, abbiamo realizzato un amplificatore di potenza da 10 W, un amplificatore di potenza da 25 W e un amplificatore di potenza da 50 W. Ma in questo tutorial, progetteremo un amplificatore di potenza in uscita da 100 Watt RMS utilizzando MOSFET.

Nella costruzione di un amplificatore da 100 Watt, vengono utilizzati più transistor e MOSFET. Vediamo le specifiche e il diagramma dei pin di MOSFET e transistor importanti. Nella fase di amplificazione dell'amplificatore, abbiamo utilizzato il transistor ad alta tensione MPSA43. È un transistor NPN ad alta tensione che funge da amplificatore. Il pin out del transistor MPSA43 NPN è-

Abbiamo utilizzato due transistor di media potenza complementari MJE350 e MJE340. MJE350 è un transistor PNP da 500 mA nel pacchetto TO-225 e la coppia di transistor NPN identica è MJE340. MJE340 ha le stesse specifiche di MJE350, ma è un transistor NPN di media potenza.

I diagrammi Pinout per entrambi sono riportati di seguito-

Nella fase finale, vengono utilizzati due MOSFET di potenza IRFP244 e IRFP9240. La combinazione di questi due fornisce una potenza di uscita di 100 Watt RMS attraverso il carico di 4 ohm.

Componenti necessari per il circuito dell'amplificatore di potenza

1. Scheda Vero (tratteggiata o collegata a chiunque può essere utilizzata)
2. Saldatore
3. Filo di saldatura
4. Pinza e strumento spelafili
5. Fili
6. Connettori audio secondo i requisiti
7. Dissipatore di calore in alluminio pregiato con spessore di 5 mm e dimensione di 90 mm x 45 mm.
8. Alimentatore da 40 V Rail to Rail con uscita di alimentazione + 40 V GND -40 V.
9. Altoparlante da 4 ohm da 100 Watt
10. Resistore 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5k, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. Resistore 330R 1/4 ^th Watt - 3 pz
12. Resistenza 10R 10 Watt
13. 0.33R - 7 Watt - 2 pz
14. 0,22R - 10 Watt
15. Condensatore 100nF 100V - 2 pz
16. Condensatore da 47uF 100V
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. Diodo 1n4002
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 pezzi
26. MPSA43 - 3 pz

Schema e spiegazione del circuito dell'amplificatore audio da 100 W.

Lo schema di questo amplificatore audio da 100 watt ha alcune fasi. Al inizio della prima fase di amplificazione, un blocco di un tratto filtro rumori frequenza indesiderate. Questa sezione del filtro viene creata utilizzando R3, R4 e C1, C2.

Sul secondo stadio del circuito, Q1 e Q2, che sono transistor MPSA43, funzionano come amplificatori differenziali e alimentano il segnale all'ulteriore stadio di amplificazione.

Successivamente, l'amplificazione di potenza viene eseguita su due MOSFET, IRFP244N e IRF9240. Questi due MOSFET sono la parte importante del circuito. Questi due MOSFET agiscono come driver push-pull (una topologia o architettura di amplificazione ampiamente utilizzata). Per pilotare questi due MOSFET Q5 e Q7, vengono utilizzati i transistor MJE350 e MJE340. Questi due transistor di potenza forniscono una corrente di gate sufficiente per pilotare i MOSFET. R15 e R14 sono i resistori limitatori di corrente per proteggere il gate MOSFET dalla corrente di spunto. La stessa cosa accade per R12 e R13 per proteggere il carico in uscita dall'azionamento della corrente di spunto. R18 è un resistore ad alto wattaggio che funge da circuito di bloccaggio con il condensatore 100nF. R16 fornisce anche un'ulteriore protezione da sovracorrente.

Test del circuito dell'amplificatore da 100 watt

Abbiamo utilizzato gli strumenti di simulazione Proteus per controllare l'output del circuito; abbiamo misurato l'uscita nell'oscilloscopio virtuale. È possibile controllare il video dimostrativo completo fornito di seguito

Stiamo alimentando il circuito utilizzando +/- 40 V e viene fornito il segnale sinusoidale in ingresso. Il canale A dell'oscilloscopio (giallo) è collegato all'uscita contro un carico di 4 ohm e il segnale di ingresso è collegato al canale B (blu).

Possiamo vedere la differenza di uscita tra il segnale di ingresso e l'uscita amplificata nel video: -

Inoltre, abbiamo controllato la potenza in uscita, la potenza dell'amplificatore dipende fortemente da più cose, come discusso prima. È fortemente dipendente dall'impedenza dell'altoparlante, dall'efficienza dell'altoparlante, dall'efficienza dell'amplificatore, dalle topologie di costruzione, dalle distorsioni armoniche totali ecc. Non abbiamo potuto considerare o calcolare tutti i possibili fattori che si creano dipendenze nella potenza dell'amplificatore. Il circuito della vita reale è diverso dalla simulazione perché è necessario considerare molti fattori durante il controllo o il test dell'output.

Calcolo della potenza dell'amplificatore

Abbiamo usato una semplice formula per calcolare la potenza dell'amplificatore-

Potenza amplificatore = V ² / R

Abbiamo collegato un multimetro AC sull'uscita. La tensione CA mostrata nel multimetro è la tensione CA da picco a picco.

Abbiamo fornito un segnale sinusoidale a frequenza molto bassa di 25-50Hz. Come in bassa frequenza, l'amplificatore fornirà più corrente al carico e il multimetro sarà in grado di rilevare correttamente la tensione CA.

Il multimetro ha mostrato + 20,9 V CA. Quindi, secondo la formula, l'uscita dell'amplificatore di potenza con un carico di 4 Ohm è

Amplificatore Potenza = 20.9 ² /4 amplificatore Potenza = 109.20 (più di 100W circa)

Cose da ricordare durante la costruzione di un amplificatore audio da 100 W.

1. Durante la costruzione del circuito, i MOSFET devono essere collegati correttamente al dissipatore di calore nella fase dell'amplificatore di potenza. Il dissipatore di calore più grande fornisce un risultato migliore. I transistor di potenza Q5 e Q7 devono essere adeguatamente dissipati con piccoli dissipatori di calore in alluminio a forma di U.
2. È consigliabile utilizzare condensatori di tipo box con classificazione audio per un risultato migliore.
3. È sempre una buona scelta utilizzare PCB per applicazioni relative all'audio.
4. Rendere le tracce dell'amplificatore differenziale brevi e il più vicino possibile alla traccia di ingresso.
5. Tenere le linee del segnale audio separate dalle linee elettriche rumorose.
6. Fai attenzione allo spessore delle tracce. Poiché si tratta di un design da 100 Watt, è necessario un percorso di corrente più ampio, quindi massimizzare la larghezza della traccia. È preferibile utilizzare una scheda in rame da 70 micron in layout bifacciale con via massima per un migliore flusso di corrente.
7. Il piano di massa deve essere creato attraverso il circuito. Mantenere il percorso di ritorno a terra il più breve possibile.

Ottieni risultati migliori

In questo design da 100 Watt, è possibile apportare pochi miglioramenti per una migliore resa.

1. Aggiungere un condensatore di disaccoppiamento da 4700uF con almeno 100V nominale sul binario di alimentazione positivo e negativo.
2. Utilizzare resistori MFR classificati all'1% per una migliore stabilità.
3. Sostituire il diodo 1N4002 con UF4007.
4. Cambia R11 con un potenziometro da 1k per controllare la corrente di quiescenza attraverso i MOSFET di potenza.
5. Aggiungi un fusibile sull'uscita, proteggerà il circuito in caso di overdrive dell'altoparlante o condizione di cortocircuito dell'uscita.

Inoltre, controlla i circuiti di altri amplificatori audio:

• Amplificatore audio da 40 Watt con TDA2040
• Circuito amplificatore audio da 25 Watt
• Amplificatore audio da 10 Watt con amplificatore operazionale
• Circuito di amplificazione di potenza da 50 Watt che utilizza MOSFET