Mạch khuếch đại công suất 100W bằng MOSFET đã được thiết kế để tạo ra công suất 100W để truyền tải khoảng 8 Ohms. Mạch khuếch đại công suất được thiết kế ở đây có ưu điểm là hiệu quả hơn với ít biến dạng chéo và méo hài tổng hơn.
Nguyên lý hoạt động:
Mạch này hoạt động theo nguyên lý khuếch đại công suất nhiều tầng gồm tiền khuếch đại, trình điều khiển và khuếch đại công suất sử dụng MOSFET. Giai đoạn tiền khuếch đại được thực hiện bằng cách sử dụng bộ khuếch đại vi sai, tầng trình điều khiển là bộ khuếch đại vi sai với tải gương hiện tại và khuếch đại công suất được thực hiện bằng cách sử dụng hoạt động MOSFET lớp AB. MOSFET có lợi thế hơn BJT là có mạch truyền động đơn giản, ít bị mất ổn định nhiệt và có trở kháng đầu vào cao. Một bộ tiền khuếch đại bao gồm một mạch khuếch đại vi sai hai tầng được sử dụng để tạo ra tín hiệu khuếch đại không có tạp âm. Tầng đầu tiên của bộ tiền khuếch đại bao gồm bộ khuếch đại kết hợp bộ phát chế độ vi sai sử dụng bóng bán dẫn PNP. Giai đoạn thứ hai bao gồm một bộ khuếch đại vi sai với tải hoạt động, để tăng độ lợi điện áp. Mạch gương hiện tại thực sự đảm bảo dòng điện đầu ra không đổi bất kể sự thay đổi của điện áp tín hiệu đầu vào. Tín hiệu khuếch đại này sau đó được đưa đến tầng khuếch đại kéo đẩy, tạo ra tín hiệu đầu ra công suất cao.
Sơ đồ mạch khuếch đại công suất 100W bằng MOSFET:
Các linh kiện của mạch:
- R1, R4: 4k ohms
- R2: 100 ohms
- R3: 50k ohms
- R5: 1k ohms
- R6: 50k ohms
- R7: 10k ohms
- R8, R9: 100 ohms
- R10, R13: 470 ohms
- R11: 100 ohms
- R12: 3k ohms
- R14, R15: 0,33 ohms
- C1: 10uF
- C2, C3: 18pF
- C4: 100nF
- Q1, Q2: bóng bán dẫn BC556, PNP
- Q3, Q4: MJE340, bóng bán dẫn NPN
- Q5, Q6: MJE350, bóng bán dẫn PNP
- Q7: n kênh E-MOSFET, IRF530
- Q8: kênh p E-MOSFET, IRF9530
- V1, V2: +/- 50 V.
Thiết kế mạch khuếch đại công suất MOSFET:
1 st Stage Differential Amplifier Thiết kế:
- Lựa chọn điện trở phát: Để có bộ khuếch đại vi sai hiệu quả, tỷ lệ loại bỏ chế độ chung do R3 / R2 đưa ra phải cao hơn. Điều này đòi hỏi giá trị của R2 phải thấp hơn nhiều so với R3. Ở đây chúng tôi chọn một chiết áp 100 ohm là R2 và điện trở 50k là R3.
- Lựa chọn điện trở thu: Đối với độ lợi chênh lệch khoảng 50 và điện trở bộ phát khoảng 100 Ohms, giá trị của R1 và R4 được tính là khoảng 4k.
- Lựa chọn tụ điện ghép nối: Ở đây chúng tôi chọn một tụ điện 10uF để ghép nối tín hiệu đầu vào AC với đầu vào của Q1.
2 nd Stage Differential Amplifier Thiết kế:
- Lựa chọn R11: Đối với tổng dòng phát khoảng 0,5A, giá trị của điện trở phát được chọn là khoảng 100 ohms.
- Lựa chọn R12: Giá trị của chiết áp R12 được xác định bởi điện áp ngưỡng Cổng của MOSFET và dòng tĩnh chạy qua bộ thu Q4, khoảng 50mA. Điều này mang lại cho R12 khoảng 3k. Tương tự, giá trị của R7 được coi là khoảng 10k.
- Lựa chọn tải: Ở đây bộ khuếch đại vi sai được kết nối với tải hoạt động, là một mạch gương dòng điện. Ở đây chúng tôi chọn bóng bán dẫn PNP MJE350 với điện trở phát 100 ôm mỗi bóng. Các điện trở phát được chọn để giảm điện áp khoảng 100mV trên chúng để đảm bảo sự phù hợp tốt của các bóng bán dẫn.
Thiết kế giai đoạn đầu ra của bộ khuếch đại công suất:
Ở đây chúng tôi chọn MOSFET IRF530 kênh N và MOSFET IRF9530 kênh P làm bộ khuếch đại công suất. Đối với công suất 100w và tải 8 ôm, điện áp đầu ra yêu cầu là khoảng 40V và dòng điện đầu ra là khoảng 5A. Điều này cho giá trị của điện trở nguồn vào khoảng 0,33 ohms và dòng điện do mỗi MOSFET vẽ vào khoảng 1,6A (điện áp đầu ra / (pi nhân với điện trở tải)).
Hoạt động của mạch khuếch đại công suất 100W MOSFET:
Các bóng bán dẫn PNP tạo thành mạch khuếch đại vi sai trong đó một trong các bóng bán dẫn nhận tín hiệu AC đầu vào và bóng bán dẫn còn lại nhận tín hiệu đầu ra thông qua phản hồi. Tín hiệu AC được ghép với gốc của Q1 thông qua tụ ghép và tín hiệu phản hồi được đưa đến gốc của Q2 thông qua R5 và R6. Đầu ra của bộ khuếch đại được thiết lập bằng cách điều chỉnh chiết áp. Đầu ra từ bộ khuếch đại vi sai giai đoạn đầu tiên được đưa đến đầu vào của bộ khuếch đại vi sai giai đoạn hai. Khi điện áp đầu vào lớn hơn điện áp phản hồi (trong trường hợp của bộ khuếch đại vi sai thứ nhất), thì điện áp đầu vào các bóng bán dẫn Q3 và Q4 của bộ khuếch đại vi sai thứ hai đồng thời khác nhau. Các bóng bán dẫn Q5 và Q6 tạo thành mạch gương hiện tại.
Điều này đạt được là do khi dòng thu của Q3 tăng, dòng góp của Q4 giảm để duy trì dòng điện không đổi chạy qua điểm chung của các cực phát của Q3 và Q4.
Ngoài ra mạch gương hiện tại tạo ra một dòng điện đầu ra bằng dòng điện góp của Q3. Chiết áp R12 đảm bảo áp dụng xu hướng DC thích hợp cho mỗi MOSFET. Vì hai MOSFET bổ sung cho nhau, khi một điện áp dương được đặt vào cổng Q7, nó sẽ dẫn. Tương tự đối với điện áp ngưỡng âm, Q8 dẫn. Các điện trở cổng được sử dụng để ngăn đầu ra MOSFET dao động.
Đầu vào của mạch được cung cấp bởi một điện áp đầu vào xoay chiều 1khz của 4Vp-p. Máy hiện sóng được kết nối sao cho kênh A được kết nối với đầu vào và kênh B được kết nối với đầu ra. Công suất ở tải được quan sát bằng cách kết nối watt kế với tải.
Các ứng dụng của mạch khuếch đại công suất 100w MOSFET:
- Nó có thể được sử dụng để điều khiển tải âm thanh như loa, như một bộ khuếch đại âm thanh.
- Nó có thể được sử dụng để điều khiển tải RF như ăng ten công suất cao.
- Nó có thể được sử dụng để triển khai hệ thống loa phân tán
- Mạch này có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử như tivi, máy tính, máy nghe nhạc mp3, v.v.
Hạn chế của mạch này:
- MOSFET dễ bị phóng điện hơn.
- MOSFET lấy dòng điện khá cao từ nguồn cung cấp, có thể làm hỏng toàn mạch, trừ khi sử dụng cầu chì an toàn.
- Mạch này dễ bị dao động tần số cao.
- Mạch này là mạch lý thuyết và dành cho mục đích giáo dục.
