- 증폭기를위한 구성 토폴로지
- 부하 파악
- 간단한 100W 오디오 증폭기 회로 구성
- 전력 증폭기 회로에 필요한 구성 요소
- 100W 오디오 증폭기 회로 다이어그램 및 설명
- 100 와트 증폭기 회로 테스트
- 증폭기 와트 계산
- 100w 오디오 앰프를 구성 할 때 기억해야 할 사항
- 더 나은 결과 달성
파워 앰프는 오디오 전자 장치의 일부입니다. 주어진 입력 신호에 대한 전력의 크기를 최대화하도록 설계되었습니다. 음향 전자 장치에서 연산 증폭기는 신호의 전압을 증가 시키지만 부하를 구동하는 데 필요한 전류를 제공 할 수 없습니다. 이 튜토리얼에서는 4 Ohms 임피던스 스피커가 연결된 MOSFET 및 트랜지스터 를 사용하여 100W RMS 출력 전력 증폭기 회로를 구축 합니다.
증폭기를위한 구성 토폴로지
에서 증폭기 체인 시스템, 전력 증폭기 부하 전의 마지막 또는 최종 단계에서 사용된다. 일반적으로 Sound Amplifier 시스템은 블록 다이어그램에 표시된 아래 토폴로지를 사용합니다.
위의 블록 다이어그램에서 볼 수 있듯이 전력 증폭기는 부하에 직접 연결된 마지막 단계입니다. 일반적으로 파워 앰프 이전에 신호는 프리 앰프 및 전압 제어 앰프를 사용하여 수정됩니다. 또한 톤 컨트롤이 필요한 경우에는 톤 컨트롤 회로가 파워 앰프 앞에 추가됩니다.
부하 파악
오디오 앰프 시스템의 경우 앰프 의 부하 및 부하 구동 용량은 구성에서 중요한 측면입니다. 파워 앰프 의 주요 부하는 시끄러운 스피커 입니다. 파워 앰프 출력은로드 임피던스에 따라 달라 지므로 부적절한로드를 연결하면 파워 앰프의 효율성과 안정성이 저하 될 수 있습니다.
Loud Speaker는 유도 성 및 저항성 부하로 작용하는 거대한 부하입니다. 파워 앰프는 AC 출력을 제공하기 때문에 스피커의 임피던스는 적절한 전력 전송을위한 중요한 요소입니다.
임피던스는 옴 저항 및 리액턴스와 관련된 결합 된 효과로 인해 발생하는 교류에 대한 전자 회로 또는 구성 요소의 유효 저항입니다.
에서 오디오 전자 제품, 다양한 유형의 라우드 스피커는 임피던스가 다른 다양한 와트로 제공됩니다. 스피커 임피던스는 파이프 내부의 물 흐름 사이의 관계를 사용하여 가장 잘 이해할 수 있습니다. 라우드 스피커를 수도관이라고 생각하면 파이프를 통해 흐르는 물은 교대 오디오 신호입니다. 이제 파이프의 직경이 커지면 물이 파이프를 통해 쉽게 흐르고 물의 양이 커지고 직경을 줄이면 파이프를 통해 흐르는 물이 적어 지므로 물의 양은 보다 낮은. 직경은 옴 저항과 리액턴스에 의해 생성되는 효과입니다. 파이프의 직경이 커지면 임피던스가 낮아져 스피커가 더 많은 와트를 얻을 수 있고 앰프가 더 많은 전력 전송 시나리오를 제공하고 임피던스가 높아지면 앰프가 스피커에 더 적은 전력을 제공합니다.
일반적으로 4ohms, 8ohms, 16ohms 및 32ohms와 함께 다양한 선택의 스피커가 시장에 나와 있으며, 그중 4ohm 및 8ohm 스피커는 저렴한 가격으로 널리 제공됩니다. 또한 5 와트, 6 와트 또는 10 와트 이상의 앰프는 연속 작동에서 앰프가 특정 부하에 전달하는 RMS (Root Mean Square) 와트라는 것을 이해해야합니다.
따라서 스피커 등급, 앰프 등급, 스피커 효율 및 임피던스에주의해야합니다.
간단한 100W 오디오 증폭기 회로 구성
이전 튜토리얼에서는 10W 전력 증폭기, 25W 전력 증폭기 및 50W 전력 증폭기를 만들었습니다. 그러나이 튜토리얼에서는 MOSFET을 사용하여 100W RMS 출력 전력 증폭기를 설계합니다.
100W 증폭기 의 구성에는 다중 트랜지스터와 MOSFET이 사용됩니다. 중요한 MOSFET 및 트랜지스터의 사양과 핀 다이어그램을 살펴 보겠습니다. 증폭기의 증폭 단계에서는 고전압 트랜지스터 MPSA43을 사용 했습니다. 증폭기 역할을하는 고전압 NPN 트랜지스터입니다. 의 출력 핀 MPSA43 NPN 트랜지스터 는 -
우리는 두 개의 보완적인 중전 력 트랜지스터 MJE350 및 MJE340을 사용했습니다. MJE350은 TO-225 패키지의 500mA PNP 트랜지스터이며 동일한 NPN 쌍 트랜지스터는 MJE340입니다. MJE340은 MJE350과 사양이 동일하지만 NPN 중전 력 트랜지스터입니다.
두 가지 모두에 대한 핀아웃 다이어그램은 다음과 같습니다.
마지막 단계에서는 두 개의 전력 MOSFET IRFP244 및 IRFP9240 이 사용됩니다. 이 두 가지의 조합은 4 Ohms 부하에 걸쳐 100W RMS 전력 출력을 제공합니다.
전력 증폭기 회로에 필요한 구성 요소
- Vero 보드 (점선 또는 연결된 누구나 사용 가능)
- 납땜 인두
- 솔더 와이어
- 니퍼 및 와이어 스트리퍼 도구
- 전선
- 요구 사항에 따른 오디오 커넥터
- 5mm 두께와 90mm x 45mm 치수의 고급 알루미늄 방열판.
- + 40V GND -40V 전원 트랙 출력을 지원하는 40V Rail to Rail 전원 공급 장치
- 4 Ohms 100W 스피커
- 저항 1 / 4th Watt (39R, 390R, 1k, 1.5k, 4.7k, 15k, 22k, 33k, 47k, 150k) – 1nos.
- 330R 저항기 1/4 th Watt – 3 개
- 10R 저항기 10W
- 0.33R – 7W – 2 개
- 0.22R – 10 와트
- 100nF 100V 커패시터 – 2 개
- 47uF 100V 커패시터
- 470pF 100V
- 470nF 63V
- 10pF 100V
- 1n4002 다이오드
- IRFP244
- IRF9240
- MJE350
- MJE340
- BC546 – 2 개
- MPSA43 – 3 개
100W 오디오 증폭기 회로 다이어그램 및 설명
이 100 와트 오디오 증폭기 의 회로도 에는 몇 단계가 있습니다. 첫 번째 단계 증폭 의 시작 부분 에서 필터 섹션은 원하지 않는 주파수 노이즈를 차단합니다. 이 필터 섹션은 R3, R4 및 C1, C2를 사용하여 생성됩니다.
회로의 두 번째 단계에서 MPSA43 트랜지스터 인 Q1 및 Q2는 차동 증폭기로 작동하고 신호를 추가 증폭 단계로 공급합니다.
다음으로, 전력 증폭은 두 MOSFET, IRFP244N 및 IRF9240에서 수행됩니다. 이 두 MOSFET은 회로의 중요한 부분입니다. 이 두 MOSFET은 푸시 풀 드라이버로 작동합니다 (광범위하게 사용되는 증폭 토폴로지 또는 아키텍처). 이 두 MOSFET Q5 및 Q7을 구동하기 위해 트랜지스터 MJE350 및 MJE340이 사용됩니다. 이 두 전력 트랜지스터는 MOSFET을 구동하기에 충분한 게이트 전류를 제공합니다. R15 및 R14는 MOSFET 게이트를 돌입 전류로부터 보호하기위한 전류 제한 저항 입니다. 돌입 전류 드라이브에서 출력 부하를 보호하기 위해 R12 및 R13에서도 동일한 일이 발생합니다. R18은 커패시터 100nF로 클램핑 회로 역할을 하는 고 와트 저항 입니다. R16은 또한 추가적인 과전류 보호 기능을 제공합니다.
100 와트 증폭기 회로 테스트
Proteus 시뮬레이션 도구를 사용하여 회로의 출력을 확인했습니다. 가상 오실로스코프에서 출력을 측정했습니다. 아래 주어진 전체 데모 비디오를 확인할 수 있습니다.
+/- 40V를 사용하여 회로에 전원을 공급하고 입력 사인파 신호가 제공됩니다. 오실로스코프의 채널 A (노란색)는 4 옴 부하에 대해 출력에 연결되고 입력 신호는 채널 B (파란색)에 연결됩니다.
비디오에서 입력 신호와 증폭 된 출력 간의 출력 차이를 볼 수 있습니다.
또한 출력 전력량을 확인했습니다. 증폭기 전력량은 앞에서 설명한 것처럼 여러 가지에 크게 의존합니다. 그것은 스피커 임피던스, 스피커 효율, 앰프 효율, 구조 토폴로지, 총 고조파 왜곡 등에 크게 의존합니다. 우리는 앰프 와트의 의존성을 생성하는 모든 가능한 요소를 고려하거나 계산할 수 없었습니다. 실제 회로는 출력을 확인하거나 테스트하는 동안 많은 요소를 고려해야하기 때문에 시뮬레이션과 다릅니다.
증폭기 와트 계산
우리는 증폭기의 전력량을 계산하기 위해 간단한 공식을 사용했습니다.
증폭기 와트 = V 2 / R
출력에 AC 멀티 미터를 연결했습니다. 멀티 미터에 표시된 AC 전압은 피크 대 피크 AC 전압입니다.
우리는 25-50Hz의 매우 낮은 주파수 정현파 신호를 제공했습니다. 저주파에서와 마찬가지로 증폭기는 부하에 더 많은 전류를 전달하고 멀티 미터는 AC 전압을 올바르게 감지 할 수 있습니다.
멀티 미터는 + 20.9V AC를 보여주었습니다. 따라서 공식에 따라 4 Ohms 부하에서 전력 증폭기의 출력은 다음과 같습니다.
앰프 와트 = 20.9 2 / 4 앰프 와트 = 109.20 (기타보다 약 100W)
100w 오디오 앰프를 구성 할 때 기억해야 할 사항
- 회로를 구성 할 때 MOSFET은 전력 증폭기 단계에서 히트 싱크와 올바르게 연결되어야합니다. 더 큰 방열판은 더 나은 결과를 제공합니다. 전력 트랜지스터 Q5 및 Q7은 작은 U 자형 알루미늄 방열판으로 적절히 방열되어야합니다.
- 더 나은 결과를 위해 오디오 등급 정격 박스형 커패시터를 사용하는 것이 좋습니다.
- 오디오 관련 응용 프로그램에 PCB를 사용하는 것은 항상 좋은 선택입니다.
- 차동 증폭기의 추적을 짧고 입력 추적에 최대한 가깝게 만드십시오.
- 오디오 신호 라인을 잡음이있는 전원 라인과 분리하십시오.
- 자취 두께에주의하십시오. 100W 설계이므로 더 큰 전류 경로가 필요하므로 트레이스 폭을 최대화하십시오. 더 나은 전류 흐름을 위해 최대 비아가있는 양면 레이아웃에서 70 마이크론 구리 보드를 사용하는 것이 좋습니다.
- 회로를 가로 질러 접지면을 만들어야합니다. 접지 복귀 경로를 가능한 한 짧게 유지하십시오.
더 나은 결과 달성
이 100W 설계에서는 더 나은 출력을 위해 몇 가지 개선을 수행 할 수 있습니다.
- 양극 및 음극 전력 트랙에 최소 100V 정격의 4700uF 디커플링 커패시터를 추가합니다.
- 더 나은 안정성을 위해 1 % 정격 MFR 저항을 사용하십시오.
- UF4007로 1N4002 다이오드를 변경하십시오.
- 1k 전위차계로 R11을 변경하여 전력 MOSFET에서 대기 전류를 제어합니다.
- 출력에 퓨즈를 추가하면 스피커 오버 드라이브 또는 출력 단락 상태에서 회로를 보호합니다.
또한 다른 오디오 증폭기 회로를 확인하십시오.
- TDA2040을 사용하는 40W 오디오 증폭기
- 25W 오디오 증폭기 회로
- Op-Amp를 사용하는 10W 오디오 증폭기
- MOSFET을 사용한 50W 전력 증폭기 회로