מעגל מגבר כוח 100 וואט באמצעות mosfet

מגבר כוח הוא החלק באלקטרוניקה האודיו. הוא נועד למקסם את גודל ההספק שאותו קלט נתון. באלקטרוניקה קולית, המגבר התפעולי מגביר את מתח האות, אך אינו מסוגל לספק את הזרם, הנדרש להנעת עומס. במדריך זה נבנה מעגל מגבר כוח יציאה RMS 100W באמצעות MOSFET וטרנזיסטורים עם רמקול עכבה בעל 4 אוהם המחובר אליו.

טופולוגיית בניה למגברים

במאמר מערכת שרשרת מגבר, מגבר הכח משמש בשלב האחרון או סופי לפני העומס. ככלל, מערכת מגבר הקול משתמשת בטופולוגיה שלמטה המוצגת בתרשים הבלוקים

כפי שניתן לראות בתרשים הבלוקים לעיל, מגבר כוח הוא השלב האחרון המחובר ישירות לעומס. באופן כללי, לפני מגבר הספק, האות מתוקן באמצעות מגברים מקדימים ומגברי בקרת מתח. כמו כן, במקרים מסוימים, בהם יש צורך בבקרת טון, מתווסף מעגל בקרת הטון לפני מגבר הספק.

דע את העומס שלך

במקרה של מערכת מגבר שמע, העומס וכושר ההעברה של המגבר הם היבט חשוב בבנייה. העומס העיקרי עבור מגבר כוח הוא הרמקול החזק. פלט מגבר הספק תלוי בעכבת העומס, ולכן חיבור עומס לא תקין עלול לפגוע ביעילות מגבר ההספק וכן ביציבות.

רמקול רם הוא עומס עצום אשר משמש כעומס אינדוקטיבי והתנגדות. מגבר הספק מספק פלט AC, בשל כך עכבה של הרמקול היא גורם קריטי להעברת כוח נכונה.

עכבה היא ההתנגדות היעילה של מעגל אלקטרוני או רכיב לזרם חילופין, אשר נובע מהאפקטים המשולבים הקשורים להתנגדות אוכמית ותגובה.

בשנת האלקטרוניקה אודיו, סוגים שונים של רמקולים זמינים בהספק שונה עם עכבה שונה. ניתן להבין בצורה הטובה ביותר את עכבת הרמקולים באמצעות הקשר בין זרימת מים בתוך צינור. רק תחשוב על הרמקול כצינור מים, המים הזורמים דרך הצינור הם אות השמע המתחלף. כעת, אם הצינור היה גדול יותר בקוטר, המים יזרמו בקלות דרך הצינור, נפח המים יהיה גדול יותר, ואם נקטין את הקוטר, פחות מים יזרמו דרך הצינור, כך שנפח המים יהיה נמוך יותר. הקוטר הוא האפקט שנוצר על ידי העמידות והתגובה האוהמית. אם הצינור נהיה גדול יותר בקוטר, העכבה תהיה נמוכה, כך שהרמקול יכול לקבל יותר וואט והמגבר יספק תרחיש של העברת הספק יותר ואם העכבה תהיה גבוהה אז המגבר יספק פחות כוח לרמקול.

ישנן אפשרויות שונות, כמו כן ניתן להשיג פלח שונה של רמקולים בשוק, בדרך כלל עם 4 אוהם, 8 אוהם, 16 אוהם, ו -32 אוהם, מתוכם 4 ו -8 רמקולים זמינים באופן נרחב במחירים זולים. כמו כן, עלינו להבין כי מגבר בעל 5 ואט, 6 ואט או 10 ואט ואפילו יותר הוא הספק RMS (ריבוע ממוצע של שורש), המועבר על ידי המגבר לעומס ספציפי בפעולה רציפה.

לכן עלינו להקפיד על דירוג הרמקולים, דירוג המגברים, יעילות הרמקולים ועכבה.

בניית מעגל מגבר אודיו פשוט 100W

בהדרכות קודמות הכנו מגבר 10W, מגבר כוח 25W ומגבר 50W. אך במדריך זה נתכנן מגבר כוח יציאה RMS 100 וואט באמצעות MOSFET.

בבניית מגבר 100 ואט משתמשים בטרנזיסטורים מרובים וב- MOSFET. בואו נראה את המפרט ואת דיאגרמת הסיכה של MOSFET וטרנזיסטורים חשובים. בשלב ההגברה של המגבר השתמשנו בטרנזיסטור מתח גבוה MPSA43. זהו טרנזיסטור NPN במתח גבוה אשר משמש כמגבר. הסיכה של הטרנזיסטור MPSA43 NPN הוא-

השתמשנו בשני טרנזיסטורי כוח בינוני משלימים MJE350 ו- MJE340. MJE350 הוא טרנזיסטור PNP 500 mA בחבילה TO-225 וצמד ה- NPN הזהה הוא MJE340. ל- MJE340 יש מפרט זהה לזה של MJE350, אך זהו טרנזיסטור NPN בהספק בינוני.

דיאגרמות Pinout לשניהם מובאות להלן-

בשלב הסופי משתמשים בשני MOSFET Power IRFP244 ו- IRFP9240. השילוב של שני אלה מספק 100 וואט RMS תפוקת חשמל על עומס 4 אוהם.

רכיבים נדרשים למעגל מגבר כוח

1. לוח ורו (ניתן להשתמש בכל אחד מנוקד או מחובר)
2. מלחם
3. חוט הלחמה
4. כלי חשפנית ניפר וחוט
5. חוטים
6. מחברי שמע בהתאם לדרישות
7. גוף קירור אלומיניום עדין בעובי 5 מ"מ ובממד 90 מ"מ x 45 מ"מ.
8. אספקת חשמל 40V Rail to Rail עם + 40V GND -40V פלט מסלול כוח
9. רמקול 4 אוהם 100 וואט
10. הנגד 1/4 ^ה ואט (39R, 390R, 1k, 1.5k, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. 330R הנגד 1/4 ^ה ואט - 3 יח '
12. נגד 10R 10 ואט
13. 0.33R - 7 וואט - 2 יח '
14. 0.22R - 10 וואט
15. קבלים 100nF 100V - 2 יח '
16. קבלים 47uF 100V
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002 דיודה
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 יח '
26. MPSA43 - 3 יח '

תרשים מעגל מגבר שמע 100W והסבר

סכמטי מגבר שמע זה 100 וואט כולל כמה שלבים. בשלב ההתחלה של ההגברה בשלב הראשונה, רעשים תדירים רצוי בלוקי סעיף מסנן. קטע מסנן זה נוצר באמצעות R3, R4 ו- C1, C2.

בשלב השני של המעגל, Q1 ו- Q2, שהם טרנזיסטורי MPSA43, עובדים כמגבר דיפרנציאלי ומזינים את האות לשלב ההגברה הנוסף.

לאחר מכן, הגברת הכוח נעשית בשני MOSFETs, IRFP244N ו- IRF9240. שני MOSFETs אלה הם החלק החשוב במעגל. שני MOSFETs אלה משמשים כנהג דחיפת משיכה (טופולוגיה או אדריכלות הגברה בשימוש נרחב). כדי להניע את שני ה- MOSFET Q5 ו- Q7 הללו, משתמשים בטרנזיסטורים MJE350 ו- MJE340. שני טרנזיסטורי הכוח הללו מספקים מספיק זרם שער כדי להניע את ה- MOSFET. R15 ו- R14 הם נגדי המגבילים הנוכחיים להגנה על שער MOSFET מפני זרם הזרם. אותו דבר קורה גם עבור ה- R12 וה- R13 כדי להגן על עומס הפלט מכונן הנוכחי. R18 הוא נגד הספק גבוה אשר משמש כמעגל הידוק עם הקבל 100nF. R16 מספקים גם הגנה מפני זרם יתר נוסף.

בדיקת מעגל המגבר 100 וואט

השתמשנו בכלי סימולציה של פרוטאוס כדי לבדוק את תפוקת המעגל; מדדנו את התפוקה באוסילוסקופ הווירטואלי. תוכלו לבדוק את סרטון ההדגמה השלם המופיע להלן

אנו מפעילים את המעגל באמצעות +/- 40 וולט והאות הסינוסי קלט מסופק. ערוץ האוסצילוסקופ A (צהוב) מחובר על פני הפלט כנגד עומס של 4 אוהם ואות הקלט מחובר על פני ערוץ B (כחול).

אנו יכולים לראות את ההבדל ביציאה בין אות הכניסה לפלט המוגבר בסרטון: -

כמו כן, בדקנו את הספק ההספק, מגבר הספק תלוי מאוד בדברים מרובים, כפי שפורט קודם. זה תלוי מאוד בעכבת הרמקולים, ביעילות הרמקולים, ביעילות המגברים, בטופולוגיות הבנייה, בעיוותים הרמוניים מוחלטים וכו '. לא יכולנו לקחת בחשבון או לחשב את כל הגורמים האפשריים שיוצרים תלות במתח המגבר. מעגל החיים האמיתיים שונה מהסימולציה מכיוון שיש צורך לקחת בחשבון גורמים רבים בעת בדיקת או בדיקת הפלט.

חישוב הספק מגבר

השתמשנו בנוסחה פשוטה לחישוב הספק המגבר-

מתח מגבר = V ² / R

חיברנו רב-מטר מתח לרוחב הפלט. מתח AC המוצג ברב-מטר הוא מתח AC לשיא.

סיפקנו אות סינוסי בתדר נמוך מאוד של 25-50 הרץ. כמו בתדירות נמוכה, המגבר יעביר יותר זרם לעומס והמולטימטר יוכל לזהות את מתח ה- AC כראוי.

המולטימטר הראה + 20.9 וולט AC. אז, לפי הנוסחה, הפלט של מגבר ההספק בעומס של 4 אוהם הוא

מגבר חלש = 20.9 ² /4 מגבר חלש = 109.20 (יותר מ 100W כ)

דברים שכדאי לזכור בעת בניית מגבר שמע 100w

1. בעת בניית המעגל, יש צורך לחבר MOSFET כדי לחבר את גוף הקירור כהלכה בשלב מגבר ההספק. גוף הקירור הגדול מספק תוצאה טובה יותר. טרנזיסטור הכוח Q5 ו- Q7 צריך להיות שקוע כראוי עם גוף קירור אלומיניום קטן בצורת U.
2. זה טוב להשתמש בקבלים מסוג תיבות מדורגות בכיתה שמע לקבלת תוצאה טובה יותר.
3. זו תמיד בחירה טובה להשתמש ב- PCB ליישום הקשור לאודיו.
4. הפוך את עקבות מגבר הדיפרנציאל לקצר, וקרוב ככל האפשר למעקב הקלט.
5. שמור על קווי אות האודיו מופרדים מקווי חשמל רועשים.
6. היזהר מעובי העקבות. מכיוון שמדובר בתכנון של 100 ואט, נדרש נתיב זרם גדול יותר, כך שמקסם את רוחב העקבות. עדיף להשתמש בלוח נחושת 70 מיקרון בפריסה דו-צדדית עם ויאמות מקסימליות לזרימת זרם טובה יותר.
7. צריך ליצור מטוס קרקע על פני המעגל. שמור על שביל החזרה הקרקעי קצר ככל האפשר.

השג תוצאות טובות יותר

בתכנון זה של 100 ואט ניתן לבצע שיפורים מעטים להשגת תפוקה טובה יותר.

1. הוסף קבלים להתנתקות של 4700uF עם דירוג של 100 וולט לפחות על פני מסלול ההספק החיובי והשלילי.
2. השתמש בנגדי MFR עם דירוג של 1% ליציבות טובה יותר.
3. שנה את דיודת 1N4002 עם UF4007.
4. שנה את ה- R11 בעזרת פוטנציומטר 1k כדי לשלוט על זרם השקט על פני MOSFET הכוח.
5. הוסף נתיך על פני הפלט, זה יגן על המעגל על ​​כונן יתר של הרמקול או על מצב קצר במוצא.

כמו כן, בדקו מעגלים אחרים של מגברי שמע:

• מגבר שמע 40 וואט באמצעות TDA2040
• מעגל מגבר שמע 25 ואט
• מגבר שמע 10 ואט באמצעות Op-Amp
• מעגל מגבר כוח 50 ואט באמצעות MOSFETs