10-watowy wzmacniacz audio z op

Wzmacniacze są podstawą elektroniki analogowej. Są szeroko stosowane w przemyśle elektronicznym. Wzmacniacze są używane prawie we wszystkich aplikacjach związanych z audio.

Wzmacniacz mocy jest częścią elektroniki dźwiękowej. Służy do maksymalizacji wielkości mocy danego sygnału wejściowego. W elektronice dźwiękowej wzmacniacz operacyjny zwiększa napięcie sygnału, ale nie może dostarczyć prądu, który jest potrzebny do wysterowania obciążenia.

W tym samouczku zbudujemy wzmacniacz o mocy 10 W z podłączonym do niego głośnikiem o impedancji 8 omów. Użyjemy wzmacniacza operacyjnego i dwóch dodatkowych tranzystorów mocy, aby dostarczyć moc wyjściową 10 W na obciążenie wyjściowe

Topologia konstrukcyjna wzmacniaczy

W układzie wzmacniacza łańcuchowego wzmacniacz mocy jest używany na ostatnim lub ostatnim etapie przed obciążeniem. Ogólnie rzecz biorąc, system wzmacniacza dźwięku wykorzystuje poniższą topologię przedstawioną na schemacie blokowym

Jak widać na powyższym schemacie blokowym, wzmacniacz mocy jest ostatnim stopniem, który jest bezpośrednio podłączony do obciążenia. Generalnie, przed wzmacniaczem mocy, sygnał jest korygowany za pomocą przedwzmacniaczy i wzmacniaczy kontroli napięcia. Ponadto, w niektórych przypadkach, gdy wymagana jest kontrola tonu, obwód kontroli tonu jest dodawany przed wzmacniaczem mocy.

Poznaj swój ładunek

W przypadku systemu Audio Amplifier, obciążenie i zdolność napędzania wzmacniacza jest ważnym aspektem konstrukcyjnym. Głównym obciążenie dla wzmacniacza mocy jest Głośniki. Wyjście wzmacniacza mocy zależy od impedancji obciążenia, więc podłączenie niewłaściwego obciążenia może zagrozić wydajności wzmacniacza mocy, a także stabilności.

Głośnik to ogromne obciążenie, które działa jako obciążenie indukcyjne i rezystancyjne. Wzmacniacz mocy zapewnia wyjście AC, dlatego impedancja głośnika jest krytycznym czynnikiem dla prawidłowego przenoszenia mocy.

Impedancja to efektywna rezystancja obwodu elektronicznego lub komponentu dla prądu przemiennego, która wynika z połączonych efektów związanych z rezystancją omową i reaktancją.

W elektronice audio dostępne są różne typy głośników o różnej mocy i różnej impedancji. Impedancję głośników można najlepiej zrozumieć na podstawie relacji między przepływem wody w rurze. Wystarczy pomyśleć o głośniku jak o rurze wodnej, woda przepływająca przez rurę jest naprzemiennym sygnałem audio. Teraz, jeśli rura zwiększyła średnicę, woda będzie łatwo przepływać przez rurę, objętość wody będzie większa, a jeśli zmniejszymy średnicę, tym mniej wody przepłynie przez rurę, więc objętość wody będzie niższy. Średnica jest efektem rezystancji omowej i reaktancji. Jeśli rura zwiększy średnicę, impedancja będzie niska,więc głośnik może uzyskać większą moc, a wzmacniacz zapewnia większy scenariusz przenoszenia mocy, a jeśli impedancja wzrośnie, wzmacniacz dostarczy mniejszą moc do głośnika.

Istnieją różne możliwości wyboru, a na rynku dostępne są różne segmenty głośników, generalnie 4 omy, 8 omów, 16 omów i 32 omy, z których głośniki 4 i 8 omów są szeroko dostępne w niskich cenach. Musimy również zrozumieć, że wzmacniacz o mocy 5 W, 6 W lub 10 W lub nawet większej ma moc RMS (Root Mean Square), dostarczaną przez wzmacniacz do określonego obciążenia podczas ciągłej pracy.

Musimy więc uważać na parametry głośników, parametry wzmacniaczy, wydajność głośników i impedancję.

Wymagane komponenty

Aby zbudować 10-watowy obwód wzmacniacza, potrzebujemy następujących komponentów:

Płyta Vero (można użyć kropkowanej lub podłączonej dowolnej osoby)
Lutownica
Drut lutowniczy
Szczypce i narzędzie do ściągania izolacji
Przewody
Aluminiowy radiator
Zasilanie 12V Rail to Rail z szyną zasilającą + 12V GND -12V
Głośnik 8 Ohm 10 Watt
2 sztuk 4.7 k Rezystor 1/4 ^th Watt
2 szt 200R Rezystor 1/2 ^p Watt
Rezystor 1 pc 47 k
Kondensator 10pF 1szt
Rezystor 3,2 k
Kondensator.82uF
Tranzystor TIP127
Tranzystor TIP122
LF351 IC z 8-pinową podstawą IC

Schemat obwodu wzmacniacza audio o mocy 10 W i objaśnienie

Schematyczny przez 10 watowy wzmacniacz jest dość prosta, LF351 wzmacnia sygnał napięciowy i dwie Tranzystory mocy dostarcza niezbędnych wzmocnienie zasilania. Moc jest pobierana bezpośrednio z zasilacza i dostarczana do głośnika 8 Ohm przez dwa tranzystory. Ponieważ fala sinusoidalna zmienia biegunowość, TIP127 zapewnia wzmocnienie mocy przy dodatnim szczycie, a TIP 122 zapewnia wzmocnienie mocy na ujemnych sygnałach szczytowych.

W tym obwodzie TIP122 i TIP 127 to dwa główne elementy. Te dwa tranzystory są identyczną parą z napięciem podtrzymującym kolektor-emiter 100 V przy 100 mA. Oba układy scalone zapewniają wysokie wzmocnienie prądu stałego - typowo hFE = 2500.

Na powyższym obrazku pokazano pakiet TO-220B, oba tranzystory są dostępne w tym pakiecie. Ten pakiet jest niezbędny do doskonałego przenoszenia ciepła i jest przydatny w połączeniu z radiatorem. Te tranzystory są spolaryzowane za pomocą rezystorów 200R. Wzmocniony sygnał wyjściowy pobierany jest ze złącza kolektora TIP122 i TIP127.

Testowanie obwodu 10-watowego wzmacniacza

Użyliśmy narzędzi do symulacji proteus, aby sprawdzić wyjście obwodu; mierzyliśmy moc na wirtualnym oscyloskopie. Możesz sprawdzić cały film demonstracyjny podany poniżej

Układ zasilamy napięciem + / - 12V i dostarczamy sygnał wejściowy sinusoidalny. Oscyloskop jest podłączony do wyjścia przy obciążeniu 8 omów na kanale A (żółty), a sygnał wejściowy do kanału B (niebieski).

Możemy zobaczyć różnicę wyjściową między sygnałem wejściowym a wzmocnionym wyjściem na poniższym filmie.

Sprawdziliśmy również moc wyjściową, moc wzmacniacza w dużym stopniu zależy od wielu rzeczy, jak omówiono wcześniej. Zależy to w dużym stopniu od impedancji głośnika, wydajności głośnika, sprawności wzmacniacza, topologii konstrukcji, całkowitych zniekształceń harmonicznych itp. Nie mogliśmy wziąć pod uwagę ani obliczyć wszystkich możliwych czynników, które tworzą zależności w mocy wzmacniacza. Rzeczywisty obwód różni się od symulacji, ponieważ podczas sprawdzania lub testowania wyjścia należy wziąć pod uwagę wiele czynników.

Obliczanie mocy wzmacniacza

Użyliśmy prostego wzoru do obliczenia mocy wzmacniacza -

Moc wzmacniacza = V ² / R

Podłączyliśmy multimetr AC do wyjścia. Napięcie AC pokazane na multimetrze jest napięciem zmiennym międzyszczytowym. Dostarczyliśmy bardzo niskoczęstotliwościowy sygnał sinusoidalny kilku 25-50Hz. Podobnie jak w przypadku niskich częstotliwości, wzmacniacz dostarczy więcej prądu do obciążenia, a multimetr będzie w stanie prawidłowo wykryć napięcie AC.

Multimetr pokazał + 8,90 V AC. Tak więc, zgodnie ze wzorem, moc wyjściowa wzmacniacza mocy przy obciążeniu 8 omów wynosi

Wzmacniacz Moc = 8,90 ² /8 wzmacniacz Moc = 9,90125 (około 10W)

O czym należy pamiętać podczas konstruowania wzmacniacza 10W

Tranzystory mocy muszą być prawidłowo połączone z radiatorem. Większy radiator zapewnia lepsze rezultaty. Również,
Aby uzyskać lepszy efekt, dobrze jest używać kondensatorów skrzynkowych klasy audio.
Postaraj się, aby przedwzmacniacz, do złącza kolektora tranzystora mocy i do końcowego śladu wyjściowego, był jak najkrótszy. Zmniejszy to sprzężenie szumów na wyjściu. Również,
Spróbuj użyć głośnika o wyższej wydajności 8 Ohm do wysterowania z tym wzmacniaczem mocy.

Sprawdź demonstracji wideo poniżej tej 10w wzmacniacza systemu