100 وات دائرة مكبر كهربائي باستخدام موسفيت

مضخم الطاقة هو جزء من الإلكترونيات الصوتية. وهي مصممة لتعظيم حجم الطاقة f المعطاة لإشارة الدخل. في إلكترونيات الصوت ، يزيد مضخم التشغيل من جهد الإشارة ، لكنه غير قادر على توفير التيار المطلوب لدفع الحمل. في هذا البرنامج التعليمي ، سنبني دائرة لمضخم طاقة خرج بقدرة 100 وات RMS باستخدام MOSFETs والترانزستورات مع سماعة مقاومة 4 أوم متصلة بها.

طوبولوجيا البناء لمكبرات الصوت

في نظام سلسلة مكبر للصوت ، يتم استخدام مضخم الطاقة في المرحلة الأخيرة أو النهائية قبل التحميل. بشكل عام ، يستخدم نظام مضخم الصوت الهيكل الموضح أدناه في مخطط الكتلة

كما ترى في الرسم البياني أعلاه ، فإن مضخم الطاقة هو المرحلة الأخيرة التي تتصل مباشرة بالحمل. بشكل عام ، قبل مضخم الطاقة ، يتم تصحيح الإشارة باستخدام مضخمات الصوت ومضخمات التحكم في الجهد. أيضًا ، في بعض الحالات ، حيث يلزم التحكم في النغمة ، تتم إضافة دائرة التحكم في النغمة قبل مضخم الطاقة.

تعرف حمولتك

في حالة نظام مضخم الصوت ، يعد الحمل وسعة القيادة للمضخم جانبًا مهمًا في البناء. و حمل كبير لمكبر للصوت السلطة هو المتكلم بصوت عال. يعتمد خرج مضخم الطاقة على مقاومة الحمل ، لذا فإن توصيل حمولة غير صحيحة يمكن أن يضر بكفاءة مضخم الطاقة وكذلك الاستقرار.

مكبر الصوت هو حمولة ضخمة تعمل بمثابة حمل استقرائي ومقاوم. يوفر مضخم الطاقة خرج التيار المتردد ، ونتيجة لذلك تعد مقاومة السماعة عاملاً حاسمًا لنقل الطاقة المناسب.

المقاومة هي المقاومة الفعالة لدائرة إلكترونية أو مكون للتيار المتردد ، والتي تنشأ من التأثيرات المجمعة المتعلقة بالمقاومة والمفاعلة الأومية.

في الالكترونيات الصوتية، أنواع مختلفة من مكبرات الصوت متوفرة في القوة الكهربائية المختلفة مع معاوقة مختلفة. يمكن فهم مقاومة السماعة بشكل أفضل باستخدام العلاقة بين تدفق المياه داخل الأنبوب. مجرد التفكير في مكبر الصوت كأنبوب ماء ، والمياه المتدفقة عبر الأنبوب هي إشارة الصوت المتناوبة. الآن ، إذا أصبح قطر الأنبوب أكبر ، فسوف يتدفق الماء بسهولة عبر الأنبوب ، وسيكون حجم الماء أكبر ، وإذا قللنا القطر ، فسيقل تدفق الماء عبر الأنبوب ، وبالتالي سيكون حجم الماء خفض. القطر هو التأثير الناتج عن المقاومة الأومية والمفاعلة. إذا أصبح قطر الأنبوب أكبر ، فستكون المعاوقة منخفضة ، وبالتالي يمكن أن تحصل السماعة على قدر أكبر من القوة الكهربائية ويوفر مكبر الصوت المزيد من سيناريو نقل الطاقة ، وإذا ارتفعت المعاوقة ، فسيوفر مكبر الصوت طاقة أقل للسماعة.

هناك خيارات مختلفة بالإضافة إلى شريحة مختلفة من السماعات متوفرة في السوق ، بشكل عام مع 4 أوم ، 8 أوم ، 16 أوم ، 32 أوم ، منها 4 و 8 مكبرات صوت متوفرة على نطاق واسع بأسعار رخيصة. أيضًا ، نحتاج إلى أن نفهم أن مكبر الصوت بقدرة 5 وات أو 6 وات أو 10 وات أو أكثر هو القوة الكهربائية RMS (مربع الجذر) ، الذي يتم توصيله بواسطة مكبر الصوت إلى حمل محدد في عملية مستمرة.

لذلك ، نحن بحاجة إلى توخي الحذر بشأن تصنيف السماعة ، وتقييم مكبر الصوت ، وكفاءة السماعة ، والمقاومة.

بناء دائرة بسيطة لمكبر الصوت 100 واط

في الدروس السابقة ، صنعنا مضخم طاقة 10 وات ومضخم طاقة 25 وات ومضخم طاقة 50 وات. ولكن في هذا البرنامج التعليمي ، سنقوم بتصميم مضخم طاقة خرج 100 وات RMS باستخدام MOSFETs.

في بناء 100 Watt Amplifier ، يتم استخدام ترانزستورات متعددة و MOSFETs. دعونا نرى المواصفات والرسم البياني للدبابيس MOSFETs والترانزستورات المهمة. في مرحلة تضخيم مكبر الصوت ، استخدمنا ترانزستور الجهد العالي MPSA. إنه ترانزستور NPN عالي الجهد يعمل كمضخم. دبوس من الترانزستور NPN MPSA43 is-

استخدمنا اثنين من الترانزستورات ذات القدرة المتوسطة التكميلية MJE350 و MJE340. MJE350 هو ترانزستور PNP سعة 500 مللي أمبير في حزمة TO-225 وزوج NPN المتطابق هو MJE340. MJE340 له نفس مواصفات MJE350 ، لكنه ترانزستور طاقة متوسط ​​NPN.

يتم إعطاء مخططات Pinout لكليهما أدناه-

في المرحلة النهائية ، تم استخدام وحدتي Power MOSFETs IRFP244 و IRFP9240. يوفر الجمع بين هذين خرج قدرة 100 وات RMS عبر حمل 4 أوم.

المكونات المطلوبة لدائرة مضخم الطاقة

1. لوحة Vero (منقط أو متصل يمكن استخدام أي شخص)
2. لحام حديد
3. أسلاك اللحام
4. أداة تعرية الأسلاك والأسلاك
5. الأسلاك
6. موصلات الصوت حسب المتطلبات
7. المشتت الحراري من الألومنيوم الناعم بسماكة 5 مم وبُعد 90 مم × 45 مم.
8. مزود طاقة 40V من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية مع خرج مسار طاقة + 40V GND -40V
9. 4 اوم مكبر صوت 100 وات
10. المقاوم 1/4 ^عشر وات (39R، 390R، 1K، 1.5K، 4.7K، 15K، 22K، 33K، 47K، 150K) - 1nos.
11. 330R المقاوم 1/4 ^عشر وات - 3 جهاز كمبيوتر شخصى
12. 10R المقاوم 10 وات
13. 0.33R - 7 وات - 2 قطعة
14. 0.22R - 10 واط
15. 100nF 100V مكثف - 2 قطعة
16. 47 فائق التوهج 100 فولت مكثف
17. 470pF 100 فولت
18. 470nF 63 فولت
19. 10pF 100 فولت
20. 1n4002 ديود
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 قطعة
26. MPSA43 - 3 قطع

مخطط وشرح لدائرة مكبر الصوت 100 واط

يحتوي المخطط التخطيطي لمضخم الصوت بقوة 100 واط على عدة مراحل. في بداية مرحلة التضخيم الأولى ، يحجب قسم المرشح ضوضاء التردد غير المطلوبة. يتم إنشاء قسم المرشح هذا باستخدام R3 و R4 و C1 و C2.

في المرحلة الثانية من الدائرة ، يعمل Q1 و Q2 ، وهما ترانزستورات MPSA43 ، كمضخم تفاضلي ويغذي الإشارة إلى مرحلة التضخيم الإضافية.

بعد ذلك ، يتم إجراء تضخيم الطاقة عبر وحدتي MOSFET ، IRFP244N و IRF9240. هذان MOSFETs هما الجزء المهم من الدائرة. تعمل هاتان الدائرتان MOSFET كمحرك دفع وسحب (طوبولوجيا أو هندسة تضخيم مستخدمة على نطاق واسع). لقيادة هذين MOSFETs Q5 و Q7 ، يتم استخدام الترانزستورات MJE350 و MJE340. يوفر هذان الترانزستوران اللذان يعملان بالطاقة تيارًا كافيًا للبوابة لقيادة الدوائر MOSFET. R15 و R14 هما المقاومات المحددة الحالية لحماية بوابة MOSFET من تدفق التيار. يحدث الشيء نفسه مع R12 و R13 لحماية حمل الإخراج من محرك الاندفاع الحالي. R18 هو مقاوم عالي القوة الكهربائية يعمل كدائرة تثبيت مع مكثف 100nF. يوفر R16 أيضًا حماية إضافية ضد التيار الزائد.

اختبار دائرة المضخم بقدرة 100 وات

استخدمنا أدوات محاكاة Proteus للتحقق من إخراج الدائرة ؛ قمنا بقياس الإخراج في الذبذبات الافتراضية. يمكنك التحقق من الفيديو التوضيحي الكامل الموضح أدناه

نقوم بتشغيل الدائرة باستخدام +/- 40 فولت ويتم توفير إشارة الدخل الجيبية. قناة الذبذبات A (أصفر) متصلة عبر الإخراج مقابل تحميل 4 أوم وإشارة الإدخال متصلة عبر القناة B (أزرق).

يمكننا أن نرى فرق الإخراج بين إشارة الإدخال والإخراج المضخم في الفيديو: -

أيضًا ، قمنا بفحص القوة الكهربائية الناتجة ، تعتمد القوة الكهربائية للمضخم بشكل كبير على أشياء متعددة ، كما تمت مناقشته من قبل. وهي تعتمد بشكل كبير على مقاومة السماعة ، وكفاءة السماعة ، وكفاءة مكبر الصوت ، وطوبولوجيا البناء ، والتشوهات التوافقية الكلية ، وما إلى ذلك. تختلف دائرة الحياة الواقعية عن المحاكاة لأن هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها أثناء فحص أو اختبار الإخراج.

مضخم القوة الكهربائية حساب

استخدمنا صيغة بسيطة لحساب القوة الكهربائية للمضخم-

القوة الكهربائية لمضخم الصوت = V ² / R

قمنا بتوصيل تيار متردد متعدد المتر عبر الإخراج. جهد التيار المتردد الموضح في المتر المتعدد هو ذروة جهد التيار المتردد.

قدمنا ​​إشارة جيبية منخفضة التردد للغاية تتراوح من 25 إلى 50 هرتز. كما هو الحال في التردد المنخفض ، سيوفر مكبر الصوت مزيدًا من التيار للحمل وسيتمكن جهاز القياس المتعدد من اكتشاف جهد التيار المتردد بشكل صحيح.

أظهر جهاز القياس المتعدد + 20.9 فولت تيار متردد. لذلك ، وفقًا للصيغة ، يكون خرج مضخم الطاقة عند حمل 4 أوم هو

مكبر للصوت القوة الكهربائية = 20.9 ² /4 مكبر للصوت القوة الكهربائية = 109.20 (أكثر من 100W تقريبا)

أشياء يجب تذكرها أثناء إنشاء مكبر صوت بقوة 100 واط

1. عند إنشاء الدائرة ، يلزم توصيل دوائر MOSFET بمبدد الحرارة بشكل صحيح في مرحلة مضخم الطاقة. يوفر المبرد الأكبر نتيجة أفضل. يجب أن يتم غرق ترانزستور الطاقة Q5 و Q7 بشكل صحيح باستخدام مبددات حرارية صغيرة من الألومنيوم على شكل حرف U.
2. من الجيد استخدام مكثفات من نوع الصندوق المقنن بدرجة الصوت للحصول على نتيجة أفضل.
3. إنه دائمًا اختيار جيد لاستخدام PCB للتطبيقات ذات الصلة بالصوت.
4. اجعل آثار مكبر الصوت التفاضلي قصيرة ، وأقرب ما يمكن من تتبع الإدخال.
5. حافظ على فصل خطوط الإشارة الصوتية عن خطوط الطاقة المزعجة.
6. كن حذرا بشأن سمك الآثار. نظرًا لأن هذا تصميم 100 وات ، يلزم وجود مسار تيار أكبر ، لذا قم بتكبير عرض التتبع. من الأفضل استخدام لوح نحاسي بحجم 70 ميكرون في تخطيط مزدوج الجوانب مع أقصى فتحات لتدفق تيار أفضل.
7. يجب إنشاء المستوى الأرضي عبر الدائرة. اجعل مسار العودة الأرضي قصيرًا قدر الإمكان.

تحقيق نتائج أفضل

في تصميم 100 وات هذا ، يمكن إجراء القليل من التحسينات من أجل إخراج أفضل.

1. أضف مكثف فصل 4700 فائق التوهج بتصنيف 100 فولت على الأقل عبر مسار الطاقة الموجب والسالب.
2. استخدم مقاومات MFR مصنفة 1٪ لتحقيق استقرار أفضل.
3. قم بتغيير الصمام الثنائي 1N4002 باستخدام UF4007.
4. قم بتغيير R11 بمقياس جهد 1 كيلو للتحكم في التيار الهادئ عبر وحدات MOSFET للطاقة.
5. أضف Fuse عبر الإخراج ، وسوف يحمي الدائرة على مكبر الصوت أو حالة ماس كهربائى.

تحقق أيضًا من دوائر مكبرات الصوت الأخرى:

• 40 Watt Audio Amplifier باستخدام TDA2040
• دائرة مكبر صوت 25 وات
• 10 Watt Audio Amplifier باستخدام Op-Amp
• دائرة مضخم طاقة 50 وات باستخدام MOSFETs