10-ватов аудио усилвател с оп

Усилвателите са гръбнакът на аналоговата електроника. Те се използват широко в областта на електронната индустрия. Усилвателите се използват почти във всички приложения, свързани със звука.

Усилвателят на мощност е част от звуковата електроника. Той е проектиран да максимизира големината на мощността на даден входен сигнал. В звуковата електроника операционният усилвател увеличава напрежението на сигнала, но не може да осигури тока, необходим за задвижване на товара.

В този урок ще изградим 10W усилвател с 8 Ohms импеданс високоговорител, свързан към него. Ще използваме операционен усилвател и два допълнителни силови транзистора, за да доставим изходна мощност от 10 вата при изходното натоварване

Строителна топология на усилвателите

В усилвателна верижна система усилвателят на мощност се използва на последния или последния етап преди натоварването. Обикновено системата за усилвател на звука използва по-долу топология, показана на блок-схемата

Както можете да видите в горната блок-схема, усилвателят на мощност е последният етап, който е директно свързан с товара. Като цяло, преди усилвателя на мощността, сигналът се коригира с помощта на предварителни усилватели и усилватели за управление на напрежението. Също така, в някои случаи, когато е необходим контрол на тона, схемата за управление на тона се добавя преди усилвателя на мощността.

Знайте своя товар

В случай на аудио усилвателна система, натоварването и товароносимостта на усилвателя е важен аспект в конструкцията. Най- голямо натоварване за усилвател на мощност е високоговорител. Изходът на усилвателя на мощност зависи от импеданса на товара, така че свързването на неподходящ товар може да компрометира ефективността на усилвателя на мощност, както и стабилността.

Високоговорителят е огромен товар, който действа като индуктивен и резистивен товар. Усилвателят на мощност осигурява AC изход, поради което импедансът на високоговорителя е критичен фактор за правилния трансфер на мощност.

Импедансът е ефективното съпротивление на електронна схема или компонент за променлив ток, което произтича от комбинираните ефекти, свързани с омично съпротивление и реактивно съпротивление.

В аудио електрониката се предлагат различни видове високоговорители с различна мощност с различен импеданс. Импедансът на високоговорителя може да се разбере най-добре, като се използва връзката между водния поток вътре в тръба. Просто си представете високоговорителя като водопровод, водата, преминаваща през тръбата, е променливият аудио сигнал. Сега, ако тръбата стане с по-голям диаметър, водата лесно ще тече през тръбата, обемът на водата ще бъде по-голям и ако намалим диаметъра, толкова по-малко вода ще тече през тръбата, така че обемът на водата ще бъде нисък. Диаметърът е ефектът, създаден от омичното съпротивление и реактивно съпротивление. Ако тръбата стане по-голяма в диаметър, импедансът ще бъде нисък,така високоговорителят може да получи повече мощност, а усилвателят осигурява повече сценарий за прехвърляне на мощност и ако импедансът стане висок, усилвателят ще осигури по-малко енергия на високоговорителя.

Има различни възможности за избор, както и различни сегменти високоговорители се предлагат на пазара, обикновено с 4 ома, 8 ома, 16 ома и 32 ома, от които 4 и 8 ома високоговорители са широко достъпни на ниски цени. Също така трябва да разберем, че усилвател с 5 вата, 6 вата или 10 вата или дори повече е RMS (корен среден квадрат) мощност, доставяна от усилвателя до определен товар при непрекъсната работа.

Така че, трябва да бъдем внимателни относно рейтинга на високоговорителите, рейтинга на усилвателя, ефективността на високоговорителите и импеданса.

Необходими компоненти

За да изградим 10-ватовата усилвателна схема, са ни необходими следните компоненти -

Vero дъска (пунктирана или свързана всеки може да се използва)
Пояло
Тел за запояване
Инструмент за отстраняване на щипки и тел
Кабели
Алуминиев радиатор
Захранване от 12V към релса с + 12V GND -12V захранваща пътека
Високоговорител 8 ома 10 вата
2бр 4.7k Резистор 1/4 ^ия Watt
2бр 200R Резистор 1/2 ^- ват
1бр 47k резистор
10pF кондензатор 1бр
3.2k резистор
.82uF кондензатор
TIP127 Транзистор
TIP122 транзистор
LF351 IC с 8-пинов IC основа

Схема и обяснение на 10-ватовия аудио усилвател

На схеми за 10 вата усилвател е доста проста, за LF351 усилва напрежението на сигнала и две мощност транзистори осигури необходимата мощност усилване. Захранването се взима директно от захранването и се подава към 8-омов високоговорител през два транзистора. Тъй като синусоидалната вълна променя полярността, TIP127 осигурява усилване на мощността при положителен пик, а TIP 122 осигурява усилване на мощността при отрицателни пикови сигнали.

В тази схема TIP122 и TIP 127 са два основни компонента. Тези два транзистора са идентична двойка със 100V поддържащо напрежение колектор-емитер @ 100 mA. И двете интегрални схеми осигуряват висок коефициент на постоянен ток - hFE = 2500 обикновено.

На горното изображение е показан пакетът TO-220B, и двата транзистора са налични в този пакет. Този пакет е от съществено значение за перфектен пренос на топлина и е полезен за поставяне с радиатор. Тези транзистори са предубедени, използвайки резистори 200R. Усиленият изход се взема от кръстовището на колектора на TIP122 и TIP127.

Тестване на 10-ватова схема на усилвателя

Използвахме инструменти за симулация на proteus, за да проверим изхода на веригата; измерихме изхода във виртуалния осцилоскоп. Можете да проверите пълното демонстрационно видео, дадено по-долу

Захранваме веригата, използвайки + / - 12V и е осигурен входният синусоидален сигнал. Осцилоскопът е свързан през изхода срещу натоварване от 8 ома на канал A (жълт) и входният сигнал е свързан през канал B (син).

Можем да видим разликата в изхода между входния сигнал и усиления изход във видеото, дадено по-долу.

Също така проверихме изходната мощност, мощността на усилвателя силно зависи от множество неща, както беше обсъдено по-рано. Силно зависи от импеданса на високоговорителя, ефективността на високоговорителя, ефективността на усилвателя, конструктивните топологии, общите хармонични изкривявания и т.н. Схемата в реалния живот е различна от симулацията, защото са необходими много фактори, за да се вземат предвид при проверка или тестване на изхода.

Изчисляване на мощността на усилвателя

Използвахме проста формула за изчисляване на мощността на усилвателя -

Мощност на усилвателя = V ² / R

Свързахме AC мултиметър през изхода. Променливотоково напрежение, показано в мултиметъра, е пиково до пиково променливо напрежение. Предоставихме много нискочестотен синусоидален сигнал от няколко 25-50Hz. Както при ниските честоти, усилвателят ще подава повече ток към товара и мултиметърът ще може да открие правилно променливото напрежение.

Мултиметърът показа + 8.90V AC. Така че, съгласно формулата, изходът на усилвателя на мощност при товар от 8 ома е

Усилвател Мощност = 8.90 ² /8 усилвател Мощност = 9.90125 (10W приблизително)

Неща, които трябва да запомните, докато конструирате 10w усилвател

Силовите транзистори трябва да бъдат свързани правилно с радиатора. По-големият радиатор осигурява по-добър резултат. Също,
За по-добър резултат е добре да използвате кондензатори тип аудио клас.
Опитайте се да направите възможно най-кратък предварителния усилвател, до кръстовището на силовия транзисторен колектор и до крайната изходна следа. Това ще намали шумовото свързване на изхода. Също,
Опитайте се да използвате 8 ома високоговорител с по-висока ефективност, за да шофирате с този усилвател на мощност.

Проверете демонстрационното видео по-долу за тази 10w усилвателна система