Circuit d'amplificateur de puissance de 50 watts utilisant des mosfets

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 tutoriel, nous allons construire un amplificateur de puissance de sortie de 50 watts RMS à l'aide de MOSFET avec un haut-parleur d'impédance de 8 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,ainsi 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 amplificateur simple de 50 W

Dans les tutoriels précédents, nous avons fabriqué un amplificateur de puissance de 10 watts, un amplificateur de puissance 25 watts et un amplificateur de puissance 40 watts. Mais dans ce tutoriel, nous allons concevoir un amplificateur de puissance de sortie de 50 Watt RMS à l'aide de MOSFET. Dans les tutoriels précédents, nous avons utilisé un circuit intégré d'amplificateur de puissance dédié, TDA2040 pour 25 watts et pour des amplificateurs de 40 watts, mais dans cette conception, nous utiliserons des paires de MOSFET à canaux N et P complémentaires pour obtenir la puissance de sortie de 50 watts. La sortie sera assez stable et le THD sera minimum. Nous allons conduire 8 ohms de charge avec.

Nous avons utilisé deux MOSFET complémentaires très populaires IRF530N et IRF9530N qui sont largement disponibles dans les magasins locaux ainsi que dans les magasins en ligne.

Dans l'image ci-dessus, celui de gauche est l'IRF530N et celui de droite est l'IRF9530N. Les deux sont un package TO-220AB.

Ces deux MOSFET créent un fonctionnement push-pull pour piloter un haut-parleur 8 Ohms 50 Watt RMS.

Composant requis

Pour construire le circuit, nous avons besoin des composants suivants:

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. Dissipateur thermique en aluminium fin avec une épaisseur de 2 mm et une dimension de 50 mm x 30 mm.
7. Alimentation rail à rail 35 V avec sortie de voie d'alimentation + 35 V GND -35 V
8. Haut-parleur 8 Ohms 50 Watt
9. Résistances (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1,2k, 2,2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Résistances (2,7k, 4,7k, 47k) - 2nos.
11. Condensateur 100uF 63V
12. Condensateur 47uF 63V - 2pcs
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. Diode 1n4002
16. IRF530
17. IRF9530
18. Inducteur à noyau d'air.1uH classé 5A
19. BC556 -2 pièces
20. BC546 - 2 pièces

Schéma de circuit et explication

Le schéma de cet amplificateur audio de 50 watts comporte quelques étapes. Au début de l'amplification, un filtre passe-bas bloque le bruit haute fréquence. Ce filtre passe-bas est créé à l'aide de R1, R2 et C1. Les résistances R1 et R2 ont deux opérations, d'une part c'est une partie de filtre passe-bas, d'autre part, c'est un diviseur de tension ainsi qu'un limiteur de courant.

Sur le deuxième étage du circuit, Q1 et Q2, qui sont des transistors BC556, fonctionnent comme un amplificateur différentiel.

Ensuite, l'amplification de puissance est effectuée sur deux MOSFET, IRF530N et IRF9530. Ces deux MOSFET sont complémentaires et appariés. Deux MOSFET ont la même spécification, mais l'un est canal N et un autre canal P. C'est une 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, Q3 et Q4, BC546 est utilisé. Ces deux transistors fournissent une commande de grille suffisante aux MOSFET. R15 est une résistance de haute puissance qui agit comme circuit de serrage avec le condensateur 68nF et l'inductance 1uH est ajoutée pour fournir une amplification stable au haut-parleur 8 Ohms.

Test du circuit d'amplificateur de 50 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 +/- 35V et le signal sinusoïdal d'entrée est fourni. Le canal A (jaune) de l'oscilloscope est connecté sur la sortie contre une charge de 8 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 + 20,1V AC. Ainsi, selon la formule, la sortie de l'amplificateur de puissance à une charge de 8 Ohms est

Amplificateur Puissance = 20,1 ² / huit Amplificateur Puissance = 50,50 (50W environ)

Choses à retenir lors de la construction d'un amplificateur de puissance de 50 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.
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 50 watts, un chemin de courant plus grand est nécessaire, maximisez donc la largeur de la trace.
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 50 watts, peu d'améliorations peuvent être apportées pour un meilleur rendement.

1. Ajoutez un condensateur de découplage de 220 uF avec une valeur nominale d'au moins 63 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 R13 avec un potentiomètre 1k pour contrôler le courant de repos à travers les MOSFET de puissance.
5. Utilisez un inducteur toroïdal au lieu d'un noyau d'air avec.25uH 5A.
6. Ajoutez un fusible sur la sortie, cela protégera le circuit sur l'overdrive du haut-parleur ou la condition de court-circuit de sortie.

Vérifiez également les autres circuits d'amplificateurs audio:

• Amplificateur audio de 40 watts utilisant TDA2040
• Circuit d'amplificateur audio de 25 watts
• Amplificateur audio 10 watts utilisant Op-Amp