使用MOSFET的50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，我们将使用连接了8欧姆阻抗扬声器的MOSFET构建一个 50瓦RMS输出功率放大器 。

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框图中所示的以下拓扑。

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。

在音频电子产品中，可以使用不同功率，不同阻抗的不同类型的扬声器。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。如果管子直径变大，阻抗会降低，因此扬声器可以得到更大的功率，放大器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更少的功率。

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50W放大器的结构

在以前的教程中，我们制作了10瓦功率放大器，25瓦功率放大器和40瓦功率放大器。但是在本教程中，我们将使用MOSFET设计一个50瓦RMS输出功率放大器。在以前的教程中，我们使用专用的功率放大器IC TDA2040分别用于25瓦和40瓦放大器，但是在本设计中，我们将使用互补的N和P沟道对MOSFET来获得50W功率输出。输出将非常稳定，THD最小。我们将驱动8欧姆负载。

我们使用了两种广受欢迎的互补MOSFET IRF530N和IRF9530N，它们可在本地商店和在线商店中广泛购买。

在上图中，左边的是IRF530N，右边的是IRF9530N。两者均为TO-220AB封装。

这两个MOSFET产生推挽操作，以驱动8欧姆50瓦RMS扬声器。

所需组件

要构建电路，我们需要以下组件-

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. 优质铝散热器，厚度为2mm，尺寸为50mm x 30mm。
7. 具有+ 35V GND -35V电源跟踪输出的35V轨到轨电源
8. 8欧姆50瓦扬声器
9. 电阻（10R，300R，560R，680R，820R，1.2k，2.2k，10k，15k）– 1nos。
10. 电阻（2.7k，4.7k，47k）– 2nos。
11. 100uF 63V电容器
12. 47uF 63V电容器– 2个
13. 68nF 100V
14. 220pF 50V
15. 1n4002二极管
16. IRF530
17. IRF9530
18. .1uH空心电感5A额定
19. BC556 -2个
20. BC546 – 2个

电路图和说明

该50瓦音频放大器的原理图分为几个阶段。在放大开始时，低通滤波器会阻止高频噪声。此低通滤波器是使用R1，R2和C1创建的。电阻器R1和R2具有两个操作，首先是低通滤波器的一部分，其次是分压器和限流器。

在电路的第二级，作为BC556晶体管的Q1和Q2用作差分放大器。

接下来，在两个MOSFET IRF530N和IRF9530之间完成功率放大。这两个MOSFET是互补且匹配的一对。两个MOSFET具有相同的规格，但一个为N沟道，另一个为P沟道。这是电路的重要部分。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Q3和Q4这两个MOSFET，使用BC546。这两个晶体管为MOSFET提供了足够的栅极驱动。R15是一个高功率电阻器，与电容器68nF一起用作钳位电路，并添加了1uH电感器，以便为8欧姆扬声器提供稳定的放大。

测试50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+/- 35V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8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

我们使用了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+ 20.1V AC。因此，根据公式，功率放大器在8欧姆负载下的输出为

放大器功率= 20.1 ² /8放大器功率= 50.50（约50W）

构造50w功率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。
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50瓦设计，因此需要较大的电流路径，因此应使走线宽度最大。
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50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63V的220uF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R13，以控制功率MOSFET上的静态电流。
5. 使用环形电感代替.25uH 5A的空芯。
6. 在输出端加保险丝，它将在扬声器过载或输出短路情况下保护电路。

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