Circuit amplificateur de puissance de 100 watts utilisant mosfet

L'amplificateur de puissance fait partie de l'électronique audio. Il est conçu pour maximiser l'amplitude de la puissance f donnée du signal d'entrée. Dans l'électronique sonore, l'amplificateur opérationnel augmente la tension du signal, mais incapable de fournir le courant nécessaire pour entraîner une charge. Dans ce didacticiel, nous allons construire un circuit d'amplificateur de puissance de sortie de 100 W RMS à l'aide de MOSFET et de transistors avec un haut-parleur d'impédance de 4 Ohms connecté.

Topologie de construction pour amplificateurs

Dans un système à chaîne d'amplificateurs, l'amplificateur de puissance est utilisé au dernier ou dernier étage avant la charge. En règle générale, le système d'amplificateur de son utilise la topologie ci-dessous indiquée dans le diagramme

Comme vous pouvez le voir dans le schéma de principe ci-dessus, l'amplificateur de puissance est le dernier étage directement connecté à la charge. Généralement, avant l'amplificateur de puissance, le signal est corrigé à l'aide de préamplificateurs et d'amplificateurs de contrôle de tension. De plus, dans certains cas, où une commande de tonalité est nécessaire, le circuit de commande de tonalité est ajouté avant l'amplificateur de puissance.

Connaissez votre charge

Dans le cas d'un système d'amplificateur audio, la charge et la capacité de commande de charge de l'amplificateur sont un aspect important de la construction. La charge principale d'un amplificateur de puissance est le haut-parleur. La sortie de l'amplificateur de puissance dépend de l'impédance de la charge, donc la connexion d'une charge incorrecte peut compromettre l'efficacité de l'amplificateur de puissance ainsi que la stabilité.

Le haut-parleur est une charge énorme qui agit comme une charge inductive et résistive. L'amplificateur de puissance délivre une sortie CA, c'est pourquoi l'impédance du haut-parleur est un facteur critique pour un transfert de puissance correct.

L'impédance est la résistance effective d'un circuit électronique ou d'un composant pour courant alternatif, qui résulte des effets combinés liés à la résistance ohmique et à la réactance.

Dans l' électronique audio, différents types de haut-parleurs sont disponibles en différentes puissances avec différentes impédances. L'impédance des enceintes peut être mieux comprise en utilisant la relation entre le débit d'eau à l'intérieur d'un tuyau. Pensez simplement au haut-parleur comme à un tuyau d'eau, l'eau qui coule à travers le tuyau est le signal audio alterné. Maintenant, si le diamètre du tuyau devient plus grand, l'eau s'écoulera facilement à travers le tuyau, le volume d'eau sera plus grand, et si nous diminuons le diamètre, moins d'eau coulera dans le tuyau, donc le volume d'eau sera inférieur. Le diamètre est l'effet créé par la résistance ohmique et la réactance. Si le diamètre du tuyau augmente, l'impédance sera faible, de sorte que le haut-parleur peut obtenir plus de puissance et l'amplificateur fournit plus de scénario de transfert de puissance et si l'impédance devient élevée, l'amplificateur fournira moins de puissance au haut-parleur.

Il existe différents choix ainsi que différents segments de haut-parleurs sont disponibles sur le marché, généralement avec 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms et 32 ​​ohms, parmi lesquels les haut-parleurs 4 et 8 ohms sont largement disponibles à des tarifs bon marché. En outre, nous devons comprendre qu'un amplificateur de 5 watts, 6 watts ou 10 watts ou même plus est la puissance RMS (Root Mean Square), fournie par l'amplificateur à une charge spécifique en fonctionnement continu.

Nous devons donc faire attention à la puissance nominale des enceintes, à la puissance nominale de l'amplificateur, à l'efficacité des enceintes et à l'impédance.

Construction d'un circuit d'amplificateur audio simple de 100 W

Dans les tutoriels précédents, nous avons réalisé un amplificateur de puissance 10W, un amplificateur de puissance 25W et un amplificateur de puissance 50W. Mais dans ce tutoriel, nous allons concevoir un amplificateur de puissance de sortie de 100 Watt RMS à l'aide de MOSFET.

Dans la construction d' un amplificateur de 100 watts, plusieurs transistors et MOSFET sont utilisés. Voyons la spécification et le diagramme des broches des transistors et MOSFET importants. Dans la phase d'amplification de l'amplificateur, nous avons utilisé le transistor haute tension MPSA43. C'est un transistor NPN haute tension qui agit comme un amplificateur. La broche du transistor MPSA43 NPN est-

Nous avons utilisé deux transistors de moyenne puissance complémentaires MJE350 et MJE340. Le MJE350 est un transistor PNP de 500 mA dans le boîtier TO-225 et le transistor à paire NPN identique est MJE340. Le MJE340 a les mêmes spécifications que le MJE350, mais il s'agit d'un transistor de puissance moyenne NPN.

Les schémas de brochage pour les deux sont donnés ci-dessous.

Dans l'étape finale, deux MOSFET de puissance IRFP244 et IRFP9240 sont utilisés. La combinaison de ces deux fournit une puissance de sortie de 100 watts RMS sur la charge de 4 ohms.

Composants requis pour le circuit d'amplificateur de puissance

1. Tableau Vero (tout le monde en pointillé ou connecté peut être utilisé)
2. Fer à souder
3. Fil de soudure
4. Pince à dénuder et outil à dénuder
5. Fils
6. Connecteurs audio selon les exigences
7. Dissipateur thermique en aluminium fin avec une épaisseur de 5 mm et une dimension de 90 mm x 45 mm.
8. Alimentation rail à rail 40 V avec sortie de voie + 40 V GND -40 V
9. Haut-parleur 4 Ohms 100 Watt
10. Résistance 1/4 ^ème Watt (39R, 390R, 1k, 1,5k, 4,7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
11. Résistance 330R 1/4 ^ème Watt - 3 pcs
12. Résistance 10R 10 Watt
13. 0.33R - 7 Watt - 2 pièces
14. 0,22R - 10 watts
15. Condensateur 100nF 100V - 2 pièces
16. Condensateur 47uF 100V
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. Diode 1n4002
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 - 2 pièces
26. MPSA43 - 3 pièces

Schéma du circuit de l'amplificateur audio 100 W et explication

Le schéma de cet amplificateur audio de 100 watts comporte quelques étapes. Au début de l'amplification du premier étage, une section de filtre bloque les bruits de fréquence indésirables. Cette section de filtre est créée à l'aide de R3, R4 et C1, C2.

Sur le deuxième étage du circuit, Q1 et Q2, qui sont des transistors MPSA43, fonctionnent comme un amplificateur différentiel et transmettent le signal à l'étage d'amplification supplémentaire.

Ensuite, l'amplification de puissance est effectuée sur deux MOSFET, IRFP244N et IRF9240. Ces deux MOSFET sont la partie importante du circuit. Ces deux MOSFET agissent comme un pilote push-pull (topologie ou architecture d'amplification largement utilisée). Pour piloter ces deux MOSFET Q5 et Q7, les transistors MJE350 et MJE340 sont utilisés. Ces deux transistors de puissance fournissent suffisamment de courant de grille pour piloter les MOSFET. R15 et R14 sont les résistances limiteurs de courant pour protéger la porte MOSFET du courant d'appel. La même chose se produit pour le R12 et le R13 pour protéger la charge de sortie du variateur de courant d'appel. R18 est une résistance de puissance élevée qui agit comme circuit de serrage avec le condensateur 100nF. R16 fournit également une protection supplémentaire contre les surintensités.

Test du circuit d'amplificateur de 100 watts

Nous avons utilisé des outils de simulation Proteus pour vérifier la sortie du circuit; nous avons mesuré la sortie dans l'oscilloscope virtuel. Vous pouvez consulter la vidéo de démonstration complète ci-dessous

Nous alimentons le circuit en utilisant +/- 40V et le signal sinusoïdal d'entrée est fourni. Le canal A (jaune) de l'oscilloscope est connecté sur la sortie contre une charge de 4 ohms et le signal d'entrée est connecté sur le canal B (bleu).

Nous pouvons voir la différence de sortie entre le signal d'entrée et la sortie amplifiée dans la vidéo: -

En outre, nous avons vérifié la puissance de sortie, la puissance de l'amplificateur dépend fortement de plusieurs choses, comme indiqué précédemment. Cela dépend fortement de l'impédance du haut-parleur, de l'efficacité du haut-parleur, de l'efficacité de l'amplificateur, des topologies de construction, des distorsions harmoniques totales, etc. Le circuit réel est différent de la simulation car de nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de la vérification ou du test de la sortie.

Calcul de la puissance de l'amplificateur

Nous avons utilisé une formule simple pour calculer la puissance de l'amplificateur -

Puissance de l'amplificateur = V ² / R

Nous avons connecté un multimètre AC sur la sortie. La tension alternative indiquée dans le multimètre est la tension alternative crête à crête.

Nous avons fourni un signal sinusoïdal à très basse fréquence de 25 à 50 Hz. Comme en basse fréquence, l'amplificateur fournira plus de courant à la charge et le multimètre pourra détecter correctement la tension alternative.

Le multimètre a montré + 20,9V AC. Ainsi, selon la formule, la sortie de l'amplificateur de puissance à une charge de 4 Ohms est

Amplificateur Puissance = 20,9 ^deux / 4 Amplificateur Puissance = 109,20 (plus de 100 W environ)

Choses à retenir lors de la construction d'un amplificateur audio 100 W

1. Lors de la construction du circuit, les MOSFET doivent être correctement connectés au dissipateur thermique à l'étage de l'amplificateur de puissance. Le dissipateur thermique plus grand offre un meilleur résultat. Les transistors de puissance Q5 et Q7 doivent être dissipés correctement avec de petits dissipateurs en aluminium en forme de U.
2. Il est bon d'utiliser des condensateurs de type boîte de qualité audio pour un meilleur résultat.
3. C'est toujours un bon choix d'utiliser des PCB pour les applications liées à l'audio.
4. Faites en sorte que les traces de l'amplificateur différentiel soient courtes et aussi proches que possible de la trace d'entrée.
5. Gardez les lignes de signal audio séparées des lignes électriques bruyantes.
6. Faites attention à l'épaisseur des traces. Comme il s'agit d'une conception de 100 watts, un chemin de courant plus grand est nécessaire, maximisez donc la largeur de la trace. Il est préférable d'utiliser une carte de cuivre de 70 microns dans une disposition double face avec des traversées maximales pour un meilleur flux de courant.
7. Le plan de masse doit être créé à travers le circuit. Gardez le chemin de retour au sol aussi court que possible.

Obtenez de meilleurs résultats

Dans cette conception de 100 watts, peu d'améliorations peuvent être apportées pour un meilleur rendement.

1. Ajoutez un condensateur de découplage de 4700 uF avec une valeur nominale d'au moins 100 V sur les pistes de puissance positive et négative.
2. Utilisez des résistances MFR à 1% pour une meilleure stabilité.
3. Changez la diode 1N4002 avec UF4007.
4. Changez le R11 avec un potentiomètre 1k pour contrôler le courant de repos à travers les MOSFET de puissance.
5. Ajoutez un fusible sur la sortie, cela protégera le circuit sur l'overdrive du haut-parleur ou la condition de court-circuit de sortie.

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