10 W audio zesilovač využívající op

Zesilovače jsou páteří analogové elektroniky. Jsou široce používány v oblasti elektronického průmyslu. Zesilovače se používají téměř ve všech aplikacích souvisejících se zvukem.

Výkonový zesilovač je součástí zvukové elektroniky. Je navržen tak, aby maximalizoval velikost síly daného vstupního signálu. Ve zvukové elektronice operační zesilovač zvyšuje napětí signálu, ale není schopen poskytnout proud, který je potřebný k pohonu zátěže.

V tomto tutoriálu sestavíme 10W zesilovač s připojeným 8 Ohmovým impedančním reproduktorem. K dodání výkonu 10 W napříč výstupní zátěží použijeme operační zesilovač a dva další výkonové tranzistory

Konstrukční topologie pro zesilovače

V zesilovače řetězového systému, výkonový zesilovač se používá v poslední nebo konečný stupeň před zatížením. Obecně systém zesilovače zvuku používá níže uvedenou topologii zobrazenou v blokovém schématu

Jak vidíte ve výše uvedeném blokovém schématu, výkonový zesilovač je poslední fází, která je přímo připojena k zátěži. Obecně je před výkonovým zesilovačem signál korigován pomocí předzesilovačů a zesilovačů řízení napětí. Také v některých případech, kde je potřeba ovládání tónu, se obvody řízení tónu přidají před výkonový zesilovač.

Znát své zatížení

V případě systému audio zesilovače je důležitým aspektem konstrukce zátěž a kapacita zátěže zesilovače. Major zatížení pro výkonový zesilovač je Reproduktor. Výstup výkonového zesilovače závisí na impedanci zátěže, takže připojení nesprávné zátěže by mohlo ohrozit účinnost výkonového zesilovače i stabilitu.

Hlasitý reproduktor je obrovská zátěž, která funguje jako indukční a odporová zátěž. Výkonový zesilovač poskytuje střídavý výstup, a proto je impedance reproduktoru rozhodujícím faktorem pro správný přenos energie.

Impedance je efektivní odpor elektronického obvodu nebo součásti pro střídavý proud, který vzniká kombinovanými účinky souvisejícími s ohmickým odporem a reaktancí.

Ve zvukové elektronice jsou k dispozici různé typy reproduktorů s různým výkonem a různou impedancí. Impedanci reproduktoru lze nejlépe pochopit pomocí vztahu mezi průtokem vody uvnitř potrubí. Představte si reproduktor jako vodní potrubí, voda protékající potrubím je střídavý zvukový signál. Nyní, pokud se potrubí zvětšilo v průměru, bude voda snadno protékat potrubím, objem vody bude větší a pokud zmenšíme průměr, tím méně vody bude protékat potrubím, takže objem vody bude dolní. Průměr je účinek vytvořený ohmickým odporem a reaktancí. Pokud se trubka zvětší v průměru, bude impedance nízká,takže reproduktor může získat více příkonu a zesilovač poskytuje více scénáře přenosu energie a pokud se impedance zvýší, zesilovač poskytne reproduktoru méně energie.

Na trhu existují různé možnosti a také různé segmenty reproduktorů, obvykle se 4 ohmy, 8 ohmy, 16 ohmy a 32 ohmy, z nichž jsou reproduktory se 4 a 8 ohmy široce dostupné za levné ceny. Musíme také pochopit, že zesilovač s výkonem 5 W, 6 W nebo 10 W nebo ještě více je příkon RMS (Root Mean Square), dodávaný zesilovačem na konkrétní zátěž v nepřetržitém provozu.

Musíme si tedy dávat pozor na hodnocení reproduktorů, hodnocení zesilovačů, účinnost reproduktorů a impedanci.

Požadované komponenty

Pro konstrukci 10 wattového zesilovacího obvodu potřebujeme následující komponenty -

Deska Vero (lze použít tečkovaný nebo připojený kdokoli)
Páječka
Pájecí drát
Kleště a odizolovací kleště
Dráty
Hliníkový chladič
Napájení 12V Rail-Rail s napájecím vedením + 12V GND -12V
8 Ohm 10 Watt reproduktor
2ks 4.7K rezistor 1/4 ^th Watt
2ks 200R rezistor 1/2 ^th Watt
1ks 47k rezistor
10pF kondenzátor 1ks
3,2k rezistor
Kondenzátor.82uF
Tranzistor TIP127
Tranzistor TIP122
Integrovaný obvod LF351 s 8kolíkovou základnou IC

Obvodové schéma a vysvětlení zvukového zesilovače 10 Watt

Schéma 10 watt zesilovač je docela jednoduché, LF351 zesiluje napětí signálu a dva výkonové tranzistory poskytnout nezbytný výkon zesilovače. Energie je přímo odebírána z napájecího zdroje a dodává se do 8 ohmového reproduktoru pomocí dvou tranzistorů. Jak sinusová vlna mění polaritu, TIP127 zajišťuje zesílení výkonu na kladném vrcholu a TIP 122 poskytuje zesílení výkonu na záporných špičkových signálech.

V tomto obvodu jsou TIP122 a TIP 127 dvě hlavní součásti. Tyto dva tranzistory jsou identické páry s 100V udržujícím napětím kolektoru a vysílače při 100 mA. Oba integrované obvody poskytují obvykle vysoký zisk stejnosměrného proudu - hFE = 2500.

Na obrázku výše je zobrazen balíček TO-220B, v tomto balíčku jsou k dispozici oba tranzistory. Tento balíček je nezbytný pro dokonalý přenos tepla a je vhodný pro použití s chladičem. Tyto tranzistory jsou předpjaté pomocí rezistorů 200R. Zesílený výstup je odebírán ze spojení kolektorů TIP122 a TIP127.

Testování 10wattového obvodu zesilovače

Ke kontrole výstupu obvodu jsme použili simulační nástroje proteus; měřili jsme výstup ve virtuálním osciloskopu. Můžete si prohlédnout kompletní ukázkové video uvedené níže

Napájíme obvod pomocí +/- 12V a je zajištěn vstupní sinusový signál. Osciloskop je připojen přes výstup proti zátěži 8 ohmů na kanálu A (žlutá) a vstupní signál je připojen přes kanál B (modrá).

Na níže uvedeném videu můžeme vidět výstupní rozdíl mezi vstupním signálem a zesíleným výstupem.

Zkontrolovali jsme také výstupní výkon, výkon zesilovače je vysoce závislý na více věcech, jak bylo uvedeno výše. Je to velmi závislé na impedanci reproduktoru, účinnosti reproduktoru, účinnosti zesilovače, konstrukčních topologiích, celkových harmonických zkresleních atd. Nemohli jsme uvažovat nebo vypočítat všechny možné faktory, které vytvářejí závislosti ve výkonu zesilovače. Reálný obvod se liší od simulace, protože při kontrole nebo testování výstupu je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů.

Výpočet příkonu zesilovače

K výpočtu příkonu zesilovače jsme použili jednoduchý vzorec -

Příkon zesilovače = V ² / R

Přes výstup jsme připojili multimetr střídavého proudu. Střídavé napětí zobrazené na multimetru je špičkové střídavé napětí. Poskytli jsme velmi nízkofrekvenční sinusový signál několika 25-50 Hz. Stejně jako u nízké frekvence bude zesilovač dodávat do zátěže více proudu a multimetr bude schopen správně detekovat střídavé napětí.

Multimetr ukazoval + 8,90 V AC. Podle vzorce je tedy výstup výkonového zesilovače při zatížení 8 Ohmů

Zesilovač příkon = 8,90 ² /8 Zesilovač Příkon = 9,90125 (10W přibližně)

Na co je třeba pamatovat při konstrukci 10w zesilovače

Výkonové tranzistory musí být správně připojeny k chladiči. Větší chladič poskytuje lepší výsledek. Taky,
Pro lepší výsledek je dobré použít kondenzátorové skříňové kondenzátory.
Pokuste se co nejkratší vytvořit předzesilovač, spojení kolektoru výkonového tranzistoru a konečnou výstupní stopu. Snižuje to šumovou vazbu na výstupu. Taky,
Zkuste s tímto výkonovým zesilovačem použít reproduktor s vyšší účinností 8 ohmů.

Zkontrolujte demonstrační video níže pro tento 10w Zesilovač systému