功率放大器是音頻電子器件的一部分。它旨在最大化給定輸入信號的功率f的大小。在聲音電子學(xué)中，運算放大器增加信號的電壓，但無法提供驅(qū)動負載所需的電流。在本教程中，我們將使用MOSFET和晶體管構(gòu)建一個100W RMS輸出功率放大器電路，并連接一個4歐姆阻抗揚聲器。

放大器的結(jié)構(gòu)拓撲

在放大器鏈系統(tǒng)中，功率放大器在負載之前的最后一級或最后一級使用。通常，聲音放大器系統(tǒng)使用以下拓撲結(jié)構(gòu)，如框圖所示。

如上面的框圖所示，功率放大器是直接連接到負載的最后一級。通常，在功率放大器之前，使用前置放大器和電壓控制放大器對信號進行校正。此外，在某些情況下，如果需要音調(diào)控制，則在功率放大器之前添加音調(diào)控制電路。

了解您的負載

在音頻放大器系統(tǒng)中，放大器的負載和負載驅(qū)動能力是結(jié)構(gòu)中的一個重要方面。功率放大器的主要負載是揚聲器。功率放大器輸出取決于負載阻抗，因此連接不正確的負載可能會影響功率放大器的效率和穩(wěn)定性。

揚聲器是一個巨大的負載，充當感性和阻性負載。功率放大器提供交流輸出，因此揚聲器的阻抗是正確功率傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。

阻抗是電子電路或元件對交流電的有效電阻，它來自與歐姆電阻和電抗相關(guān)的綜合效應(yīng)。

在音頻電子中，不同類型的揚聲器有不同的功率和不同的阻抗。揚聲器阻抗可以通過管道內(nèi)水流之間的關(guān)系來最好地理解。只要把揚聲器想象成一根水管，流經(jīng)水管的水就是交替的音頻信號。現(xiàn)在，如果管道的直徑變大，水將很容易流過管道，水的體積會更大，如果我們減小直徑，流經(jīng)管道的水就會越少，所以水的體積就會降低。直徑是由歐姆電阻和電抗產(chǎn)生的效應(yīng)。如果管道直徑變大，阻抗將很低，因此揚聲器可以獲得更多的功率，放大器提供更多的功率傳輸場景，如果阻抗變高，則放大器將為揚聲器提供更少的功率。

市場上有不同的選擇以及不同細分市場的揚聲器，通常有4歐姆，8歐姆，16歐姆和32歐姆，其中4和8歐姆揚聲器以便宜的價格廣泛使用。此外，我們需要了解，具有5瓦，6瓦或10瓦甚至更多的放大器是RMS（均方根）瓦數(shù)，由放大器在連續(xù)運行中傳遞到特定負載。

因此，我們需要注意揚聲器額定值、放大器額定值、揚聲器效率和阻抗。

簡單的100W音頻放大電路的構(gòu)造

在之前的教程中，我們制作了10W功率放大器，25W功率放大器和50W功率放大器。但在本教程中，我們將使用MOSFET設(shè)計一個100 W RMS 輸出功率放大器。

在100瓦放大器的結(jié)構(gòu)中，使用多個晶體管和MOSFET。讓我們看一下重要的MOSFET和晶體管的規(guī)格和引腳圖。在放大器的放大階段，我們使用了高壓晶體管MPSA43。它是一種高壓NPN晶體管，可用作放大器。MPSA43 NPN 晶體管的引腳是

我們使用了兩個互補的中等功率晶體管MJE350和MJE340。MJE350 是采用 TO-225 封裝的 500 mA PNP 晶體管，相同的 NPN 對晶體管為 MJE340。MJE340的規(guī)格與MJE350相同，但它是NPN中等功率晶體管。

下面給出了它們兩者的引腳排列圖-

在最后階段，使用兩個功率MOSFET IRFP244和IRFP9240。這兩者的組合在4 Ω負載上提供100 W RMS功率輸出。

功率放大器電路所需元件

Vero板（虛線或連接任何人都可以使用）

烙鐵

焊錫絲

鉗子和剝線鉗工具

電線

根據(jù)要求的音頻連接器

細鋁制散熱器，厚度為5mm，尺寸為90 mm x 45mm。

40V軌到軌電源，帶+40V GND -40V電源軌道輸出

4 歐姆 100 瓦揚聲器

電阻器 1/4千瓦特 （39R， 390R， 1k， 1.5k， 4.7k， 15k， 22k， 33k， 47k， 150k） – 1nos.

330R 電阻器 1/4千瓦特 – 3 件

10R 電阻器 10 W

0.33R – 7 瓦 – 2 件

0.22R – 10 瓦

100nF 100V 電容器 – 2 個

47uF 100V 電容

470pF 100V

470nF 63V

10pF 100V

1n4002 二極管

紅外線244

斷續(xù)器9240

MJE350

MJE340

BC546 – 2 件

MPSA43 – 3 件

100W音頻放大器電路圖及說明

該100 W 音頻放大器的原理圖有幾個階段。在第一級放大開始時，濾波器部分可阻隔不需要的頻率噪聲。此篩選器部分是使用 R3、R4 和 C1、C2 創(chuàng)建的。

在電路的第二級，MPSA43晶體管Q1和Q2用作差分放大器，并將信號饋送到進一步的放大級。

接下來，在兩個 MOSFET IRFP244N 和 IRF9240 上完成功率放大。這兩個MOSFET是電路的重要組成部分。這兩個MOSFET充當推挽驅(qū)動器（一種廣泛使用的放大拓撲或架構(gòu)）。為了驅(qū)動這兩個 MOSFET Q5 和 Q7，使用了晶體管 MJE350 和 MJE340。這兩個功率晶體管提供足夠的柵極電流來驅(qū)動MOSFET。R15 和 R14 是限流電阻器，用于保護 MOSFET 柵極免受浪涌電流的影響。R12和R13也發(fā)生同樣的事情，以保護輸出負載免受浪涌電流驅(qū)動的影響。R18是一種高功率電阻器，其與100nF電容器一起充當鉗位電路。R16 還提供額外的過流保護。

測試 100 瓦放大電路

我們使用變形桿菌仿真工具來檢查電路的輸出;我們在虛擬示波器中測量了輸出。您可以查看下面給出的完整演示視頻

我們使用+/- 40V為電路供電，并提供輸入正弦信號。示波器的通道A（黃色）在輸出端連接，反對4歐姆負載，輸入信號通過通道B（藍色）連接。

放大器功率計算

我們用一個簡單的公式來計算放大器的瓦數(shù)——

Amplifier Wattage = V2 / R

我們在輸出端連接了一個交流萬用表。萬用表中顯示的交流電壓是峰峰值交流電壓。

我們提供了25-50Hz的非常低頻正弦信號。與低頻一樣，放大器將向負載提供更多電流，萬用表將能夠正確檢測交流電壓。

萬用表顯示+20.9V AC。因此，根據(jù)公式，功率放大器在4 Ω負載下的輸出為

Amplifier Wattage = 20.92 / 4

Amplifier Wattage =

109.20

(more than 100W approximately)

構(gòu)建100w音頻放大器時要記住的事情

構(gòu)建電路時，MOSFET需要在功率放大器級與散熱器正確連接。較大的散熱器提供更好的效果。功率晶體管 Q5 和 Q7 需要使用小型 U 形鋁散熱器正確散熱。

最好使用音頻級額定盒式電容器以獲得更好的效果。

將PCB用于音頻相關(guān)應(yīng)用始終是一個不錯的選擇。

使差分放大器的走線較短，并盡可能接近輸入走線。

將音頻信號線與嘈雜的電源線分開。

小心跡線厚度。由于這是100瓦設(shè)計，因此需要更大的電流路徑，因此可以最大化走線寬度。最好在雙面布局中使用70微米銅板，具有最大的過孔，以獲得更好的電流。

需要在整個電路中創(chuàng)建接地層。保持地面回路盡可能短。

取得更好的成果

在這種 100 瓦設(shè)計中，為了更好的輸出，幾乎無法進行哪些改進。

在正負電源軌上添加額定值至少為 100V 的 4700uF 去耦電容器。

使用額定值為 1% 的 MFR 電阻器以獲得更好的穩(wěn)定性。

將 1N4002 二極管更換為 UF4007。

使用1k電位計更換R11，以控制功率MOSFET兩端的靜態(tài)電流。

在輸出端添加保險絲，它將在揚聲器過驅(qū)或輸出短路時保護電路。