Rangkaian power amplifier 100 Watt menggunakan mosfet

Penguat daya adalah bagian dari elektronik audio. Ini dirancang untuk memaksimalkan besarnya daya f yang diberikan sinyal input. Dalam elektronik suara, penguat operasional meningkatkan tegangan sinyal, tetapi tidak dapat menyediakan arus, yang diperlukan untuk menggerakkan beban. Dalam tutorial ini, kita akan membangun rangkaian penguat daya keluaran RMS 100W menggunakan MOSFET dan transistor dengan speaker impedansi 4 Ohm yang terhubung dengannya.

Topologi Konstruksi untuk Amplifier

Dalam sistem rantai penguat, penguat daya digunakan pada tahap terakhir atau terakhir sebelum beban. Umumnya, sistem Amplifier Suara menggunakan topologi di bawah ini yang ditunjukkan dalam diagram blok

Seperti yang Anda lihat pada diagram blok di atas, Power Amplifier adalah tahap terakhir yang langsung terhubung ke beban. Umumnya, sebelum Power Amplifier, sinyal dikoreksi menggunakan Pre Amplifier dan amplifier kontrol Tegangan. Juga, dalam beberapa kasus, di mana kontrol nada diperlukan, sirkuit kontrol nada ditambahkan sebelum Power Amplifier.

Ketahui Beban Anda

Dalam hal sistem Amplifier Audio, beban dan kapasitas penggerak beban dari amplifier merupakan aspek penting dalam konstruksi. Beban utama untuk Power Amplifier adalah Loud Speaker. Keluaran penguat daya bergantung pada impedansi beban, sehingga menghubungkan beban yang tidak tepat dapat mengganggu efisiensi penguat daya serta stabilitas.

Loud Speaker adalah beban besar yang berfungsi sebagai beban Induktif dan Resistif. Penguat daya menghasilkan keluaran AC, karena ini impedansi pengeras suara merupakan faktor penting untuk transfer daya yang tepat.

Impedansi adalah resistansi efektif dari rangkaian elektronik atau komponen untuk arus bolak-balik, yang timbul dari efek gabungan yang terkait dengan resistansi dan reaktansi ohmik.

Dalam elektronik Audio, berbagai jenis Loudspeaker tersedia dalam watt berbeda dengan impedansi berbeda. Impedansi speaker dapat dipahami dengan baik menggunakan hubungan antara aliran air di dalam Pipa. Anggap saja loudspeaker sebagai pipa air, air yang mengalir melalui pipa adalah sinyal audio bolak-balik. Nah, jika diameter pipa menjadi lebih besar maka air akan mudah mengalir melalui pipa, volume air akan semakin besar, dan jika diameternya dikurangi maka air yang mengalir melalui pipa akan semakin sedikit, sehingga volume air akan semakin besar. menurunkan. Diameter adalah efek yang diciptakan oleh resistansi dan reaktansi ohmik. Jika diameter pipa semakin besar, impedansinya akan rendah, sehingga speaker bisa mendapatkan watt lebih banyak dan amplifier memberikan skenario transfer daya lebih banyak dan jika impedansinya tinggi maka Amplifier akan memberikan daya yang lebih kecil ke speaker.

Ada berbagai pilihan serta segmen speaker yang berbeda tersedia di pasaran, umumnya dengan 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm, dan 32 ohm, di mana speaker 4 dan 8 ohm banyak tersedia dengan harga murah. Juga, kita perlu memahami bahwa, amplifier dengan 5 Watt, 6 Watt atau 10 Watt atau bahkan lebih adalah watt RMS (Root Mean Square), yang dikirim oleh amplifier ke beban tertentu dalam operasi berkelanjutan.

Jadi, kita perlu berhati-hati dengan rating speaker, rating amplifier, efisiensi speaker, dan impedansi.

Konstruksi Rangkaian Amplifier Audio 100W Sederhana

Pada tutorial sebelumnya telah dibuat power amplifier 10W, power amplifier 25W dan power amplifier 50W. Namun dalam tutorial ini, kita akan mendesain penguat daya keluaran RMS 100 Watt menggunakan MOSFET.

Dalam pembangunan Amplifier 100 Watt, Beberapa Transistor dan MOSFET digunakan. Mari kita lihat spesifikasi dan diagram pin MOSFET dan transistor penting. Pada tahap amplifikasi amplifier, kami menggunakan transistor tegangan tinggi MPSA43. Ini adalah transistor NPN tegangan tinggi yang bertindak sebagai Amplifier. Pin dari transistor MPSA43 NPN adalah-

Kami menggunakan dua Transistor Daya Sedang MJE350 dan MJE340 yang saling melengkapi. MJE350 adalah transistor PNP 500 mA dalam paket TO-225 dan transistor pasangan NPN yang identik adalah MJE340. MJE340 memiliki spesifikasi yang sama dengan MJE350, tetapi merupakan transistor daya menengah NPN.

Diagram Pinout untuk keduanya diberikan di bawah ini-

Pada tahap akhir, dua Power MOSFET IRFP244 dan IRFP9240 digunakan. Kombinasi keduanya memberikan output daya RMS 100 Watt pada Beban 4 Ohm.

Komponen yang Diperlukan untuk Rangkaian Power Amplifier

Papan Vero (bertitik atau terhubung siapa pun dapat digunakan)
Besi Solder
Kawat Solder
Alat Nipper dan Wire stripper
Kabel
Konektor audio sesuai kebutuhan
Pendingin Aluminium Halus dengan ketebalan 5mm dan dimensi 90 mm x 45mm.
Catu daya Rail to Rail 40V dengan output track daya + 40V GND -40V
4 Ohm 100 Watt speaker
Resistor 1/4 ^th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5k, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) - 1nos.
330R Resistor 1/4 ^th Watt - 3 buah
Resistor 10R 10 Watt
0.33R - 7 Watt - 2 buah
0,22R - 10 Watt
Kapasitor 100nF 100V - 2 pcs
47uF 100V Kapasitor
470pF 100V
470nF 63V
10pF 100V
1n4002 Diode
IRFP244
IRF9240
MJE350
MJE340
BC546 - 2 buah
MPSA43 - 3 buah

Diagram dan Penjelasan Sirkuit Amplifier Audio 100W

Skema untuk Amplifier Audio 100 watt ini memiliki beberapa tahapan. Pada awal amplifikasi tahap pertama, bagian filter memblokir noise frekuensi yang tidak diinginkan. Bagian filter ini dibuat menggunakan R3, R4, dan C1, C2.

Pada rangkaian tahap kedua, Q1 dan Q2, yang merupakan transistor MPSA43, bekerja sebagai penguat diferensial dan memberi sinyal ke tahap amplifikasi lebih lanjut.

Selanjutnya, penguatan daya dilakukan di dua MOSFET, IRFP244N, dan IRF9240. Kedua MOSFET ini adalah bagian penting dari rangkaian. Kedua MOSFET ini bertindak sebagai driver push-pull (Topologi atau arsitektur amplifikasi yang banyak digunakan). Untuk menggerakkan kedua MOSFET Q5 dan Q7 ini, transistor MJE350 dan MJE340 digunakan. Kedua transistor daya ini menyediakan arus gerbang yang cukup untuk menggerakkan MOSFET. R15 dan R14 adalah resistor pembatas arus untuk melindungi gerbang MOSFET dari arus masuk arus. Hal yang sama terjadi pada R12 dan R13 untuk melindungi beban keluaran dari drive arus masuk. R18 adalah resistor watt tinggi yang berfungsi sebagai rangkaian penjepit dengan kapasitor 100nF. R16 juga memberikan perlindungan arus lebih tambahan.

Menguji Sirkuit Amplifier 100 watt

Kami menggunakan alat simulasi Proteus untuk memeriksa keluaran rangkaian; kami mengukur output dalam osiloskop virtual. Anda dapat memeriksa Video demonstrasi lengkap yang diberikan di bawah ini

Kami menyalakan sirkuit menggunakan +/- 40V dan sinyal input sinusoidal disediakan. Saluran osiloskop A (Kuning) dihubungkan melintasi keluaran terhadap beban 4 ohm dan sinyal masukan dihubungkan melintasi saluran B (Biru).

Kita dapat melihat perbedaan keluaran antara sinyal masukan dan keluaran yang diperkuat dalam video: -

Juga, kami memeriksa watt keluaran, watt Amplifier sangat tergantung pada banyak hal, seperti yang dibahas sebelumnya. Hal ini sangat tergantung pada impedansi speaker, efisiensi speaker, efisiensi Amplifier, topologi konstruksi, distorsi harmonik total, dll. Kami tidak dapat mempertimbangkan atau menghitung semua faktor yang mungkin menyebabkan ketergantungan pada watt amplifier. Rangkaian kehidupan nyata berbeda dari simulasi karena banyak faktor yang perlu dipertimbangkan saat memeriksa atau menguji keluaran.

Perhitungan Watt Penguat

Kami menggunakan rumus sederhana untuk menghitung watt penguat-

Watt Penguat = V ² / R

Kami menghubungkan multi-meter AC di output. Tegangan AC yang ditunjukkan pada multi-meter adalah tegangan AC puncak ke puncak.

Kami menyediakan sinyal sinusoidal frekuensi sangat rendah dari 25-50Hz. Seperti pada frekuensi rendah, penguat akan memberikan lebih banyak arus ke beban dan multimeter akan dapat mendeteksi tegangan AC dengan baik.

Multimeter menunjukkan + 20.9V AC. Jadi, sesuai rumus, keluaran dari penguat daya pada beban 4 Ohm adalah

Amplifier Watt = 20,9 ² /4 Amplifier Watt = 109,20 (lebih dari 100W kurang-lebih)

Hal yang Perlu Diingat Saat Membangun Amplifier audio 100w

Saat membangun sirkuit, MOSFET harus dihubungkan dengan heatsink dengan benar pada tahap penguat daya. Heatsink yang lebih besar memberikan hasil yang lebih baik. Transistor daya Q5 dan Q7 perlu diserap dengan baik dengan heatsink Aluminium bentuk U kecil.
Sebaiknya gunakan kapasitor tipe kotak dengan nilai audio untuk hasil yang lebih baik.
Itu selalu merupakan pilihan yang baik untuk menggunakan PCB untuk aplikasi terkait Audio.
Buat jejak penguat diferensial pendek, dan sedekat mungkin dengan jejak masukan.
Pisahkan jalur sinyal audio dari saluran listrik yang berisik.
Hati-hati dengan ketebalan jejak. Karena ini adalah desain 100 Watt, diperlukan jalur arus yang lebih besar, jadi maksimalkan lebar jejak. Lebih baik menggunakan papan tembaga 70 mikron dalam tata letak dua sisi dengan vias maksimum untuk aliran arus yang lebih baik.
Bidang tanah perlu dibuat melintasi sirkuit. Pertahankan jalur kembali ke darat sesingkat mungkin.

Raih Hasil Lebih Baik

Dalam desain 100 Watt ini, beberapa perbaikan dapat dilakukan untuk hasil yang lebih baik.

Tambahkan kapasitor decoupling 4700uF dengan setidaknya peringkat 100V di jalur daya positif dan negatif.
Gunakan resistor MFR berperingkat 1% untuk stabilitas yang lebih baik.
Ubah dioda 1N4002 dengan UF4007.
Ubah R11 dengan potensiometer 1k untuk mengontrol arus diam di seluruh MOSFET daya.
Tambahkan Sekering di output, Ini akan melindungi sirkuit pada overdrive speaker atau kondisi sirkuit pendek output.

Juga, periksa sirkuit amplifier audio lainnya:

Amplifier Audio 40 Watt menggunakan TDA2040
Rangkaian Amplifier Audio 25 Watt
Amplifier Audio 10 Watt menggunakan Op-Amp
Rangkaian Power Amplifier 50 Watt menggunakan MOSFET