Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W

mirley 30 Sie 2016 13:02 19305 55
  • Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W

    Tym razem przedstawiam prosty wzmacniacz MOSFET-owy. Z pewnością jest on dobrze znany forumowiczom. Postanowiłem go zamieścić ze względu na wielokrotne prośby o opracowanie zgrabniejszej płytki dla wzmacniacza o mniejszej mocy bazującego na wcześniejszym opracowaniu .

    Przedstawiona tutaj konstrukcja jest modułem monofonicznego wzmacniacza o bardzo dobrych parametrach, zbudowanego na tranzystorach MOSFET. Schemat układu prawie w całości został zaczerpnięty z opracowania Anthony'ego Holtona. Układ posiada niskie zniekształcenia harmoniczne, które na pewno nie przekroczą 0,1%, przy mocy oddawanej do obciążenia rzędu 100 W. Opisywany wzmacniacz jest alternatywą dla popularnych wzmacniaczy serii TDA i podobnych, jednak niewiele większym kosztem można uzyskać wzmacniacz o zdecydowanie lepszych parametrach. Wielką zaletą układu jest prosta budowa i tani stopień wyjściowy składający się z 2 ogólnodostępnych tranzystorów MOSFET. Wzmacniacz może pracować z głośnikami o impedancji zarówno 4 jak i 8 Ω. Jedyną regulacją, jaką należy dokonać w czasie uruchomienia, jest ustawienie prądu spoczynkowego tranzystorów mocy.

    Układ jest klasycznym wzmacniaczem dwustopniowym, składa się on z różnicowego wzmacniacza wejściowego i symetrycznego wzmacniacza mocy, w którym pracuje jedna para tranzystorów mocy. Schemat układu przedstawiony został na rysunku 1. Tranzystory T4 (BC546) i T5 (BC546) pracują w konfiguracji wzmacniacza różnicowego i są zasilane ze źródła prądowego zbudowanego w oparciu o tranzystory T7 (BC546), T10 (BC546) i rezystory R18 (22 kΩ), R20 (680 Ω) i R12 (22 kΩ). Sygnał wejściowy podawany jest na dwa filtry: dolnoprzepustowy zbudowany z elementów R6 (470 Ω) i C6 (1 nF) - ogranicza on wysokoczęstotliwościowe składowe sygnału - oraz filtr górnoprzepustowy złożony z C5 (1 µF), R6 i R10 (47 kΩ), ograniczający składowe sygnału o niskich częstotliwościach.

    Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W

    Obciążeniem wzmacniacza różnicowego są rezystory R2 (4,7 kΩ) i R3 (4,7 kΩ). Tranzystory T1 (MJE350) i T2 (MJE350) stanowią kolejny stopień wzmacniający, a jego obciążeniem są tranzystory T8 (MJE340), T9 (MJE340) i T6 (BD139), które jednocześnie polaryzują tranzystory końcówki mocy. Kondensatory C3 (33 pF) i C4 (33 pF) o niewielkiej wartości przeciwdziałają wzbudzeniom wzmacniacza. Kondensator C8 (10 nF) włączony równolegle do R13 (10 kΩ/1 W) poprawia odpowiedź impulsową wzmacniacza, co ma znaczenie dla szybkich sygnałów wejściowych.

    Tranzystor T6 wraz z elementami R9 (4,7 kΩ), R15 (680 Ω), R16 (82 Ω) oraz PR1 (5 kΩ) pozwala ustawić poprawną polaryzację stopni wyjściowych wzmacniacza w stanie spoczynkowym. Za pomocą potencjometru należy ustawić prąd spoczynkowy tranzystorów wyjściowych w granicach 90-110 mA, co odpowiada spadkom napięć na rezystorach R8 (0,22 Ω/5 W) i R17 (0,22 Ω/5 W) w granicach 20-25 mV. Całkowity pobór prądu w czasie spoczynku wzmacniacza powinien być w okolicach 130 mA. Wyjściowymi elementami wzmacniacza są tranzystory MOSFET T3 (IRFP240) oraz T11 (IRFP9240). Tranzystory te skonfigurowane są jako wtórnik napięciowy o dużej wydajności prądowej, zatem dwa pierwsze stopnie muszą uzyskać wystarczająco dużą amplitudę sygnału wyjściowego. Wzmocnienie układu ustalone jest stosunkiem rezystancji R7 (22 kΩ) do R11 (470 Ω) i w projekcie modelowym wynosi około 47 V/V. Rezystory R8 i R17 o małej wartości zostały zastosowane głównie w celu łatwego pomiaru prądu spoczynkowego tranzystorów mocy bez ingerencji w układ. Mogą się też przydać w przypadku rozbudowy układu o kolejną parę tranzystorów mocy ze względu na różnice w rezystancjach kanałów otwartych tranzystorów. Rezystory bramkowe R5 (470 Ω) i R19 (470 Ω) ograniczają szybkość ładowania pojemności bramek tranzystorów, a tym samym ograniczają pasmo przenoszenia wzmacniacza. Diody D1-D2 (BZX85-C12V) zabezpieczają przed zbyt dużym wysterowaniem tranzystorów mocy. W tym przypadku napięcia na bramkach względem źródeł tranzystorów nie powinny być większe niż 12 V.

    Na płytce wzmacniacza przewidziano miejsce na kondensatory filtrujące zasilanie C2 (4700 µF/50 V) i C13 (4700 µF/50 V). Stopień wejściowy i sterujący zasilany jest poprzez dodatkowy filtr RC zbudowany na elementach R1 (100 Ω/1 W), C1 (220 µF/50 V) oraz R23 (100 Ω/1 W) i C12 (220 µF/50 V). Układ wzmacniacza osiąga moc 100 W (skuteczna sinusoidalna) już dla amplitud sygnału wejściowego w okolicach 600 mV i impedancji obciążenia 4 Ω. Zalecanym transformatorem jest toroid 200 W o napięciach 2×24 V~. Po wyprostowaniu i odfiltrowaniu powinno dać to zasilanie końcówki mocy w okolicach +/-34 V względem masy.

    Fotografie:

    Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W

    Zachęcam do komentarzy i uwag krytycznych.

    Strona domowa projektu: http://mirley.net/wzmacniacz_monofoniczny_mosfet_100w.html


    Fajne!
  • #3 30 Sie 2016 17:47
    dzetix
    Poziom 18  

    Jaką moc osiągnie przy napięciu 2x34V i 8ohm ?

  • #4 30 Sie 2016 18:51
    GoHalas
    Poziom 14  

    Jak to gra? Porównywałeś z innymi konstrukcjami DIY?

  • #5 30 Sie 2016 22:37
    JDragon
    Poziom 12  

    A jak ma grać? To typowy wzmacniacz tranzystorowy, przeciętny słuchacz gubi różnice przy tda7294. Dla bardziej wprawionych sam kondensator wejściowy słychać.

    Jaka moc? Do bmw będzie za mało ;)

  • #6 30 Sie 2016 22:55
    komatssu
    Poziom 28  

    Tego typu wzmacniacze z tranzystorami MOSFET mają jedną podstawową wadę - napięcie nasycenia stopnia mocy ~8V, przez co potrzebują zasilacza o większym napięciu niż tej samej mocy wzmacniacz z tranzystorami bipolarnymi. Albo ujmując rzecz inaczej - będą miały moc o około 20-30% niższą niż wzmacniacz z tranzystorami bipolarnymi, przy takim samym zasilaniu.

  • #7 31 Sie 2016 08:18
    mirley
    Poziom 17  

    Dla 8R i zasilaniu 2x34V będzie coś w okolicach 50W z prostych rachunków. Przy takim zasilaniu masz ok 27-28V amplitudy na wyjściu max zgodnie z tym co kolega napisał o nasyceniu stopnia wyjściowego. Dla 8R z prostego wzoru daje to:

    3$P_{sk}=\frac{U_{sk}^2}{R} = \frac{U^2}{2 \cdot R}= 49W


    Co do jakości dzwięku, wydaje mi się że znacznie lepiej, lepsza dynamika sygnału. Nie mam jakiś zapędów audiofilskich ale słychać różnicę w stosunku do TDA

    Max napięcie zasilania jakie osobiście testowałem to ok 2x60V ale dla wersji wzmacniacza z dwoma parami tranzystorów wyjściowych. Logika nakazuje że z jedną parą wzmacniacz też wytrzyma takie zasilania ale jak pojawi się sygnał wyjściowy tranzystory mocy prawdopodobnie ulegną uszkodzeniu z przegrzania.

  • #9 31 Sie 2016 11:05
    mirley
    Poziom 17  

    Już ktoś pytał o mostek prostowniczy na płytce, ale ja specjalnie go nie daje na końcówkach mocy bo jest wspólny przy zasilaczu wzmacniacza - w normalnych warunkach pracy.

    Wzmacniacz z AVT ma inna architekturę, przez co wprowadza niesymetrię w układzie... Układ Holtona ma klasyczno stopień wyjściowy z parą koplementarnych tranzystorów, przez co budowa jest prostsza... przynajmniej ja widze więcej zalet w układzie symetrycznym ale nie uważam sie za eksperta

  • #10 31 Sie 2016 23:46
    aftys6
    Poziom 19  

    Witam.
    Czekałem jakiś czas na taki sprawdzony projekt na mosfetach ;)
    Nie zostało Ci przypadkiem parki płytek ;D ??
    Pytam bo mi jakoś średnio idzie produkcja w domu a chce sobie zbudować co w stylu twojego układu ;)

  • #12 01 Wrz 2016 08:44
    tesla97
    Poziom 12  

    Witam. Jako iż jestem początkujący mam pytanie układów.
    Co by się stało gdybyśmy zamienili tranzystory MOS miejscami N z P. Oczywiście nastąpiła by także zamiana drenów ze źródełami jako iż wewnętrzne diody schotkigo powodowały by zwarcie.

  • #14 01 Wrz 2016 18:22
    BANANvanDYK
    Poziom 36  

    Nigdy więcej w życiu nie podłączę PRki od regulacji prądu spoczynkowego w ten sposób - "zaszumi" podczas kręcenia i tranzystory mocy idą z dymem.

  • #15 02 Wrz 2016 08:50
    mirley
    Poziom 17  

    Nie muszą być dokładnie takie tranzystory, muszą tylko mieć odpowiednie parametry, napięcie i prąd, zbliżone do tych co na schemacie.

    Co do PRki to nie widzę aż tak poważnego problemu, na płytce jest dobry potencjometr wieloobrotowy, a nawet na zwykłej PRce nie zdarzyło mi się nigdy aby tranzystory wyleciały.

  • #16 02 Wrz 2016 10:05
    winio42
    Poziom 17  

    mirley napisał:
    Nie muszą być dokładnie takie tranzystory, muszą tylko mieć odpowiednie parametry, napięcie i prąd, zbliżone do tych co na schemacie.

    Co do PRki to nie widzę aż tak poważnego problemu, na płytce jest dobry potencjometr wieloobrotowy, a nawet na zwykłej PRce nie zdarzyło mi się nigdy aby tranzystory wyleciały.


    Prąd to jasne - taki sam lub większy.
    Co do napięcia to chodzi o napięcie progowe Ugs czy o maksymalne napięcie Uds?

    Co do dyskusji o PR-ce - nawet przy badziewnym chinolu można sobie poradzić, starczy wyłączać układ na czas kręcenia potencjometrem :)

  • #17 02 Wrz 2016 12:40
    mirley
    Poziom 17  

    Chodziło mi tutaj o Vds żeby był rzędu 200V i prąd z 15A.... Prawdopodobnie Vds rzędu 100V przy zasilaniu np 2x36V też będzie ok.

    IRP240 zastosowałem ze wzgędu na dość niską cenę i dużą obudowę ułatwiającą odprowadzanie ciepła

  • #18 02 Wrz 2016 13:51
    dawiid88
    Poziom 6  

    Witam. Jestem nowy na forum to przy okazji przywitam się ;)
    Kawał dobrej konstrukcji, ładne wykonanie. Jak wygląda orientacyjny koszt całości?

  • #19 02 Wrz 2016 14:03
    winio42
    Poziom 17  

    Rozumiem, obudowa rzeczywiście pokaźnych rozmiarów (jak w TIP36C).
    Jeśli możesz odpowiedzieć - czym różnią się mosfety od bipolarnych jeśli chodzi o stopień mocy?
    Czy chodzi o charakterystykę przejściową i zniekształcenia przez nią wprowadzane (mosfet - kwadratowa; bipolarny - wykładnicza)?
    Czy może chodzi o to, że w bipolarnym trzeba dostarczyć spory prąd bazy (bo powiedzmy beta=25)?
    Nie znam się na tranzystorach, zawsze jeśli już to brałem jakiś TDA :)
    No i ostatnie pytanie - czy można to zasilić z jednego bieguna zasilania (powiedzmy 64VDC) - przy TDA można było wykonać taką sztuczkę :P

  • #20 02 Wrz 2016 18:18
    pikarel
    Poziom 28  

    Schemat zgodny z wszelkimi regułami dla wzmacniaczy wysokiej klasy, z dbałością o symetrię, bardzo estetycznie zaprojektowana PCB.
    Jeśli miałbym w przyszłości zrobić sobie klasyczny wzmacniacz mocy - to ten jest w czołówce.

    Wspomnano o regulacji prądu i kol. @mirlej napisał, ze zatosowanie dobrej jakości PR eliminuje problemy.
    Jednak moim zdaniem regulacja prądu spoczynkowego stopnia o dużej mocy powinna wyglądać tak, jak na schemacie z tego linka (R515):
    http://obrazki.elektroda.net/13_1208013762.jpg

    Piszę to, myśląc o złej jakości elementów mechanicznych w elektronice i możliwych sytuacjach, bo schemat kol. @mirlej jest oczywiście w całości poprawny.

    Co przemawia za stosowaniem rozwiązania z podanego linka w regulacji prądu spoczymnkowego?
    To, że w styku mechanicznym zawsze istnieje możliwość wystąpienia braku połączenia/przerwy w trakcie regulacji
    (trzaski będące skutkiem utlenienia się powierzchni styku)
    lub stała przerwa po jakimś czasie.
    W układzie z linka, czyli:
    - rezystor stały z kolektora do bazy a rezystor regulowany PR między bazą a emiterem
    w sytuacji braku połączenia w rezystorze PR efektem będzie jedynie zmniejszenie prądu spoczynkowego do minimalnej wartości, nie powodując żadnych innych skutków.
    Przy połączeniu potencjometrycznym (jak w układzie omawianego wzmacniacza) brak styku suwak PR-baza spowoduje wzrost prądu do dużej wartości,
    ustalonej wartością rezystancji wypadkowej rezystorów z gałęzi regulacji.

    Oczywiście, że nie w każdym przypadku będzie to powodować zniszczenie tranzystorów mocy, na pewno będzie to przegrzewanie się ich i zwiększony pobór mocy, obcinanie sygnału więc i duże zniekształcenia.
    Przerwy w PR-kach "wykończyły" niejeden wzmacniacz Eltron, od mocy 30 do 100W, czyli te, które były powszechne w Polsce rozrywkowej :) lat 80-tych i 90-tych.
    Wyjątkiem był "piecyk" Eltron 50, a dlaczego? Proszę spojrzeć na ich schematy i porównać sposób regulacji prądu spoczynkowego.

  • #21 02 Wrz 2016 20:08
    GoHalas
    Poziom 14  

    JDragon -- Według Ciebie każdy wzmacniacz tranzystorowy gra tak samo? Nawet w tym wystarczy pobawić się prądem spoczynkowym i już gra inaczej. Właśnie. Napięcie zasilania, kondensator wejściowy, prąd spoczynkowy i już mamy kilka wersji różniących się od siebie brzmieniem..
    PS> nie pytałem o wzmacniacz do samochodu;) Nie jestem "typowym" Sebiksem:P

  • #22 03 Wrz 2016 19:29
    automobilklub
    Poziom 10  

    Plusy kondensatorów c12 i c13 na schemacie są podciągnięte do masy... Ale skoro działa...:)

  • #24 03 Wrz 2016 23:47
    flyradek
    Poziom 12  

    mirley napisał:

    Wzmacniacz z AVT ma inna architekturę, przez co wprowadza niesymetrię w układzie... Układ Holtona ma klasyczno stopień wyjściowy z parą koplementarnych tranzystorów, przez co budowa jest prostsza... przynajmniej ja widze więcej zalet w układzie symetrycznym ale nie uważam sie za eksperta


    Mógłbyś rozwinąć tą myśl? Sam robiłem tego AVT2762 i całkiem zadowolony jestem, od paru lat gra bez żadnego przedwzmacniacza (lenistwo...)

    Na czym polega ta asymetryczność i jakie są jej wady?

  • #25 05 Wrz 2016 13:22
    mirley
    Poziom 17  

    Na początku kilka słów na temat regulacji prądu spoczynkowego .... zastosowanie dobrego potencjometru nie eliminuje problemów, pozwala jedynie znacznie ograniczyć ewentualne problemy. Zgadzam się, że sposób regulacj,i gdzie suwak jest zwarty z jednym z biegunów będzie lepszym rozwiązniem ... niemniej jednak zastosowałem już taką wersję więc jej bronię :)

    Koszt wzmacniacza to ok 50zł-60zł

    Co do wad układu z dwoma NMOS'ami: Nie twierdzę tutaj, że wzmacniacz zbudowany w ten sposób będzie grał źle itp. Niesymatria polega na tym, że tranzystor MOSFET N pracujący w górnej połówce potrzebuje dużego napięcia na bramce aby móc pracować. Powoduje to, że lustro prądowe polaryzujące tranzystory mocy musiało by miec napięcie wyższe niż zasilanie stopnia mocy (tylko od strony + zasilania) aby uzyskać pełną amplitudę na wyjściu od strony + zasilania. Normalnie tak się nie buduje kosztem ogranieczenia mocy i pogorszenia sprawności.... nawet sam autor tego projektu napisał o tym pół strony na wstepie swojego artykułu

  • #26 07 Wrz 2016 08:41
    mmaker
    Poziom 18  

    Witam. Zaprojektowałem swoje, mniejsze PCB na podstawie schematu kolegi mirley i prosiłbym o sprawdzenie czy zgadza się ze schematem. wymiary płytki to 50mm x 55mm. Usunąłem kondensatory filtrujące w zasilaczu i brakuje stabilizatora impedancji na wyjściu wzmacniacza.

    Wzmacniacz monofoniczny MOSFET 100 W

    Link do pliku z serwera zewnętznego
    100W IRFP.LAY

    Edit: Potwierdzam poprawność płytki, wzmacniacz działa, potencjometr kręci się tylko odwrotnie. Jest dość ciasno, ale przy odpowiednim montażu nie sprawia to problemu.

  • #27 07 Wrz 2016 10:43
    jaromonkey
    Poziom 10  

    Byłbyś w stanie wrzucić pliki na router?

  • #28 09 Wrz 2016 21:59
    flyradek
    Poziom 12  

    mirley napisał:

    Co do wad układu z dwoma NMOS'ami: Nie twierdzę tutaj, że wzmacniacz zbudowany w ten sposób będzie grał źle itp. Niesymatria polega na tym, że tranzystor MOSFET N pracujący w górnej połówce potrzebuje dużego napięcia na bramce aby móc pracować. Powoduje to, że lustro prądowe polaryzujące tranzystory mocy musiało by miec napięcie wyższe niż zasilanie stopnia mocy (tylko od strony + zasilania) aby uzyskać pełną amplitudę na wyjściu od strony + zasilania. Normalnie tak się nie buduje kosztem ogranieczenia mocy i pogorszenia sprawności.... nawet sam autor tego projektu napisał o tym pół strony na wstepie swojego artykułu


    Chyba byłem zaspany... widziałem na Twoim schemacie 2 x IRFP240 :)
    Co do + zasilania, zastosowany układ bootstrap niweluje tą niedogodność. Zresztą Autor napisał pod koniec "Opis układu" że jest to jeden z najlepszych wzmacniaczy jeżeli chodzi o sprawność.

    Najlepiej byłoby zrobić Twój i posłuchać ale nie mam na to siły narazie

  • #29 10 Wrz 2016 07:21
    mirley
    Poziom 17  

    No wlasnie sa potrzebne dodatkowe elementy aby zapewnic sensowne warunki pracy. Dlatego osobiscie mi sie nie podoba. Taka konstrukcja dobra jest do integracji w chipie gdzie masz tranzystory pmos znacznie gorsze od nmos.

  • #30 26 Wrz 2016 12:37
    painlust
    Specjalista - wzmacniacze gitarowe

    Ja mam pytanie co do doboru elementów a właściwie ich współczynnika β. Postanowiłem zrobić tę końcówkę. Kupowałem jednak tranzystory przez internet. O ile zakupione BC546 mają współczynnik β oscylujący w granicach 290-300 to już z MJE350 (β≈90) i MJE340 (β≈60) już jak widać rozbieżność spora. Może tak być czy też nie?

 
Promocja -20%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
tme