- Konstrukcijska topologija ojačevalnikov
- Spoznajte svojo obremenitev
- Izdelava enostavnega 100W ojačevalnega vezja
- Zahtevane komponente za vezje ojačevalnika
- Shema in razlaga zvočnega ojačevalnika 100 W
- Testiranje ojačevalnega vezja 100 W
- Izračun moči ojačevalnika
- Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 100w ojačevalnika zvoka
- Doseči boljše rezultate
Ojačevalnik moči je del zvočne elektronike. Zasnovan je tako, da maksimira velikost moči f danega vhodnega signala. V zvočni elektroniki operacijski ojačevalnik poveča napetost signala, vendar ne more zagotoviti toka, ki je potreben za pogon bremena. V tej vadnici bomo zgradili vezje ojačevalnika izhodne moči 100 W RMS z uporabo MOSFET-jev in tranzistorjev z zvočnikom impedance 4 Ohmov.
Konstrukcijska topologija ojačevalnikov
V ojačevalnem verižnem sistemu se ojačevalnik moči uporablja v zadnji ali zadnji fazi pred obremenitvijo. Na splošno sistem ojačevalnika zvoka uporablja spodnjo topologijo, prikazano v blokovnem diagramu
Kot lahko vidite na zgornjem blokovnem diagramu, je ojačevalec zadnja stopnja, ki je neposredno povezana z obremenitvijo. Na splošno se pred ojačevalnikom moči signal popravi z ojačevalniki predojačevalnikov in napetostnih kontrol. V nekaterih primerih, kjer je potreben nadzor tona, je pred ojačevalnikom moči dodano vezje za nadzor tona.
Spoznajte svojo obremenitev
V primeru sistema ojačevalnikov zvoka sta obremenitev in nosilnost ojačevalnika pomemben vidik pri gradnji. Velika obremenitev za napajanje ojačevalnika je zvočnik. Izhod ojačevalnika moči je odvisen od impedance obremenitve, zato lahko priključitev neprimerne obremenitve ogrozi učinkovitost ojačevalnika moči in stabilnost.
Zvočnik je velika obremenitev, ki deluje kot induktivna in uporovna obremenitev. Ojačevalnik daje izmenični izhod, zato je impedanca zvočnika ključni dejavnik za pravilen prenos moči.
Impedanca je efektivna upornost elektronskega vezja ali komponente za izmenični tok, ki izhaja iz skupnih učinkov, povezanih z ohmično upornostjo in reaktanco.
V Avdio elektronika, so na voljo različne vrste zvočnikov z različno močjo z različno impedanco. Impedanco zvočnika lahko najbolje razumemo z razmerjem med pretokom vode znotraj cevi. Zamislite si zvočnik kot vodovodno cev, voda, ki teče skozi cev, je izmenični zvočni signal. Zdaj, če je cev postala večjega premera, bo voda zlahka tekla skozi cev, količina vode bo večja, in če zmanjšamo premer, bo manj vode teklo skozi cev, tako da bo količina vode nižje. Premer je učinek, ki ga ustvarjata ohmična upornost in reaktanca. Če se premer cevi poveča, bo impedanca nizka, tako da bo zvočnik lahko dobil več moči, ojačevalnik pa bo zagotovil več scenarijev prenosa moči, če pa bo impedanca visoka, bo ojačevalnik zvočniku zagotavljal manj energije.
Obstajajo različne izbire, pa tudi različni segmenti zvočnikov so na voljo na trgu, običajno s 4 ohmi, 8 ohmi, 16 ohmi in 32 ohmi, od katerih so zvočniki 4 in 8 ohmov široko dostopni po ugodnih cenah. Razumeti moramo tudi, da je ojačevalnik z močjo 5 W, 6 W ali 10 W ali več celo RMS (Root Mean Square) moč, ki jo ojačevalnik v neprekinjenem delovanju oddaja določeni obremenitvi.
Torej, moramo biti previdni glede ocene zvočnikov, ocene ojačevalnika, učinkovitosti zvočnika in impedance.
Izdelava enostavnega 100W ojačevalnega vezja
V prejšnjih vajah smo izdelali 10W ojačevalnik moči, 25W ojačevalnik moči in 50W ojačevalnik moči. Toda v tej vadnici bomo zasnovali 100 W RMS ojačevalnik izhodne moči z uporabo MOSFET-jev.
Pri izdelavi 100 W ojačevalnika se uporabljajo več tranzistorjev in MOSFET-jev. Oglejmo si specifikacijo in shemo pinov pomembnih MOSFET-jev in tranzistorjev. V ojačevalni fazi ojačevalnika smo uporabili visokonapetostni tranzistor MPSA43. Je visokonapetostni NPN tranzistor, ki deluje kot ojačevalec. Vložni iz tranzistor MPSA43 NPN is-
Uporabili smo dva komplementarna tranzistorja srednje moči MJE350 in MJE340. MJE350 je PNP tranzistor 500 mA v paketu TO-225, enak tranzistor NPN pa je MJE340. MJE340 ima enake specifikacije kot MJE350, vendar je NPN tranzistor srednje moči.
Diagrami Pinout za oba so podani spodaj -
V zadnji fazi se uporabljata dva močnostna MOSFET-a IRFP244 in IRFP9240. Kombinacija teh dveh zagotavlja izhodno moč 100 W RMS pri obremenitvi 4 ohmov.
Zahtevane komponente za vezje ojačevalnika
- Vero plošča (lahko se uporabi pikčasto ali povezano s kom)
- Spajkalnik
- Spajkalna žica
- Orodje za odstranjevanje kosil in žic
- Žice
- Zvočni konektorji po zahtevah
- Hladilnik iz finega aluminija z debelino 5 mm in dimenzijami 90 mm x 45 mm.
- Napajanje 40V Rail-Rail z izhodom moči + 40V GND -40V
- 4 ohmov 100 W zvočnik
- Upor 1/4 th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5K, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
- 330R upor 1/4 th W - 3 kos
- 10R upor 10 W
- 0,33R - 7 W - 2 kos
- 0,22R - 10 vatov
- 100nF 100V kondenzator - 2 kos
- 47uF kondenzator 100V
- 470pF 100V
- 470nF 63V
- 10pF 100V
- 1n4002 Dioda
- IRFP244
- IRF9240
- MJE350
- MJE340
- BC546 - 2 kos
- MPSA43 - 3 kos
Shema in razlaga zvočnega ojačevalnika 100 W
Shema tega ojačevalnika zvoka 100 vatov ima nekaj stopenj. Na začetku ojačanja prve stopnje odsek filtra blokira neželene frekvenčne zvoke. Ta odsek filtra je ustvarjen z uporabo R3, R4 in C1, C2.
Na drugi stopnji vezja Q1 in Q2, ki sta tranzistorja MPSA43, delujeta kot diferencialni ojačevalnik in napajata signal do nadaljnje stopnje ojačanja.
Nato se ojačanje moči izvede prek dveh MOSFET-jev, IRFP244N in IRF9240. Ta dva MOSFET-a sta pomemben del vezja. Ta dva MOSFET-a delujeta kot push-pull gonilnik (široko uporabljena ojačevalna topologija ali arhitektura). Za pogon teh dveh MOSFET-ov Q5 in Q7 se uporabljajo tranzistorja MJE350 in MJE340. Ta dva močna tranzistorja zagotavljata dovolj toka vrat za pogon MOSFET-jev. R15 in R14 sta upornika omejevalnika toka za zaščito vrat MOSFET pred vklopnim tokom. Enako se zgodi pri R12 in R13, da zaščitita izhodno obremenitev pred vhodnim tokom. R18 je visoko varen upor, ki deluje kot vpenjalni krog s kondenzatorjem 100nF. R16 zagotavlja tudi dodatno zaščito pred prenapetostjo.
Testiranje ojačevalnega vezja 100 W
Za preverjanje izhoda vezja smo uporabili simulacijska orodja Proteus; izmerili smo izhod v virtualnem osciloskopu. Ogledate si lahko celotni predstavitveni video spodaj
Vezje napajamo z +/- 40V in zagotovljen je vhodni sinusni signal. Kanal osciloskopa A (rumen) je preko izhoda povezan z obremenitvijo 4 ohmov, vhodni signal pa prek kanala B (modri).
Izhodno razliko med vhodnim signalom in ojačanim izhodom lahko vidimo v videu: -
Preverili smo tudi izhodno moč, moč ojačevalnika je zelo odvisna od več stvari, kot smo že omenili. Zelo je odvisna od impedance zvočnika, učinkovitosti zvočnika, učinkovitosti ojačevalnika, konstrukcijskih topologij, skupnih harmonskih popačenj itd. Nismo mogli upoštevati ali izračunati vseh možnih dejavnikov, ki ustvarjajo odvisnosti moči ojačevalnika. Vezje v resničnem življenju se razlikuje od simulacije, ker je treba med preverjanjem ali preskušanjem izhoda upoštevati številne dejavnike.
Izračun moči ojačevalnika
Za izračun moči ojačevalnika smo uporabili preprosto formulo
Moč ojačevalnika = V 2 / R
Čez izhod smo priključili večmeter AC. Izmerjena izmenična napetost v multimetru je najvišja do najvišja izmenična napetost.
Posredovali smo zelo nizkofrekvenčni sinusoidni signal 25-50Hz. Tako kot pri nizkih frekvencah bo ojačevalnik obremenjeval več toka, multimeter pa bo lahko pravilno zaznal izmenično napetost.
Multimeter je pokazal + 20,9 V AC. Torej, v skladu s formulo je izhod ojačevalnika moči pri obremenitvi 4 Ohm
Ojačevalnik Moč = 20,9 2 /4 ojačevalnik Moč = 109,20 (več kot 100W približno)
Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 100w ojačevalnika zvoka
- Pri konstruiranju vezja so potrebni MOSFET-i, da so na stopnji ojačevalnika moči pravilno povezani s hladilnikom. Večji hladilnik zagotavlja boljši rezultat. Močnostni tranzistor Q5 in Q7 morata biti toplotno potopljena z majhnimi aluminijastimi hladilniki v obliki črke U.
- Za boljši rezultat je dobro uporabiti avdio ocenjene kondenzatorje.
- Vedno je dobra izbira za uporabo tiskanega vezja za avdio programe.
- Sledi diferencialnega ojačevalnika naj bodo kratke in čim bližje vhodni sledi.
- Zvočne signalne linije naj bodo ločene od hrupnih daljnovodov.
- Pazite na debelino sledi. Ker gre za zasnovo 100 W, je potrebna večja trenutna pot, zato povečajte širino sledi. Za boljši pretok toka je bolje uporabiti 70-mikronsko bakreno ploščo v dvostranski postavitvi z največjim odmikom.
- Ozemljitveno ravnino je treba ustvariti čez vezje. Pot do tal naj bo čim krajša.
Doseči boljše rezultate
V tej 100-vatni zasnovi je za boljšo moč mogoče narediti nekaj izboljšav.
- Dodajte pozitivni in negativni močnostni kondenzator z ločitvijo 4700uF z napetostjo najmanj 100 V.
- Za boljšo stabilnost uporabite 1% ocenjene MFR upore.
- Zamenjajte diodo 1N4002 z UF4007.
- Spremenite R11 z 1k potenciometrom za nadzor mirujočega toka prek močnostnih MOSFET-jev.
- Dodajte varovalko čez izhod, zaščitil bo vezje na prevelikem pogonu zvočnika ali stanje kratkega stika izhoda.
Preverite tudi druga vezja ojačevalnikov zvoka:
- 40-vatni avdio ojačevalnik z uporabo TDA2040
- 25-vatno avdio ojačevalno vezje
- 10-vatni avdio ojačevalnik z uporabo op-ojačevalnika
- 50-vatno vezje ojačevalnika z uporabo MOSFET-jev