- Konstrukcijska topologija ojačevalnikov
- Spoznajte svojo obremenitev
- Izdelava enostavnega ojačevalnika 50W
- Komponenta je obvezna
- Shema vezja in razlaga
- Testiranje ojačevalnega tokokroga 50 W
- Izračun moči ojačevalnika
- Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 50w ojačevalnika
- 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 izdelali ojačevalnik izhodne moči 50 W RMS z uporabo MOSFET-jev, na katere je priključen zvočnik impedance 8 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 avdio ojačevalnega sistema 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 zvočni elektroniki 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 majhna,tako lahko zvočnik dobi več moči, ojačevalnik pa nudi več scenarija prenosa moči in če se impedanca poveča, 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 ojačevalnika 50W
V prejšnjih vajah smo izdelali 10-vatni ojačevalnik moči, 25-vatni ojačevalnik in 40-vatni ojačevalnik moči. Toda v tej vadnici bomo zasnovali ojačevalnik izhodne moči 50 W RMS z uporabo MOSFET-jev. V prejšnjih vajah smo uporabili namenski ojačevalnik moči IC, TDA2040 za 25-vatne in za 40-vatne ojačevalnike, vendar bomo pri tej zasnovi uporabili brezplačne parne N in P-kanalske MOSFET-e, da bomo dobili izhodno moč 50 W. Izhod bo precej stabilen, THD pa bo minimalen. Z njim bomo vozili 8 ohmov obremenitve.
Uporabili smo dva zelo priljubljena komplementarna MOSFET-a IRF530N in IRF9530N, ki sta na voljo v lokalnih trgovinah in spletnih trgovinah.
Na zgornji sliki je levi IRF530N, desni pa IRF9530N. Oba sta paket TO-220AB.
Ta dva MOSFET-a ustvarita push-pull operacijo za pogon 8 Ohmov 50 W RMS zvočnika.
Komponenta je obvezna
Za konstrukcijo vezja potrebujemo naslednje komponente -
- Vero plošča (lahko se uporabi pikčasto ali povezano s kom)
- Spajkalnik
- Spajkalna žica
- Orodje za odstranjevanje kosil in žic
- Žice
- Hladilnik iz finega aluminija z debelino 2 mm in dimenzijami 50 mm x 30 mm.
- Napajanje 35V od tirnice do železniške proge +35V GND -35V
- 8 ohmov 50 W zvočnik
- Upori (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
- Upori (2,7 k, 4,7 k, 47 k) - 2nos.
- 100uF 63V kondenzator
- Kondenzator 47uF 63V - 2 kos
- 68nF 100V
- 220pF 50V
- 1n4002 Dioda
- IRF530
- IRF9530
- .1uH Induktor 5A zračnega jedra
- BC556 -2 kos
- BC546 - 2 kos
Shema vezja in razlaga
Shema tega ojačevalnika zvoka 50 vatov ima nekaj stopenj. Na začetku ojačanja nizkoprepustni filter blokira visokofrekvenčni šum. Ta nizkoprepustni filter je ustvarjen z uporabo R1, R2 in C1. Upori R1 in R2 imajo dve operaciji, prvič je del nizkoprepustnega filtra, drugič, je delilnik napetosti in omejevalnik toka.
Na drugi stopnji vezja Q1 in Q2, ki sta tranzistorja BC556, delujeta kot diferencialni ojačevalnik.
Nato se ojačanje moči izvede prek dveh MOSFET-jev, IRF530N in IRF9530. Ta dva MOSFET-a sta komplementarna in usklajena para. Dva MOSFET-a imata enake specifikacije, vendar je eden N-kanalni, drugi pa P-kanalni. To je pomemben del vezja. Ta dva MOSFET-a delujeta kot push-pull gonilnik (široko uporabljena ojačevalna topologija ali arhitektura). Za pogon teh dveh MOSFET-ov, Q3 in Q4, se uporablja BC546. Ta dva tranzistorja zagotavljata dovolj pogona do MOSFET-jev. R15 je visoko varen upor, ki deluje kot vpenjalni krog s kondenzatorjem 68nF in 1uH induktor je dodan za zagotavljanje stabilnega ojačanja zvočnika 8 Ohmov.
Testiranje ojačevalnega tokokroga 50 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 +/- 35V in zagotovljen je vhodni sinusni signal. Kanal osciloskopa A (rumeni) je preko izhoda povezan z obremenitvijo 8 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 + 20,1V AC. Torej, po formuli je izhod ojačevalnika moči pri obremenitvi 8 Ohmov
Ojačevalnik Moč = 20,1 2 /8 ojačevalnik Moč = 50,50 (50W približno)
Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 50w ojačevalnika
- Pri konstruiranju vezja so potrebni MOSFET-i, da so na stopnji ojačevalnika moči pravilno povezani s hladilnikom. Večji hladilnik zagotavlja boljši rezultat.
- 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 50 W, je potrebna večja tokovna pot, zato povečajte širino sledi.
- Ozemljitveno ravnino je treba ustvariti čez vezje. Pot do tal naj bo čim krajša.
Doseči boljše rezultate
V tej 50-vatni zasnovi je za izboljšanje moči mogoče narediti nekaj izboljšav.
- Dodajte pozitivni in negativni napajalni tir kondenzator 220uF z napetostjo najmanj 63V.
- Za boljšo stabilnost uporabite 1% ocenjene MFR upore.
- Zamenjajte diodo 1N4002 z UF4007.
- Spremenite R13 z 1k potenciometrom za nadzor mirujočega toka prek močnostnih MOSFET-jev.
- Namesto zračnega jedra z.25uH 5A uporabite toroidni induktor.
- Dodajte varovalko čez izhod, to bo zaščitilo vezje na prevelikem pogonu zvočnika ali stanje kratkega stika na izhodu.
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