Mạch khuếch đại công suất 50 Watt sử dụng mosfet

Bộ khuếch đại công suất là một phần của thiết bị điện tử âm thanh. Nó được thiết kế để tối đa hóa độ lớn của tín hiệu đầu vào cho trước. Trong thiết bị điện tử âm thanh, bộ khuếch đại hoạt động làm tăng điện áp của tín hiệu, nhưng không thể cung cấp dòng điện cần thiết để truyền tải. Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ xây dựng một bộ khuếch đại công suất đầu ra 50 Watt RMS sử dụng MOSFETs với loa trở kháng 8 Ohms được kết nối với nó.

Cấu trúc liên kết xây dựng cho bộ khuếch đại

Trong hệ thống chuỗi bộ khuếch đại, bộ khuếch đại công suất được sử dụng ở giai đoạn cuối cùng hoặc cuối cùng trước khi tải. Nói chung, hệ thống Bộ khuếch đại âm thanh sử dụng cấu trúc liên kết dưới đây được thể hiện trong sơ đồ khối.

Như bạn thấy trong sơ đồ khối trên, Bộ khuếch đại công suất là giai đoạn cuối cùng được kết nối trực tiếp với tải. Nói chung, trước Bộ khuếch đại công suất, tín hiệu được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng Bộ khuếch đại tiền và bộ khuếch đại điều khiển điện áp. Ngoài ra, trong một số trường hợp, khi cần điều khiển âm sắc, mạch điều chỉnh âm sắc sẽ được thêm vào trước Bộ khuếch đại công suất.

Biết tải của bạn

Trong trường hợp của hệ thống Bộ khuếch đại âm thanh, tải và khả năng truyền tải của bộ khuếch đại là một khía cạnh quan trọng trong xây dựng. Các phụ tải lớn cho một sức mạnh Amplifier là Loud Speaker. Đầu ra của bộ khuếch đại công suất phụ thuộc vào trở kháng tải, vì vậy việc kết nối một tải không phù hợp có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của Bộ khuếch đại công suất cũng như độ ổn định.

Loa Loud là một tải rất lớn hoạt động như một tải Cảm ứng và Điện trở. Bộ khuếch đại công suất cung cấp đầu ra AC, do đó, trở kháng của loa là yếu tố quan trọng để truyền công suất thích hợp.

Trở kháng là điện trở hiệu dụng của mạch điện tử hoặc linh kiện đối với dòng điện xoay chiều, phát sinh từ các hiệu ứng tổng hợp liên quan đến điện trở và điện kháng ohmic.

Trong Điện tử âm thanh, các loại Loa khác nhau có công suất khác nhau với trở kháng khác nhau. Trở kháng của loa có thể được hiểu rõ nhất bằng cách sử dụng mối quan hệ giữa lưu lượng nước bên trong ống. Cứ nghĩ loa là một ống nước, nước chảy qua ống chính là tín hiệu âm thanh xoay chiều. Lúc này, nếu đường kính ống càng lớn thì nước sẽ dễ dàng chảy qua ống, thể tích nước sẽ lớn hơn, và nếu ta giảm đường kính thì lượng nước chảy qua ống càng ít, do đó thể tích nước sẽ là thấp hơn. Đường kính là hiệu ứng được tạo ra bởi điện trở và điện trở ohmic. Nếu ống có đường kính lớn hơn, trở kháng sẽ thấp,vì vậy loa có thể nhận được nhiều công suất hơn và bộ khuếch đại cung cấp nhiều kịch bản truyền công suất hơn và nếu trở kháng cao thì Bộ khuếch đại sẽ cung cấp ít công suất hơn cho loa.

Có nhiều sự lựa chọn khác nhau cũng như phân khúc loa khác nhau có sẵn trên thị trường, thường có 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms và 32 ohms, trong đó loa 4 và 8 ohms được bán rộng rãi với mức giá rẻ. Ngoài ra, chúng ta cần hiểu rằng, một bộ khuếch đại có 5 Watt, 6 Watt hoặc 10 Watt hoặc thậm chí hơn là công suất RMS (Root Mean Square), được bộ khuếch đại phân phối đến một tải cụ thể trong hoạt động liên tục.

Vì vậy, chúng ta cần phải cẩn thận về xếp hạng loa, xếp hạng bộ khuếch đại, hiệu suất loa và trở kháng.

Cấu tạo Bộ khuếch đại 50W đơn giản

Trong các hướng dẫn trước, chúng tôi đã thực hiện bộ khuếch đại công suất 10 Watt, bộ khuếch đại công suất 25 Watt và bộ khuếch đại công suất 40 Watt. Nhưng trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ thiết kế bộ khuếch đại công suất đầu ra 50 Watt RMS sử dụng MOSFET. Trong các hướng dẫn trước, chúng tôi đã sử dụng IC khuếch đại công suất chuyên dụng, TDA2040 cho 25 Watt và cho bộ khuếch đại 40 Watt, nhưng trong thiết kế này, chúng tôi sẽ sử dụng cặp MOSFET kênh N và P miễn phí để có được công suất đầu ra 50Watt. Sản lượng sẽ khá ổn định và THD sẽ ở mức tối thiểu. Chúng tôi sẽ lái xe tải 8 ohms với nó.

Chúng tôi đã sử dụng hai MOSFET bổ sung phổ biến rộng rãi IRF530N và IRF9530N có sẵn rộng rãi trong các cửa hàng địa phương cũng như các cửa hàng trực tuyến.

Trong hình trên, hình bên trái là IRF530N và hình bên phải là IRF9530N. Cả hai đều là một gói TO-220AB.

Hai MOSFET đó tạo ra hoạt động đẩy kéo để điều khiển loa RMS 8 Ohms 50 Watt.

Thành phần bắt buộc

Để xây dựng mạch, chúng ta cần các thành phần sau:

Bảng Vero (chấm hoặc kết nối bất kỳ ai cũng có thể sử dụng được)
Sắt hàn
Dây hàn
Kềm và dụng cụ tuốt dây
Dây điện
Tản nhiệt nhôm mịn với độ dày 2mm và kích thước 50mm x 30mm.
Cung cấp điện từ đường sắt 35V sang đường sắt với đầu ra đường ray + 35V GND -35V
Loa 8 Ohms 50 Watt
Điện trở (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
Điện trở (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
Tụ điện 100uF 63V
Tụ điện 47uF 63V - 2 cái
68nF 100V
220pF 50V
1n4002 Diode
IRF530
IRF9530
.1uH Lõi không khí Cuộn cảm 5A xếp hạng
BC556 -2 chiếc
BC546 - 2 chiếc

Sơ đồ mạch và giải thích

Sơ đồ cho Bộ khuếch đại âm thanh 50 watt này có một số giai đoạn. Khi bắt đầu khuếch đại, một bộ lọc thông thấp chặn nhiễu tần số cao. Bộ lọc thông thấp này được tạo bằng cách sử dụng R1, R2 và C1. Các điện trở R1 và R2 có hai hoạt động, đầu tiên nó là một phần của bộ lọc thông thấp, thứ hai, nó là một bộ phân áp cũng như một bộ hạn chế dòng điện.

Trên tầng thứ hai của mạch, Q1 và Q2, là các bóng bán dẫn BC556, hoạt động như một bộ khuếch đại vi sai.

Tiếp theo, khuếch đại công suất được thực hiện trên hai MOSFET, IRF530N và IRF9530. Hai MOSFET này là cặp bổ sung và phù hợp. Hai MOSFET có thông số kỹ thuật giống nhau, nhưng một là kênh N và một là kênh P. Đây là một phần quan trọng của mạch. Hai MOSFET này hoạt động như một trình điều khiển push-pull (Một cấu trúc hoặc cấu trúc liên kết khuếch đại được sử dụng rộng rãi). Để điều khiển hai MOSFET này, Q3 và Q4, BC546 được sử dụng. Hai bóng bán dẫn này cung cấp đủ ổ cổng cho MOSFET. R15 là một điện trở có công suất cao hoạt động như một mạch kẹp với tụ điện 68nF và cuộn cảm 1uH được thêm vào để cung cấp khả năng khuếch đại ổn định cho Loa 8 Ohms.

Kiểm tra mạch Khuếch đại 50watt

Chúng tôi đã sử dụng các công cụ mô phỏng Proteus để kiểm tra đầu ra của mạch; chúng tôi đã đo đầu ra trong máy hiện sóng ảo. Bạn có thể kiểm tra toàn bộ Video trình diễn dưới đây

Chúng tôi đang cấp nguồn cho mạch bằng +/- 35V và tín hiệu hình sin đầu vào được cung cấp. Kênh A (Vàng) của máy hiện sóng được kết nối qua đầu ra với tải 8 ohms và tín hiệu đầu vào được kết nối qua kênh B (Xanh lam).

Chúng ta có thể thấy sự khác biệt đầu ra giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra khuếch đại trong video: -

Ngoài ra, chúng tôi đã kiểm tra công suất đầu ra, công suất của Bộ khuếch đại phụ thuộc nhiều vào nhiều thứ, như đã thảo luận trước đây. Nó phụ thuộc nhiều vào trở kháng của loa, hiệu suất của loa, hiệu suất của Bộ khuếch đại, cấu trúc cấu trúc, tổng độ méo hài, v.v. Chúng tôi không thể xem xét hoặc tính toán tất cả các yếu tố có thể tạo ra sự phụ thuộc vào công suất bộ khuếch đại. Mạch đời thực khác với mô phỏng vì cần xem xét nhiều yếu tố trong khi kiểm tra hoặc thử nghiệm đầu ra.

Tính toán công suất bộ khuếch đại

Chúng tôi đã sử dụng một công thức đơn giản để tính toán công suất của bộ khuếch đại -

Công suất bộ khuếch đại = V ² / R

Chúng tôi đã kết nối một đồng hồ đa AC trên đầu ra. Điện áp xoay chiều được hiển thị trong đồng hồ đa năng là điện áp xoay chiều đỉnh đến đỉnh.

Chúng tôi cung cấp tín hiệu hình sin tần số rất thấp 25-50Hz. Như ở tần số thấp, bộ khuếch đại sẽ cung cấp nhiều dòng điện hơn cho tải và đồng hồ vạn năng sẽ có thể phát hiện đúng điện áp AC.

Đồng hồ vạn năng hiển thị + 20,1V AC. Vì vậy, theo công thức, đầu ra của bộ khuếch đại công suất ở tải 8 Ohms là

Khuếch đại Công suất = 20,1 ² /8 khuếch đại Công suất = 50.50 (50W xấp xỉ)

Những điều cần nhớ khi chế tạo bộ khuếch đại công suất 50w

Khi xây dựng mạch, MOSFET cần được kết nối với bộ tản nhiệt đúng cách ở tầng khuếch đại công suất. Bộ tản nhiệt lớn hơn mang lại kết quả tốt hơn.
Tốt nên sử dụng tụ điện loại hộp xếp hạng âm thanh để có kết quả tốt hơn.
Sử dụng PCB cho ứng dụng liên quan đến Âm thanh luôn là một lựa chọn tốt.
Làm cho dấu vết của bộ khuếch đại vi sai ngắn và càng gần dấu vết đầu vào càng tốt.
Giữ cho đường dây tín hiệu âm thanh được tách biệt khỏi đường dây điện ồn ào.
Hãy cẩn thận về độ dày vết. Vì đây là thiết kế 50 Watt, cần có đường dẫn dòng lớn hơn, vì vậy hãy tối đa hóa chiều rộng vết.
Mặt phẳng đất cần được tạo trên toàn mạch. Giữ cho đường trở lại mặt đất càng ngắn càng tốt.

Đạt được kết quả tốt hơn

Trong thiết kế 50 Watt này, có thể thực hiện một số cải tiến để có đầu ra tốt hơn.

Thêm tụ phân tách 220uF với định mức ít nhất 63V trên đường nguồn tích cực và tiêu cực.
Sử dụng điện trở MFR được xếp hạng 1% để có độ ổn định tốt hơn.
Thay đổi diode 1N4002 bằng UF4007.
Thay đổi R13 bằng chiết áp 1k để kiểm soát dòng điện tĩnh trên các MOSFET công suất.
Sử dụng cuộn cảm hình xuyến thay cho lõi không khí với.25uH 5A.
Thêm cầu chì trên đầu ra, nó sẽ bảo vệ mạch trên loa quá tải hoặc tình trạng ngắn mạch đầu ra.

Ngoài ra, hãy kiểm tra các mạch khuếch đại âm thanh khác:

Bộ khuếch đại âm thanh 40 Watt sử dụng TDA2040
Mạch Khuếch đại Âm thanh 25 Watt
Bộ khuếch đại âm thanh 10 Watt sử dụng Op-Amp