Circuito amplificatore di potenza da 50 Watt che utilizza 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 amplificatore di potenza in uscita da 50 Watt RMS utilizzando MOSFET con un altoparlante di impedenza da 8 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, sono disponibili diversi tipi di altoparlanti di diversa potenza 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 tubo diventa più grande di diametro, l'impedenza sarà bassa,così l'altoparlante può ottenere più potenza 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 amplificatore da 50 W.

Nei tutorial precedenti, abbiamo realizzato un amplificatore di potenza da 10 Watt, un amplificatore di potenza da 25 Watt e un amplificatore di potenza da 40 Watt. Ma in questo tutorial, progetteremo un amplificatore di potenza in uscita da 50 Watt RMS utilizzando MOSFET. Nei tutorial precedenti, abbiamo utilizzato un amplificatore di potenza IC dedicato, TDA2040 per amplificatori da 25 Watt e per 40 Watt, ma in questo progetto, utilizzeremo MOSFET a canale N e P a coppia complementare per ottenere la potenza di uscita di 50 Watt. L'output sarà abbastanza stabile e il THD sarà minimo. Guideremo un carico di 8 ohm con esso.

Abbiamo utilizzato due MOSFET complementari ampiamente diffusi IRF530N e IRF9530N ampiamente disponibili nei negozi locali e nei negozi online.

Nell'immagine sopra, quello a sinistra è l'IRF530N e quello a destra è l'IRF9530N. Entrambi sono un pacchetto TO-220AB.

Questi due MOSFET creano un funzionamento push-pull per pilotare altoparlanti da 8 Ohm e 50 Watt RMS.

Componente richiesto

Per costruire il circuito abbiamo bisogno dei seguenti componenti:

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. Dissipatore di calore in alluminio fine con spessore di 2 mm e dimensione di 50 mm x 30 mm.
7. Alimentatore da 35V Rail to Rail con uscita per binario di alimentazione + 35V GND -35V
8. Altoparlante da 8 ohm da 50 Watt
9. Resistori (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1.2k, 2.2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Resistori (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
11. Condensatore 100uF 63V
12. Condensatore 47uF 63V - 2 pezzi
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. Diodo 1n4002
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Induttore con nucleo d'aria 5A valutato
19. BC556 -2 pz
20. BC546 - 2 pezzi

Schema del circuito e spiegazione

Lo schema di questo amplificatore audio da 50 watt ha alcune fasi. All'inizio dell'amplificazione, un filtro passa basso blocca il rumore ad alta frequenza. Questo filtro passa basso viene creato utilizzando R1, R2 e C1. Le resistenze R1 e R2 hanno due operazioni, la prima è una parte del filtro passa basso, la seconda è un partitore di tensione e un limitatore di corrente.

Sul secondo stadio del circuito, Q1 e Q2, che sono transistor BC556, funzionano come amplificatori differenziali.

Successivamente, l'amplificazione di potenza viene eseguita su due MOSFET, IRF530N e IRF9530. Questi due MOSFET sono complementari e accoppiati. Due MOSFET hanno le stesse specifiche, ma uno è a canale N e un altro è a canale P. Questa è una 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, Q3 e Q4, viene utilizzato BC546. Questi due transistor forniscono abbastanza gate drive ai MOSFET. R15 è un resistore ad alto wattaggio che funge da circuito di bloccaggio con il condensatore da 68nF e viene aggiunto un induttore da 1uH per fornire un'amplificazione stabile all'altoparlante da 8 Ohm.

Test del circuito dell'amplificatore da 50 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 usando +/- 35V e viene fornito il segnale sinusoidale in ingresso. Il canale A dell'oscilloscopio (giallo) è collegato all'uscita contro un carico di 8 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 il wattaggio 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 + 20,1 V CA. Quindi, secondo la formula, l'uscita dell'amplificatore di potenza con un carico di 8 Ohm è

Amplificatore Potenza = 20.1 ² /8 amplificatore Potenza = 50.50 (50W circa)

Cose da ricordare durante la costruzione di un amplificatore di potenza da 50 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.
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 50 Watt, è necessario un percorso di corrente più ampio, quindi massimizzare la larghezza della traccia.
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 50 Watt, è possibile apportare pochi miglioramenti per una migliore resa.

1. Aggiungere un condensatore di disaccoppiamento da 220 uF con almeno 63 V nominale attraverso il 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 l'R13 con un potenziometro da 1k per controllare la corrente di riposo attraverso i MOSFET di potenza.
5. Utilizzare l'induttore toroidale invece del nucleo in aria con.25uH 5A.
6. 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