使用MOSFET的100瓦功率放大器电路

功率放大器是音频电子产品的一部分。它旨在将给定输入信号的功率f的大小最大化。在音响电子设备中，运算放大器会增加信号的电压，但无法提供驱动负载所需的电流。在本教程中，我们将使用 连接有4欧姆阻抗扬声器的MOSFET和晶体管构建 100W RMS输出功率放大器电路。

放大器的构建拓扑

在 放大器链系统中，功率放大器用于负载之前或最后的阶段。通常，声音放大器系统使用以下框图中所示的拓扑

从上面的框图中可以看到，功率放大器是直接连接到负载的最后一级。通常，在功率放大器之前，使用前置放大器和电压控制放大器来校正信号。同样，在某些情况下，需要音频控制时，在功率放大器之前添加音频控制电路。

了解你的负担

对于 音频放大器系统，放大器的负载和负载驱动能力是结构中的重要方面。功率放大器的 主要负载是扬声器。功率放大器的输出取决于负载阻抗，因此连接不合适的负载可能会损害功率放大器的效率以及稳定性。

大声扬声器是一个巨大的负载，它充当感性和电阻性负载。功率放大器提供交流输出，因此扬声器的阻抗是正确传输功率的关键因素。

阻抗是电子电路或组件对交流电的有效电阻，由与欧姆电阻和电抗相关的综合效应产生。

在 音频电子领域，不同功率，不同阻抗的不同类型的扬声器可用。使用管道内水流之间的关系可以最好地理解扬声器阻抗。只需将扬声器视为水管，流经水管的水就是交流音频信号。现在，如果管道直径变大，水很容易流过管道，水量会更大；如果我们减小直径，则流过管道的水就会少，所以水量会变大。降低。直径是由欧姆电阻和电抗产生的效果。如果管道直径变大，则阻抗将较低，因此扬声器的瓦数将增加，放大器将提供更多的功率传输方案；如果阻抗变高，则放大器将为扬声器提供的功率将减少。

市场上有不同的选择以及不同的扬声器市场，通常有4 ohms，8 ohms，16 ohms和32 ohms，其中4 ohms和8 ohms的扬声器价格便宜。此外，我们需要了解，具有5瓦，6瓦或10瓦甚至更高功率的放大器是RMS（均方根）瓦数，它在连续运行时由放大器传递到特定负载。

因此，我们需要注意扬声器的额定值，放大器的额定值，扬声器的效率和阻抗。

简单的100W音频放大器电路的构造

在之前的教程中，我们制作了10W功率放大器，25W功率放大器和50W功率放大器。但是在本教程中，我们将使用MOSFET设计一个 100瓦RMS输出功率放大器 。

在100瓦放大器的结构中，使用了多个晶体管和MOSFET。让我们看看重要的MOSFET和晶体管的规格和引脚图。在放大器的放大阶段，我们使用了高压晶体管MPSA43。它是一个高压NPN晶体管，用作放大器。MPSA43 NPN晶体管的引脚是-

我们使用了两个互补的中功率晶体管MJE350和MJE340。MJE350是采用TO-225封装的500 mA PNP晶体管，相同的NPN对晶体管是MJE340。MJE340与MJE350具有相同的规格，但它是NPN中功率晶体管。

两者的引脚图如下：

在最后阶段，使用了两个功率MOSFET IRFP244和IRFP9240。两者的组合可在4欧姆负载上提供100瓦RMS功率输出。

功率放大器电路所需的组件

1. Vero板（点缀或连接任何人都可以使用）
2. 烙铁
3. 焊锡丝
4. 钳和剥线钳工具
5. 电线
6. 根据要求的音频连接器
7. 优质铝散热器，厚度为5mm，尺寸为90mm x 45mm。
8. 具有+ 40V GND -40V电源跟踪输出的40V轨到轨电源
9. 4欧姆100瓦扬声器
10. 电阻1/4^个瓦特（39R，390R，1K，1.5K，4.7K，15K，22K，33K，47K，150K） - 1nos。
11. 330R电阻1/4^个瓦特- 3个
12. 10R电阻10瓦
13. 0.33R – 7瓦– 2个
14. 0.22R – 10瓦
15. 100nF 100V电容器– 2个
16. 47uF 100V电容器
17. 470pF 100V
18. 470nF 63V
19. 10pF 100V
20. 1n4002二极管
21. IRFP244
22. IRF9240
23. MJE350
24. MJE340
25. BC546 – 2个
26. MPSA43 – 3个

100W音频放大器电路图和说明

该100瓦音频放大器的原理图 分为几个阶段。在第一级放大的开始，滤波器部分会阻止不需要的频率噪声。该过滤器部分是使用R3，R4和C1，C2创建的。

在电路的第二级，作为MPSA43晶体管的Q1和Q2用作差分放大器，并将信号馈送到另一个放大级。

接下来，在两个MOSFET IRFP244N和IRF9240之间完成功率放大。这两个MOSFET是电路的重要部分。这两个MOSFET充当推挽驱动器（一种广泛使用的放大拓扑或架构）。为了驱动这两个MOSFET Q5和Q7，使用了晶体管MJE350和MJE340。这两个功率晶体管提供足够的栅极电流来驱动MOSFET。R15和R14是限流电阻，用于保护MOSFET栅极免受浪涌电流的影响。 R12和R13也会发生同样的事情，以保护输出负载免受浪涌电流驱动器的影响。R18是一个高功率电阻，用作电容器100nF的钳位电路。 R16还提供了额外的过流保护。

测试100瓦放大器电路

我们使用Proteus仿真工具检查电路的输出；我们在虚拟示波器中测量了输出。您可以查看 下面给出的完整 演示视频

我们使用+/- 40V为电路供电，并提供了输入正弦信号。示波器的通道A（黄色）跨输出连接到4欧姆负载，输入信号跨通道B（蓝色）跨接。

我们可以在视频中看到输入信号与放大输出之间的输出差异：

另外，我们检查了输出功率，如前所述，放大器的功率高度依赖于多种因素。它高度依赖于扬声器阻抗，扬声器效率，放大器效率，结构拓扑，总谐波失真等。我们无法考虑或计算所有与放大器功率相关的可能因素。实际电路与模拟电路不同，因为在检查或测试输出时需要考虑许多因素。

放大器功率计算

我们用一个简单的公式来计算放大器的功率

放大器功率= V ² / R

我们在输出端连接了一个交流万用表。万用表中显示的交流电压是峰峰值交流电压。

我们提供了25-50Hz的非常低频正弦信号。与低频情况一样，放大器将向负载提供更多电流，而万用表将能够正确检测交流电压。

万用表显示+ 20.9V AC。因此，根据公式，功率放大器在4欧姆负载下的输出为

放大器功率= 20.9 ² /4放大器功率= 109.20（超过大约100W）

构造100w音频放大器时要记住的事情

1. 在构建电路时，需要在功率放大器阶段将MOSFET与散热器正确连接。较大的散热器可提供更好的效果。功率晶体管Q5和Q7需要使用小的U形铝散热片正确散热。
2. 最好使用音频级额定箱式电容器，以获得更好的效果。
3. 使用PCB进行音频相关应用总是一个不错的选择。
4. 使差分放大器的走线尽可能短，并尽可能靠近输入走线。
5. 音频信号线应与嘈杂的电源线分开。
6. 注意走线的厚度。由于这是100瓦设计，因此需要更大的电流路径，因此应使走线宽度最大。最好在双面布局中使用70微米的铜板，并使用最大的过孔以获得更好的电流。
7. 需要在电路上创建接地层。接地回路的路径应尽可能短。

取得更好的结果

在这种100瓦设计中，几乎无法进行任何改进以获得更好的输出。

1. 在正负电源线之间添加至少额定值为100V的4700uF去耦电容器。
2. 使用额定值为1％的MFR电阻器可获得更好的稳定性。
3. 用UF4007更换1N4002二极管。
4. 用1k电位器更改R11，以控制功率MOSFET上的静态电流。
5. 在输出端加保险丝，可以保护扬声器过载或输出短路时的电路。

另外，请检查其他音频放大器电路：

• 使用TDA2040的40瓦音频放大器
• 25瓦音频放大器电路
• 使用运算放大器的10瓦音频放大器
• 使用MOSFET的50瓦功率放大器电路