40-watowy wzmacniacz audio wykorzystujący tda2040 i parę tranzystorów

Wzmacniacz mocy jest częścią elektroniki dźwiękowej. Służy do maksymalizacji wielkości mocy 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 40 W przy użyciu układu scalonego wzmacniacza mocy TDA2040 i dwóch tranzystorów mocy 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 40 W.

W naszych poprzednich samouczkach wykonaliśmy 10-watowy wzmacniacz przy użyciu wzmacniacza operacyjnego i tranzystorów mocy, a także skonstruowaliśmy wzmacniacz 25-watowy przy użyciu TDA2040. Ale na potrzeby tego samouczka zbudujemy wzmacniacz o mocy 40 W, który będzie napędzał głośnik o impedancji 4 Ohm. Użyjemy tego samego TDA2040, który był używany we wzmacniaczu mocy 25 W, ale aby uzyskać moc wyjściową 40 W, użyjemy dodatkowych tranzystorów mocy.

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, jak już widzieliśmy, możliwe jest osiągnięcie ciągłej mocy 25 W za pośrednictwem TDA2040. Ale chcemy zrobić 40-watowy wzmacniacz mocy. Tak więc do tych dodatkowych 15 watów musimy dodać dwa tranzystory mocy NPN i PNP, aby zapewnić dodatkowe wzmocnienie i moc wyjściową w głośniku 4 Ohm.

Aby uzyskać to dodatkowe wzmocnienie mocy, użyliśmy tranzystorów mocy BD712 i BD711 z dopasowanymi parami. Oba tranzystory są dostępne w pakiecie TO-220C.

Schemat pinów BD711 i BD712 to

Aby zapewnić doskonałą pracę bez kompromisów THD, potrzebujemy zasilacza 36 V, aby uzyskać moc wyjściową 40 ​​W. Chociaż ten obwód może być zasilany napięciem od 15 V do 40 VDC.

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 KS-58
7. 36V Pojedynczy zasilacz
8. Głośnik 4 Ohm 40 W.
9. 4 szt rezystorów 1.5R rezystorów 1/2 Watt
10. 4 sztuk 100 k Rezystor 1/4 ^th Watt
11. Rezystor 12k
12. Rezystor 1R o mocy 2 W.
13. Kondensator 470nF
14. Kondensator 100uF
15. TDA2040
16. 1N4148 Dioda dwie sztuki
17. Kondensator 220nF
18. Kondensator 2200uF
19. Kondensator 4,7uF
20. Para tranzystorów BD711 i BD712.

Schemat obwodu i wyjaśnienie

Schemat jest dość prosty 40-watowy wzmacniacz audio; TDA2040 wzmacnia sygnał i dostarcza moc 25 W RMS. Dodatkowe wzmocnienie mocy odbywa się za pomocą par tranzystorów BD711 i BD712. Kondensator wejściowy 470nF to kondensator blokujący prąd stały, który przepuszcza tylko sygnał AC. Jedną z głównych rzeczy jest pojedyncze napięcie zasilania. Ponieważ wzmacniacz jest zasilany pojedynczym zasilaniem, sygnał wejściowy należy podnieść powyżej kilku woltów, aby wzmacniacz mógł wzmocnić sygnał zarówno w dodatnim, jak i ujemnym szczycie. Rezystory R6, R9 i R7, R8 dostarczają napięcie polaryzacji do tranzystorów mocy i wzmacniaczy mocy. R10 i C5 to obwód tłumiący lub zacisk RC chroniący wzmacniacz przed ogromnym obciążeniem indukcyjnym głośnika.

Testowanie obwodu wzmacniacza 40 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 36VDC i dostarczamy wejściowy sygnał sinusoidalny. Oscyloskop jest podłączony poprzecznie 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 sygnał sinusoidalny o bardzo niskiej częstotliwości 200 Hz. Podobnie jak w przypadku niskich częstotliwości, wzmacniacz dostarczy więcej prądu do obciążenia, a multimetr będzie w stanie prawidłowo wykryć napięcie AC.

Multimetr pokazał + 12,5V AC. Tak więc, zgodnie ze wzorem, wyjście wzmacniacza mocy przy obciążeniu 4 Ohm wynosi

Wzmacniacz Moc 12,5 ² /4 wzmacniacz Moc = 39,06 (około 40W)

Rzeczy, o których należy pamiętać podczas konstruowania wzmacniacza 40 W.

Podczas konstruowania układu wzmacniacz mocy TDA2040 należy odpowiednio połączyć 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.

1. Skróć ścieżki sygnału audio, aby zredukować niepożądane sprzężenie szumów.
2. Tranzystory mocy należy połączyć odpowiednimi radiatorami. Można zastosować radiator z serii KS-58.
3. Nie używaj jednego dużego radiatora i napraw TDA2040, BD711 i BD712. Użyj oddzielnych radiatorów do oddzielnych komponentów, w przeciwnym razie wystąpią warunki zwarcia.
4. Uważaj na moc głośnika, w przeciwnym razie głośnik może zostać spalony lub uszkodzony.
5. Nie usuwaj zacisku ani obwodu tłumiącego, jest to bardzo istotne dla bezpieczeństwa tranzystorów mocy i wzmacniacza mocy.
6. Nie stosuj silnie wzmocnionego sygnału we wzmacniaczu, THD wzrośnie.