מעגל מגבר הספק 50 וואט באמצעות mosfets

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 מגבר כוח יציאה של 50 וואט RMS באמצעות MOSFET עם רמקול עכבה בעל 8 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.

באלקטרוניקה שמע, 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 יגדל בקוטרו, העכבה תהיה נמוכה,כך שהרמקול יכול לקבל יותר וואט והמגבר יספק תרחיש העברת הספק יותר ואם העכבה תגבר 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 מגבר 50W פשוט

בהדרכות קודמות הכנו מגבר 10 וואט, מגבר כוח 25 ואט ומגבר 40 וואט. אך במדריך זה, נתכנן מגבר כוח פלט RMS 50 וואט באמצעות MOSFET. בהדרכות קודמות השתמשנו במגבר כוח ייעודי IC, TDA2040 עבור 25 וואט ועבור 40 מגברי וואט, אך בתכנון זה נשתמש ב- MOSFET של ערוץ N ו- P זוג חינם כדי להשיג את תפוקת הספק של 50 וואט. התפוקה תהיה יציבה למדי וה- THD יהיה מינימלי. נניע 8 אוהם עומס איתו.

השתמשנו בשני MOSFET משלימים פופולאריים IRF530N ו- IRF9530N אשר זמינים באופן נרחב בחנויות מקומיות, כמו גם בחנויות מקוונות.

בתמונה שלמעלה, השמאלית היא IRF530N והאחת הימנית היא IRF9530N. שניהם חבילת TO-220AB.

שני MOSFET אלה יוצרים פעולת דחיפה-משיכה להפעלת רמקול 8 אוהם 50 וואט RMS.

רכיב נדרש

כדי לבנות את המעגל אנו זקוקים לרכיבים הבאים-

1. לוח ורו (ניתן להשתמש בכל אחד מנוקד או מחובר)
2. מלחם
3. חוט הלחמה
4. כלי חשפנית ניפר וחוט
5. חוטים
6. גוף קירור אלומיניום עדין בעובי 2 מ"מ ובממד 50 מ"מ x 30 מ"מ.
7. ספק כוח 35V מסילה למסילה עם פלט מסלול כוח +35V GND -35V
8. 8 אוהם 50 וואט רמקול
9. נגדים (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1.2k, 2.2k, 10k, 15k) - 1Nos.
10. נגדים (2.7k, 4.7k, 47k) - 2Nos.
11. קבל 63uF 63V
12. 47uF 63V קבל - 2 יחידות
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002 דיודה
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH משרן ליבת אוויר מדורג 5A
19. BC556 -2 יח '
20. BC546 - 2 יח '

תרשים מעגל והסבר

סכמטי מגבר שמע 50 וואט זה כולל כמה שלבים. בתחילת ההגברה, מסנן נמוך עובר חוסם רעש בתדרים גבוהים. מסנן נמוך לעבור זה נוצר באמצעות R1, R2 ו- C1. הנגדים R1 ו- R2 הם בעלי שתי פעולות, ראשית זהו חלק ממסנן נמוך לעבור, שנית, הוא מחלק מתח וגם מגביל זרם.

בשלב השני של המעגל, Q1 ו- Q2, שהם טרנזיסטורים BC556, עובדים כמגבר דיפרנציאלי.

לאחר מכן, הגברת הכוח נעשית בשני MOSFETs, IRF530N ו- IRF9530. שני MOSFETs אלו הם זוג משלים ומתואם. לשני MOSFET יש מפרט זהה, אך אחד הוא N-Channel ואחד נוסף הוא P-channel. זהו חלק חשוב במעגל. שני MOSFETs אלה משמשים כנהג דחיפת משיכה (טופולוגיה או אדריכלות הגברה נפוצה). כדי להניע את שני ה- MOSFET הללו, Q3 ו- Q4, משתמשים ב- BC546. שני הטרנזיסטורים הללו מספקים מספיק כונן שער ל- MOSFET. R15 הוא נגד הספק גבוה אשר פועל כמעגל הידוק עם הקבל 68nF ומשרן 1uH נוסף על מנת לספק הגברה יציבה לרמקול 8 אוהם.

בדיקת מעגל המגבר 50 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 +/- 35 וולט והאות הסינוסי קלט מסופק. ערוץ האוסצילוסקופ A (צהוב) מחובר על פני הפלט כנגד עומס של 8 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 + 20.1 וולט AC. אז, לפי הנוסחה, הפלט של מגבר ההספק בעומס של 8 אוהם הוא

מגבר חלש = 20.1 ² /8 חלש מגבר = 50.50 (50W כ)

דברים שכדאי לזכור בעת בניית מגבר כוח 50w

1. בעת בניית המעגל, יש צורך לחבר MOSFET כדי לחבר את גוף הקירור כהלכה בשלב מגבר ההספק. גוף הקירור הגדול מספק תוצאה טובה יותר.
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 50 ואט, נדרש נתיב זרם גדול יותר, כך שמקסם את רוחב העקבות.
7. צריך ליצור מטוס קרקע על פני המעגל. שמור על שביל החזרה הקרקעי קצר ככל האפשר.

השג תוצאות טובות יותר

בתכנון 50 וואט זה ניתן לבצע שיפורים מעטים להשגת תפוקה טובה יותר.

1. הוסף קבלים לניתוק ניתוק של 220uF עם דירוג של לפחות 63 וולט לאורך 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- R13 עם פוטנציומטר 1k כדי לשלוט על זרם השקט על פני MOSFET הכוח.
5. השתמש במשרן טורואידלי במקום בליבת אוויר עם.25uH 5A.
6. הוסף נתיך על פני הפלט, הוא יגן על המעגל במצב של רמקול יתר או מצב קצר.

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