使用MOSFET構(gòu)建一個50瓦RMS輸出功率放大器

功率放大器是音頻電子學(xué)的一部分。它旨在最大化給定輸入信號的功率f幅度。在聲音電子學(xué)中，運算放大器增加了信號的電壓，但無法提供驅(qū)動負(fù)載所需的電流。在本教程中，我們將使用 MOSFET 構(gòu)建一個 50 瓦 RMS 輸出功率放大器，并連接一個 8 歐姆阻抗揚聲器。

放大器的結(jié)構(gòu)拓?fù)?/p>

在放大器鏈系統(tǒng)中，功率放大器用于負(fù)載前的最后或最后階段。通常，聲音放大器系統(tǒng)使用以下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如框圖所示。

如上框圖所示，功率放大器是直接連接到負(fù)載的最后一級。通常，在功率放大器之前，使用前置放大器和電壓控制放大器校正信號。此外，在某些情況下，如果需要音調(diào)控制，則在功率放大器之前添加音調(diào)控制電路。

了解您的負(fù)載

在音頻放大器系統(tǒng)的情況下，放大器的負(fù)載和負(fù)載驅(qū)動能力是結(jié)構(gòu)中的一個重要方面。功率放大器的主要負(fù)載是揚聲器。功率放大器的輸出取決于負(fù)載阻抗，因此連接不正確的負(fù)載可能會影響功率放大器的效率和穩(wěn)定性。

揚聲器是一個巨大的負(fù)載，充當(dāng)感性和電阻性負(fù)載。功率放大器提供交流輸出，因此揚聲器的阻抗是正確功率傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。

阻抗是電子電路或元件對交流電的有效電阻，由與歐姆電阻和電抗相關(guān)的綜合效應(yīng)產(chǎn)生。

在音頻電子中，不同類型的揚聲器具有不同的阻抗，具有不同的瓦數(shù)。揚聲器阻抗可以通過管道內(nèi)水流之間的關(guān)系來最好地理解。就把揚聲器想象成水管，流過水管的水就是交替的音頻信號?，F(xiàn)在，如果管道的直徑變大，水就很容易流過管道，水量就會變大，如果我們減小直徑，流過管道的水就越少，所以水量就會越小。直徑是由歐姆電阻和電抗產(chǎn)生的效應(yīng)。如果管道直徑變大，阻抗會很低，因此揚聲器可以獲得更多的瓦數(shù)，放大器提供更多的功率傳輸場景，如果阻抗變高，則放大器將為揚聲器提供更少的功率。

市場上有不同的選擇以及不同細(xì)分市場的揚聲器，通常有 4 歐姆、8 歐姆、16 歐姆和 32 歐姆，其中 4 歐姆和 8 歐姆揚聲器以便宜的價格廣泛可用。此外，我們需要了解，具有 5 瓦、6 瓦或 10 瓦甚至更高的放大器是 RMS（均方根）瓦數(shù)，由放大器在連續(xù)運行中輸送到特定負(fù)載。

因此，我們需要注意揚聲器額定值、放大器額定值、揚聲器效率和阻抗。

簡單50W放大器的結(jié)構(gòu)

在之前的教程中，我們制作了 10 瓦功率放大器、25 瓦功率放大器和 40 瓦功率放大器。但在本教程中，我們將使用 MOSFET 設(shè)計一個 50 W RMS 輸出功率放大器。在之前的教程中，我們使用了專用功率放大器IC，TDA2040用于25瓦和40瓦放大器，但在此設(shè)計中，我們將使用免費的N和P溝道MOSFET對來獲得50瓦的功率輸出。輸出將非常穩(wěn)定，THD將最小。我們將用它驅(qū)動 8 歐姆負(fù)載。

我們使用了兩種廣受歡迎的互補MOSFET，IRF530N和IRF9530N，它們在本地商店和網(wǎng)上商店都可以買到。

在上圖中，左邊是IRF530N，右邊是IRF9530N。兩者都是 TO-220AB 封裝。

這兩個 MOSFET 產(chǎn)生推挽式操作，以驅(qū)動 8 歐姆 50 瓦 RMS 揚聲器。

所需組件

為了構(gòu)建電路，我們需要以下組件-

Vero 板（任何人都可以使用虛線或連接）

烙鐵

焊錫絲

鉗子和剝線鉗工具

電線

細(xì)鋁散熱器，厚度為2mm，尺寸為50mm x 30mm。

35V軌到軌電源，+35V GND -35V電源軌道輸出

8 歐姆 50 瓦揚聲器

電阻器（10R、300R、560R、680R、820R、1.2k、2.2k、10k、15k） – 1nos。

電阻器（2.7k、4.7k、47k）– 2 nos。

100uF 63V 電容器

47uF 63V 電容器 – 2 個

68nF 100V

220pF 50V

1n4002 二極管

紅外代碼版 IRF530

紅外代碼版 IRF9530

.1uH 空心電感器 5A 額定電流

BC556 -2 件

BC546 – 2 件

電路圖及說明

這款50 瓦音頻放大器的原理圖有幾個級。在放大開始時，低通濾波器會阻擋高頻噪聲。該低通濾波器是使用 R1、R2 和 C1 創(chuàng)建的。電阻R1和R2有兩種操作，首先是低通濾波器的一部分，其次是分壓器和限流器。

在電路的第二級，作為BC556晶體管的Q1和Q2用作差分放大器。

接下來，功率放大在兩個MOSFET上完成，IRF530N和IRF9530。這兩個MOSFET是互補和匹配的對。兩個MOSFET具有相同的規(guī)格，但一個是N溝道，另一個是P溝道。這是電路的重要組成部分。這兩個MOSFET充當(dāng)推挽式驅(qū)動器（一種廣泛使用的放大拓?fù)浠蚣軜?gòu)）。為了驅(qū)動這兩個MOSFET（Q3和Q4），使用了BC546。這兩個晶體管為 MOSFET 提供足夠的柵極驅(qū)動。R15 是一款高瓦數(shù)電阻器，用作箝位電路，電容器 68nF 并添加了 1uH 電感器，可為 8 歐姆揚聲器提供穩(wěn)定的放大。

測試 50 瓦放大器電路

我們使用Proteus仿真工具來檢查電路的輸出;我們測量了虛擬示波器中的輸出。您可以查看下面給出的完整演示視頻

我們使用+/- 35V為電路供電，并提供輸入正弦信號。示波器的通道 A（黃色）連接在輸出端，負(fù)載為 8 歐姆，輸入信號連接在通道 B（藍(lán)色）上。

放大器功率計算

我們使用一個簡單的公式來計算放大器的瓦數(shù)-

Amplifier Wattage = V2 / R

我們在輸出端連接了一個交流萬用表。萬用表中顯示的交流電壓是峰峰值交流電壓。

我們提供了25-50Hz的極低頻正弦信號。與低頻一樣，放大器將向負(fù)載提供更多電流，萬用表將能夠正確檢測交流電壓。

萬用表顯示+20.1V AC。因此，根據(jù)公式，功率放大器在 8 歐姆負(fù)載下的輸出為

Amplifier Wattage = 20.12 / 8

Amplifier Wattage =

50.50?

(50W approximately)

構(gòu)建 50W 功率放大器時要記住的事情

構(gòu)建電路時，需要在功率放大器級將MOSFET與散熱器正確連接。較大的散熱器提供更好的結(jié)果。

最好使用音頻級額定箱型電容器以獲得更好的結(jié)果。

將PCB用于音頻相關(guān)應(yīng)用始終是一個不錯的選擇.

使差分放大器的走線較短，并盡可能靠近輸入走線。

將音頻信號線與嘈雜的電源線分開。

注意跡線的厚度。由于這是 50 W 設(shè)計，因此需要更大的電流路徑，因此請最大化走線寬度。

需要在整個電路中創(chuàng)建接地層。保持接地返回路徑盡可能短。

取得更好的結(jié)果

在這種 50 瓦設(shè)計中，幾乎無法進(jìn)行改進(jìn)以獲得更好的輸出。

在正負(fù)電源軌道上增加額定電壓至少為63V的220uF去耦電容。

使用 1% 額定 MFR 電阻器以獲得更好的穩(wěn)定性。

將 1N4002 二極管更換為 UF4007。

用 1k 電位計更換 R13，以控制功率 MOSFET 兩端的靜態(tài)電流。

使用環(huán)形電感器代替 .25uH 5A 的空芯。

在輸出端添加保險絲，它將在揚聲器過載或輸出短路情況下保護(hù)電路。