Circuito amplificador de potencia de 50 vatios con mosfets

El amplificador de potencia es parte de la electrónica de audio. Está diseñado para maximizar la magnitud de la potencia f dada la señal de entrada. En electrónica de sonido, el amplificador operacional aumenta el voltaje de la señal, pero no puede proporcionar la corriente necesaria para impulsar una carga. En este tutorial, construiremos un amplificador de potencia de salida de 50 vatios RMS utilizando MOSFET con un altavoz de impedancia de 8 ohmios conectado a él.

Topología de construcción para amplificadores

En un sistema de cadena de amplificadores, el amplificador de potencia se utiliza en la última o última etapa antes de la carga. Generalmente, el sistema de amplificador de sonido utiliza la siguiente topología que se muestra en el diagrama de bloques.

Como puede ver en el diagrama de bloques anterior, el amplificador de potencia es la última etapa que está directamente conectada a la carga. Generalmente, antes del amplificador de potencia, la señal se corrige utilizando preamplificadores y amplificadores de control de voltaje. Además, en algunos casos, donde se necesita control de tono, el circuito de control de tono se agrega antes del amplificador de potencia.

Conoce tu carga

En el caso del sistema de amplificador de audio, la carga y la capacidad de conducción de carga del amplificador es un aspecto importante en la construcción. La carga principal de un amplificador de potencia es el altavoz. La salida del amplificador de potencia depende de la impedancia de la carga, por lo que conectar una carga inadecuada podría comprometer la eficiencia del amplificador de potencia y la estabilidad.

Loud Speaker es una carga enorme que actúa como carga inductiva y resistiva. El amplificador de potencia ofrece salida de CA, debido a esto, la impedancia del altavoz es un factor crítico para una transferencia de potencia adecuada.

La impedancia es la resistencia efectiva de un circuito o componente electrónico para corriente alterna, que surge de los efectos combinados relacionados con la resistencia óhmica y la reactancia.

En la electrónica de audio, hay diferentes tipos de altavoces disponibles en diferentes potencias con diferente impedancia. La impedancia de los altavoces se puede entender mejor utilizando la relación entre el flujo de agua dentro de una tubería. Piense en el altavoz como una tubería de agua, el agua que fluye a través de la tubería es la señal de audio alterna. Ahora, si la tubería aumenta de diámetro, el agua fluirá fácilmente a través de la tubería, el volumen de agua será mayor y si disminuimos el diámetro, menos agua fluirá por la tubería, por lo que el volumen de agua será inferior. El diámetro es el efecto creado por la resistencia óhmica y la reactancia. Si la tubería aumenta de diámetro, la impedancia será baja,para que el altavoz pueda obtener más potencia y el amplificador proporcione más escenario de transferencia de potencia y, si la impedancia aumenta, el amplificador proporcionará menos potencia al altavoz.

Hay diferentes opciones, así como diferentes segmentos de altavoces disponibles en el mercado, generalmente con 4 ohmios, 8 ohmios, 16 ohmios y 32 ohmios, de los cuales los altavoces de 4 y 8 ohmios están ampliamente disponibles a precios económicos. Además, debemos entender que, un amplificador con 5 vatios, 6 vatios o 10 vatios o incluso más es el vataje RMS (Root Mean Square), entregado por el amplificador a una carga específica en funcionamiento continuo.

Por lo tanto, debemos tener cuidado con la clasificación de los altavoces, la clasificación del amplificador, la eficiencia de los altavoces y la impedancia.

Construcción de un amplificador simple de 50 W

En tutoriales anteriores, hicimos un amplificador de potencia de 10 vatios, un amplificador de potencia de 25 vatios y un amplificador de potencia de 40 vatios. Pero en este tutorial, diseñaremos un amplificador de potencia de salida de 50 vatios RMS utilizando MOSFET. En tutoriales anteriores, usamos IC de amplificador de potencia dedicado, TDA2040 para amplificadores de 25 vatios y para amplificadores de 40 vatios, pero en este diseño, usaremos MOSFET de canal N y P complementarios para obtener la salida de potencia de 50 vatios. La salida será bastante estable y la THD será mínima. Conduciremos 8 ohmios de carga con él.

Usamos dos MOSFET complementarios ampliamente populares, IRF530N e IRF9530N, que están ampliamente disponibles en tiendas locales y en tiendas en línea.

En la imagen de arriba, el de la izquierda es el IRF530N y el de la derecha es el IRF9530N. Ambos son un paquete TO-220AB.

Esos dos MOSFET crean una operación push-pull para impulsar un altavoz de 8 ohmios y 50 vatios RMS.

Componente requerido

Para construir el circuito necesitamos los siguientes componentes:

1. Tablero Vero (con puntos o conectado se puede usar cualquiera)
2. Soldador
3. Alambre de soldar
4. Herramienta de pinza y pelacables
5. Alambres
6. Disipador de calor de aluminio fino con 2 mm de espesor y 50 mm x 30 mm de dimensión.
7. Fuente de alimentación de carril a carril de 35 V con salida de carril de alimentación de +35 V GND -35 V
8. Altavoz de 8 ohmios y 50 vatios
9. Resistencias (10R, 300R, 560R, 680R, 820R, 1.2k, 2.2k, 10k, 15k) - 1nos.
10. Resistencias (2.7k, 4.7k, 47k) - 2nos.
11. Condensador 100uF 63V
12. Condensador 47uF 63V - 2 piezas
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. Diodo 1n4002
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH Inductor de núcleo de aire 5A clasificado
19. BC556 -2 piezas
20. BC546 - 2 piezas

Diagrama de circuito y explicación

El esquema de este amplificador de audio de 50 vatios tiene algunas etapas. Al comienzo de la amplificación, un filtro de paso bajo bloquea el ruido de alta frecuencia. Este filtro de paso bajo se crea utilizando R1, R2 y C1. Las resistencias R1 y R2 tienen dos operaciones, primero es parte del filtro de paso bajo, segundo, es un divisor de voltaje y un limitador de corriente.

En la segunda etapa del circuito, Q1 y Q2, que son transistores BC556, funcionan como un amplificador diferencial.

A continuación, la amplificación de potencia se realiza a través de dos MOSFET, IRF530N e IRF9530. Estos dos MOSFET son complementarios y emparejados. Dos MOSFET tienen la misma especificación, pero uno es canal N y otro es canal P. Esta es una parte importante del circuito. Estos dos MOSFET actúan como un controlador push-pull (una arquitectura o topología de amplificación ampliamente utilizada). Para controlar estos dos MOSFET, Q3 y Q4, se utiliza BC546. Estos dos transistores proporcionan suficiente control de puerta a los MOSFET. R15 es una resistencia de alto voltaje que actúa como circuito de sujeción con el condensador 68nF y se agrega un inductor de 1uH para proporcionar amplificación estable al altavoz de 8 ohmios.

Prueba del circuito del amplificador de 50 vatios

Usamos herramientas de simulación de Proteus para verificar la salida del circuito; medimos la salida en el osciloscopio virtual. Puede consultar el video de demostración completo que se muestra a continuación

Estamos alimentando el circuito usando +/- 35V y se proporciona la señal sinusoidal de entrada. El canal A (amarillo) del osciloscopio está conectado a través de la salida contra una carga de 8 ohmios y la señal de entrada está conectada a través del canal B (azul).

Podemos ver la diferencia de salida entre la señal de entrada y la salida amplificada en el video: -

Además, verificamos la potencia de salida, la potencia del amplificador depende en gran medida de varias cosas, como se discutió anteriormente. Depende en gran medida de la impedancia de los altavoces, la eficiencia de los altavoces, la eficiencia del amplificador, las topologías de construcción, las distorsiones armónicas totales, etc. No pudimos considerar ni calcular todos los posibles factores que crean dependencias en la potencia del amplificador. El circuito de la vida real es diferente a la simulación porque se deben considerar muchos factores al verificar o probar la salida.

Cálculo de potencia del amplificador

Usamos una fórmula simple para calcular la potencia del amplificador:

Potencia del amplificador = V ² / R

Conectamos un multímetro de CA a través de la salida. El voltaje de CA que se muestra en el multímetro es un voltaje de CA de pico a pico.

Proporcionamos una señal sinusoidal de muy baja frecuencia de 25-50Hz. Al igual que en baja frecuencia, el amplificador entregará más corriente a la carga y el multímetro podrá detectar el voltaje de CA correctamente.

El multímetro mostró + 20.1V AC. Entonces, según la fórmula, la salida del amplificador de potencia a una carga de 8 ohmios es

Amplificador de Potencia = 20,1 ² /8 Amplificador de Potencia = 50,50 (50W aproximadamente)

Cosas para recordar al construir un amplificador de potencia de 50w

1. Al construir el circuito, es necesario que los MOSFET estén conectados con el disipador de calor correctamente en la etapa del amplificador de potencia. El disipador de calor más grande proporciona un mejor resultado.
2. Es bueno utilizar condensadores tipo caja con clasificación de grado de audio para obtener un mejor resultado.
3. Siempre es una buena opción utilizar PCB para aplicaciones relacionadas con audio.
4. Haga que las trazas del amplificador diferencial sean cortas y lo más cerca posible de la traza de entrada.
5. Mantenga las líneas de señal de audio separadas de las líneas eléctricas ruidosas.
6. Tenga cuidado con el grosor de las trazas. Como se trata de un diseño de 50 vatios, se requiere una ruta de corriente más grande, así que maximice el ancho de la traza.
7. Es necesario crear un plano de tierra a lo largo del circuito. Mantenga el camino de retorno por tierra lo más corto posible.

Obtenga mejores resultados

En este diseño de 50 vatios, se pueden realizar pocas mejoras para obtener un mejor rendimiento.

1. Agregue un condensador de desacoplamiento de 220 uF con una clasificación de al menos 63 V en la pista de potencia positiva y negativa.
2. Utilice resistencias MFR con clasificación del 1% para una mejor estabilidad.
3. Cambie el diodo 1N4002 por UF4007.
4. Cambie el R13 con un potenciómetro de 1k para controlar la corriente de reposo a través de los MOSFET de potencia.
5. Utilice un inductor toroidal en lugar de un núcleo de aire con.25uH 5A.
6. Agregue un fusible a través de la salida, protegerá el circuito en caso de sobremarcha de altavoz o cortocircuito de salida.

Además, verifique otros circuitos de amplificadores de audio:

• Amplificador de audio de 40 vatios con TDA2040
• Circuito amplificador de audio de 25 vatios
• Amplificador de audio de 10 vatios con amplificador operacional