Obwód wzmacniacza audio o mocy 25 W wykorzystujący tda2040

Wzmacniacze są podstawą elektroniki analogowej. Są szeroko stosowane w przemyśle elektronicznym. Wzmacniacze są używane prawie we wszystkich aplikacjach związanych z audio.

Wzmacniacz mocy jest częścią elektroniki audio. Służy do maksymalizacji wielkości mocy f danego sygnału wejściowego. W elektronice dźwiękowej wzmacniacz operacyjny zwiększa napięcie sygnału, ale nie może dostarczyć prądu, który jest potrzebny do wysterowania obciążenia. W tym samouczku zbudujemy wzmacniacz o mocy 25 W przy użyciu układu scalonego wzmacniacza mocy TDA2040 z podłączonym do niego głośnikiem o impedancji 4 omów.

Topologia konstrukcyjna wzmacniaczy

W układzie wzmacniacza łańcuchowego wzmacniacz mocy jest używany na ostatnim lub ostatnim etapie przed obciążeniem. Ogólnie rzecz biorąc, system wzmacniacza dźwięku wykorzystuje poniższą topologię przedstawioną na schemacie blokowym

Jak widać na powyższym schemacie blokowym, wzmacniacz mocy jest ostatnim stopniem, który jest bezpośrednio podłączony do obciążenia. Generalnie, przed wzmacniaczem mocy, sygnał jest korygowany za pomocą przedwzmacniaczy i wzmacniaczy kontroli napięcia. Ponadto, w niektórych przypadkach, gdy wymagana jest kontrola tonu, obwód kontroli tonu jest dodawany przed wzmacniaczem mocy.

Poznaj swój ładunek

W przypadku systemu Audio Amplifier, obciążenie i zdolność napędzania wzmacniacza jest ważnym aspektem konstrukcyjnym. Głównym obciążenie dla wzmacniacza mocy jest Głośniki. Wyjście wzmacniacza mocy zależy od impedancji obciążenia, więc podłączenie niewłaściwego obciążenia może zagrozić wydajności wzmacniacza mocy, a także stabilności.

Głośnik to ogromne obciążenie, które działa jako obciążenie indukcyjne i rezystancyjne. Wzmacniacz mocy zapewnia wyjście AC, dlatego impedancja głośnika jest krytycznym czynnikiem dla prawidłowego przenoszenia mocy.

Impedancja to efektywna rezystancja obwodu elektronicznego lub komponentu dla prądu przemiennego, która wynika z połączonych efektów związanych z rezystancją omową i reaktancją.

W elektronice audio dostępne są różne typy głośników o różnej mocy i różnej impedancji. Impedancję głośników można najlepiej zrozumieć na podstawie relacji między przepływem wody w rurze. Wystarczy pomyśleć o głośniku jak o rurze wodnej, woda przepływająca przez rurę jest naprzemiennym sygnałem audio. Teraz, jeśli rura zwiększyła średnicę, woda będzie łatwo przepływać przez rurę, objętość wody będzie większa, a jeśli zmniejszymy średnicę, tym mniej wody przepłynie przez rurę, więc objętość wody będzie niższy. Średnica jest efektem rezystancji omowej i reaktancji. Jeśli rura zwiększy średnicę, impedancja będzie niska,więc głośnik może uzyskać większą moc, a wzmacniacz zapewnia większy scenariusz przenoszenia mocy, a jeśli impedancja wzrośnie, wzmacniacz dostarczy mniejszą moc do głośnika.

Istnieją różne możliwości wyboru, a na rynku dostępne są różne segmenty głośników, generalnie 4 omy, 8 omów, 16 omów i 32 omy, z których głośniki 4 i 8 omów są szeroko dostępne w niskich cenach. Musimy również zrozumieć, że wzmacniacz o mocy 5 W, 6 W lub 10 W lub nawet większej ma moc RMS (Root Mean Square), dostarczaną przez wzmacniacz do określonego obciążenia podczas ciągłej pracy.

Musimy więc uważać na parametry głośników, parametry wzmacniaczy, wydajność głośników i impedancję.

Budowa prostego wzmacniacza 25W

W naszych poprzednich samouczkach stworzyliśmy wzmacniacz o mocy 10 W przy użyciu wzmacniacza operacyjnego i tranzystora mocy. Ale w tym samouczku zbudujemy wzmacniacz mocy 25 W, który będzie napędzał głośnik o impedancji 4 Ohm. Wykorzystamy do tego specjalny układ scalony wzmacniacza mocy. Wybraliśmy układ scalony wzmacniacza mocy TDA2040.

Na powyższym obrazku pokazano TDA2040. Jest dostępny w większości standardowych sklepów internetowych, a także w serwisie eBay. Pakiet nazywa się pakietem „ Pentawatt ” z 5 pinami wyjściowymi. Schemat pinoutów jest dość prosty i dostępny w arkuszu danych,

Tab jest podłączony do pinu 3 lub –Vs (ujemne źródło zasilania). Nie wspominając o tym, że radiator połączony z zakładką również dostaje takie samo połączenie.

Jeśli sprawdzimy arkusz danych, zobaczymy również cechy tego układu scalonego wzmacniacza mocy

Cechy układu scalonego są całkiem dobre. Zapewnia ochronę przed zwarciem do masy. Ponadto ochrona termiczna zapewni dodatkowe funkcje bezpieczeństwa ze względu na stan przeciążenia. Jak widać, TDA2040 jest w stanie zapewnić moc wyjściową 25 W przy obciążeniu 4 Ohm, jeśli podłączony jest zasilacz podzielony z wyjściem +/- 17 V. W takim przypadku THD (Total Harmonic Distortion) wyniesie 0,5%. W tej samej konfiguracji, jeśli otrzymamy moc wyjściową 30 W, THD wyniesie 10%.

W arkuszu danych znajduje się również inny wykres, który przedstawia zależność między napięciem zasilania a mocą wyjściową.

Jeśli widzimy wykres, możemy osiągnąć więcej niż 26 W mocy wyjściowej, jeśli użyjemy podzielonego zasilacza z wyjściem większym niż 15 V. Tak więc sprawmy, aby wzmacniacz mocy działał z głośnikiem o impedancji 4 omów przy 25 W, bez uszczerbku dla THD.

Wymagane komponenty

Aby zbudować obwód, potrzebujemy następujących komponentów:

1. Płyta Vero (można użyć kropkowanej lub podłączonej dowolnej osoby)
2. Lutownica
3. Drut lutowniczy
4. Szczypce i narzędzie do ściągania izolacji
5. Przewody
6. Aluminiowy radiator
7. Zasilacz szynowy 17 V z szyną zasilającą + 17 V GND -17 V.
8. Głośnik 4 Ohm 25 W.
9. 4.7R Rezystor 1/2 Watt
10. 680R Rezystor 1/4 ^th Watt
11. Rezystor 22k
12. Rezystor 10k
13. Kondensator 100nF /.1uF 4szt
14. Kondensator 22uF
15. TDA2040

Schemat obwodu wzmacniacza audio o mocy 25 W i objaśnienie

Schemat dla 25-watowego wzmacniacza audio jest dość prosty; TDA2040 wzmacnia sygnał i dostarcza moc 25 W RMS do 4-omowego głośnika. C4 i C5 używane jako kondensator filtra odsprzęgającego. C1 i R1 działają jak filtr. R2, R3 i C2 zapewniają niezbędne sprzężenie zwrotne do wzmacniacza mocy. R4 i C3 to obwód tłumiący, który blokuje sprzężenie zwrotne z obciążenia indukcyjnego (głośnik).

Testowanie obwodu wzmacniacza 25 W.

Użyliśmy narzędzi do symulacji proteus, aby sprawdzić wyjście obwodu; mierzyliśmy moc na wirtualnym oscyloskopie. Możesz sprawdzić cały film demonstracyjny podany poniżej

Układ zasilamy napięciem +/- 17V i dostarczany jest sygnał wejściowy sinusoidalny. Oscyloskop jest podłączony do wyjścia przy obciążeniu 4 omów na kanale A (żółty), a sygnał wejściowy jest podłączony do kanału B (niebieski).

Widzimy różnicę wyjściową między sygnałem wejściowym a wzmocnionym wyjściem na wideo: -

Sprawdziliśmy również moc wyjściową, moc wzmacniacza w dużym stopniu zależy od wielu rzeczy, jak omówiono wcześniej. Zależy to w dużym stopniu od impedancji głośnika, wydajności głośnika, sprawności wzmacniacza, topologii konstrukcji, całkowitych zniekształceń harmonicznych itp. Nie mogliśmy wziąć pod uwagę ani obliczyć wszystkich możliwych czynników, które tworzą zależności w mocy wzmacniacza. Rzeczywisty obwód różni się od symulacji, ponieważ podczas sprawdzania lub testowania wyjścia należy wziąć pod uwagę wiele czynników.

Obliczanie mocy wzmacniacza

Użyliśmy prostego wzoru do obliczenia mocy wzmacniacza -

Moc wzmacniacza = V ² / R

Podłączyliśmy multimetr AC do wyjścia. Napięcie AC pokazane na multimetrze jest napięciem zmiennym międzyszczytowym.

Dostarczyliśmy bardzo niskoczęstotliwościowy sygnał sinusoidalny kilku 25-50Hz. Podobnie jak w przypadku niskich częstotliwości, wzmacniacz dostarczy więcej prądu do obciążenia, a multimetr będzie w stanie prawidłowo wykryć napięcie AC.

Multimetr pokazał + 10,1V AC. Tak więc, zgodnie ze wzorem, wyjście wzmacniacza mocy przy obciążeniu 4 Ohm wynosi

Wzmacniacz Moc = 10,1 ² /4 wzmacniacz Moc = 25,50 (około 25W)

O czym należy pamiętać podczas konstruowania wzmacniacza 25W

Podczas konstruowania układu wzmacniacz mocy TDA2040 wymaga odpowiedniego połączenia z radiatorem. Większy radiator zapewnia lepszy wynik. Ponadto dobrze jest używać kondensatorów skrzynkowych klasy audio, aby uzyskać lepszy efekt.

Zawsze dobrym wyborem jest użycie PCB do aplikacji związanych z dźwiękiem. Najlepszym sposobem na zbudowanie PCB jest odwołanie się do wytycznych producenta układu scalonego. W arkuszu danych TDA2040 znajduje się referencyjny projekt PCB.

Na powyższym obrazku pokazano przykładowy obwód z układem PCB. Lepiej trzymać się układu odniesienia i jest to w stosunku 1: 1. Zmniejszy to sprzężenie szumów na wyjściu.

Spróbuj także użyć głośnika o wyższej wydajności 4 Ohm i odpowiedniej mocy do wysterowania z tym wzmacniaczem mocy.