功率放大器是音頻電子器件的一部分。它旨在最大化給定輸入信號(hào)的功率f的大小。在聲音電子學(xué)中，運(yùn)算放大器增加信號(hào)的電壓，但無(wú)法提供驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的電流。在本教程中，我們將使用MOSFET和晶體管構(gòu)建一個(gè)100W RMS輸出功率放大器電路，并連接一個(gè)4歐姆阻抗揚(yáng)聲器。

放大器的結(jié)構(gòu)拓?fù)?/p>

在放大器鏈系統(tǒng)中，功率放大器在負(fù)載之前的最后一級(jí)或最后一級(jí)使用。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。

如上面的框圖所示，功率放大器是直接連接到負(fù)載的最后一級(jí)。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對(duì)信號(hào)進(jìn)行校正。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)中，放大器的負(fù)載和負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力是結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要方面。功率放大器的主要負(fù)載是揚(yáng)聲器。功率放大器輸出取決于負(fù)載阻抗，因此連接不正確的負(fù)載可能會(huì)影響功率放大器的效率和穩(wěn)定性。

揚(yáng)聲器是一個(gè)巨大的負(fù)載，充當(dāng)感性和阻性負(fù)載。功率放大器提供交流輸出，因此揚(yáng)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(duì)交流電的有效電阻，它來(lái)自與歐姆電阻和電抗相關(guān)的綜合效應(yīng)。

在音頻電子中，不同類型的揚(yáng)聲器有不同的功率和不同的阻抗。揚(yáng)聲器阻抗可以通過(guò)管道內(nèi)水流之間的關(guān)系來(lái)最好地理解。只要把揚(yáng)聲器想象成一根水管，流經(jīng)水管的水就是交替的音頻信號(hào)?，F(xiàn)在，如果管道的直徑變大，水將很容易流過(guò)管道，水的體積會(huì)更大，如果我們減小直徑，流經(jīng)管道的水就會(huì)越少，所以水的體積就會(huì)降低。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，阻抗將很低，因此揚(yáng)聲器可以獲得更多的功率，放大器提供更多的功率傳輸場(chǎng)景，如果阻抗變高，則放大器將為揚(yáng)聲器提供更少的功率。

市場(chǎng)上有不同的選擇以及不同細(xì)分市場(chǎng)的揚(yáng)聲器，通常有4歐姆，8歐姆，16歐姆和32歐姆，其中4和8歐姆揚(yáng)聲器以便宜的價(jià)格廣泛使用。此外，我們需要了解，具有5瓦，6瓦或10瓦甚至更多的放大器是RMS（均方根）瓦數(shù)，由放大器在連續(xù)運(yùn)行中傳遞到特定負(fù)載。

因此，我們需要注意揚(yáng)聲器額定值、放大器額定值、揚(yáng)聲器效率和阻抗。

簡(jiǎn)單的100W音頻放大電路的構(gòu)造

在之前的教程中，我們制作了10W功率放大器，25W功率放大器和50W功率放大器。但在本教程中，我們將使用MOSFET設(shè)計(jì)一個(gè)100 W RMS 輸出功率放大器。

在100瓦放大器的結(jié)構(gòu)中，使用多個(gè)晶體管和MOSFET。讓我們看一下重要的MOSFET和晶體管的規(guī)格和引腳圖。在放大器的放大階段，我們使用了高壓晶體管MPSA43。它是一種高壓NPN晶體管，可用作放大器。MPSA43 NPN 晶體管的引腳是

我們使用了兩個(gè)互補(bǔ)的中等功率晶體管MJE350和MJE340。MJE350 是采用 TO-225 封裝的 500 mA PNP 晶體管，相同的 NPN 對(duì)晶體管為 MJE340。MJE340的規(guī)格與MJE350相同，但它是NPN中等功率晶體管。

下面給出了它們兩者的引腳排列圖-

在最后階段，使用兩個(gè)功率MOSFET IRFP244和IRFP9240。這兩者的組合在4 Ω負(fù)載上提供100 W RMS功率輸出。

功率放大器電路所需元件

Vero板（虛線或連接任何人都可以使用）

烙鐵

焊錫絲

鉗子和剝線鉗工具

電線

根據(jù)要求的音頻連接器

細(xì)鋁制散熱器，厚度為5mm，尺寸為90 mm x 45mm。

40V軌到軌電源，帶+40V GND -40V電源軌道輸出

4 歐姆 100 瓦揚(yáng)聲器

電阻器 1/4千瓦特 （39R， 390R， 1k， 1.5k， 4.7k， 15k， 22k， 33k， 47k， 150k） – 1nos.

330R 電阻器 1/4千瓦特 – 3 件

10R 電阻器 10 W

0.33R – 7 瓦 – 2 件

0.22R – 10 瓦

100nF 100V 電容器 – 2 個(gè)

47uF 100V 電容

470pF 100V

470nF 63V

10pF 100V

1n4002 二極管

紅外線244

斷續(xù)器9240

MJE350

MJE340

BC546 – 2 件

MPSA43 – 3 件

100W音頻放大器電路圖及說(shuō)明

該100 W 音頻放大器的原理圖有幾個(gè)階段。在第一級(jí)放大開(kāi)始時(shí)，濾波器部分可阻隔不需要的頻率噪聲。此篩選器部分是使用 R3、R4 和 C1、C2 創(chuàng)建的。

在電路的第二級(jí)，MPSA43晶體管Q1和Q2用作差分放大器，并將信號(hào)饋送到進(jìn)一步的放大級(jí)。

接下來(lái)，在兩個(gè) MOSFET IRFP244N 和 IRF9240 上完成功率放大。這兩個(gè)MOSFET是電路的重要組成部分。這兩個(gè)MOSFET充當(dāng)推挽驅(qū)動(dòng)器（一種廣泛使用的放大拓?fù)浠蚣軜?gòu)）。為了驅(qū)動(dòng)這兩個(gè) MOSFET Q5 和 Q7，使用了晶體管 MJE350 和 MJE340。這兩個(gè)功率晶體管提供足夠的柵極電流來(lái)驅(qū)動(dòng)MOSFET。R15 和 R14 是限流電阻器，用于保護(hù) MOSFET 柵極免受浪涌電流的影響。R12和R13也發(fā)生同樣的事情，以保護(hù)輸出負(fù)載免受浪涌電流驅(qū)動(dòng)的影響。R18是一種高功率電阻器，其與100nF電容器一起充當(dāng)鉗位電路。R16 還提供額外的過(guò)流保護(hù)。

測(cè)試 100 瓦放大電路

我們使用變形桿菌仿真工具來(lái)檢查電路的輸出;我們?cè)谔摂M示波器中測(cè)量了輸出。您可以查看下面給出的完整演示視頻

我們使用+/- 40V為電路供電，并提供輸入正弦信號(hào)。示波器的通道A（黃色）在輸出端連接，反對(duì)4歐姆負(fù)載，輸入信號(hào)通過(guò)通道B（藍(lán)色）連接。

放大器功率計(jì)算

我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的公式來(lái)計(jì)算放大器的瓦數(shù)——

Amplifier Wattage = V2 / R

我們?cè)谳敵龆诉B接了一個(gè)交流萬(wàn)用表。萬(wàn)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的非常低頻正弦信號(hào)。與低頻一樣，放大器將向負(fù)載提供更多電流，萬(wàn)用表將能夠正確檢測(cè)交流電壓。

萬(wàn)用表顯示+20.9V AC。因此，根據(jù)公式，功率放大器在4 Ω負(fù)載下的輸出為

Amplifier Wattage = 20.92 / 4

Amplifier Wattage =

109.20

(more than 100W approximately)

構(gòu)建100w音頻放大器時(shí)要記住的事情

構(gòu)建電路時(shí)，MOSFET需要在功率放大器級(jí)與散熱器正確連接。較大的散熱器提供更好的效果。功率晶體管 Q5 和 Q7 需要使用小型 U 形鋁散熱器正確散熱。

最好使用音頻級(jí)額定盒式電容器以獲得更好的效果。

將PCB用于音頻相關(guān)應(yīng)用始終是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

使差分放大器的走線較短，并盡可能接近輸入走線。

將音頻信號(hào)線與嘈雜的電源線分開(kāi)。

小心跡線厚度。由于這是100瓦設(shè)計(jì)，因此需要更大的電流路徑，因此可以最大化走線寬度。最好在雙面布局中使用70微米銅板，具有最大的過(guò)孔，以獲得更好的電流。

需要在整個(gè)電路中創(chuàng)建接地層。保持地面回路盡可能短。

取得更好的成果

在這種 100 瓦設(shè)計(jì)中，為了更好的輸出，幾乎無(wú)法進(jìn)行哪些改進(jìn)。

在正負(fù)電源軌上添加額定值至少為 100V 的 4700uF 去耦電容器。

使用額定值為 1% 的 MFR 電阻器以獲得更好的穩(wěn)定性。

將 1N4002 二極管更換為 UF4007。

使用1k電位計(jì)更換R11，以控制功率MOSFET兩端的靜態(tài)電流。

在輸出端添加保險(xiǎn)絲，它將在揚(yáng)聲器過(guò)驅(qū)或輸出短路時(shí)保護(hù)電路。