Amplificator audio de 40 wați folosind tda2040 și pereche de tranzistori

Amplificatorul de putere este partea electronică a sunetului. Este proiectat pentru a maximiza magnitudinea puterii semnalului de intrare dat. În electronica sunetului, amplificatorul operațional crește tensiunea semnalului, dar nu poate furniza curentul, care este necesar pentru a conduce o sarcină. În acest tutorial, vom construi un amplificator de 40W folosind IC amplificator de putere TDA2040 și două tranzistoare de putere cu difuzor de impedanță de 4 Ohmi conectat la acesta.

Topologie de construcție pentru amplificatoare

Într-un sistem de lanț al amplificatorului, amplificatorul de putere este utilizat în ultima sau ultima etapă înainte de încărcare. În general, sistemul amplificatorului de sunet utilizează topologia de mai jos, prezentată în diagrama bloc

După cum puteți vedea în diagrama bloc de mai sus, Amplificatorul de putere este ultima etapă care este conectată direct la sarcină. În general, înainte de amplificatorul de putere, semnalul este corectat folosind amplificatoare pre și amplificatoare de comandă de tensiune. De asemenea, în unele cazuri, în care este necesar controlul tonului, circuitele de control al tonului sunt adăugate înainte de amplificatorul de putere.

Cunoaște-ți sarcina

În cazul sistemului amplificator audio, sarcina și capacitatea de conducere a amplificatorului sunt un aspect important în construcție. Sarcina majoră pentru un amplificator de putere este difuzorul puternic. Ieșirea amplificatorului de putere depinde de impedanța de încărcare, astfel încât conectarea unei sarcini necorespunzătoare ar putea compromite eficiența amplificatorului de putere, precum și stabilitatea.

Difuzorul puternic este o sarcină uriașă care acționează ca o sarcină inductivă și rezistivă. Amplificatorul de putere oferă ieșire de curent alternativ, datorită acestui fapt impedanța difuzorului este un factor critic pentru transferul adecvat de putere.

Impedanța este rezistența efectivă a unui circuit electronic sau a unei componente pentru curent alternativ, care rezultă din efectele combinate legate de rezistența ohmică și reactanța.

În electronica audio, diferite tipuri de difuzoare sunt disponibile în puteri diferite cu impedanță diferită. Impedanța difuzorului poate fi înțeleasă cel mai bine folosind relația dintre fluxul de apă în interiorul unei țevi. Gândiți-vă doar la difuzor ca la o conductă de apă, apa care curge prin conductă este semnalul audio alternativ. Acum, dacă conducta a devenit mai mare în diametru, apa va curge cu ușurință prin conductă, volumul de apă va fi mai mare și, dacă scădem diametrul, cu atât va curge mai puțină apă prin conductă, deci volumul de apă va fi inferior. Diametrul este efectul creat de rezistența ohmică și reactanța. Dacă conducta devine mai mare în diametru, impedanța va fi scăzută,astfel încât difuzorul poate obține mai multă putere și amplificatorul oferă mai multe scenarii de transfer de putere și dacă impedanța crește, atunci amplificatorul va oferi mai puțină putere difuzorului.

Există diferite opțiuni, precum și diferite segmente de difuzoare sunt disponibile pe piață, în general cu 4 ohmi, 8 ohmi, 16 ohmi și 32 ohmi, dintre care difuzoarele de 4 și 8 ohmi sunt disponibile pe scară largă la tarife ieftine. De asemenea, trebuie să înțelegem că un amplificator cu 5 wați, 6 wați sau 10 wați sau chiar mai mult este puterea RMS (Root Mean Square), livrată de amplificator la o sarcină specifică în funcționare continuă.

Deci, trebuie să fim atenți la evaluarea difuzoarelor, a amplificatorului, eficiența difuzoarelor și impedanța.

Construcția unui amplificator simplu de 40W

În tutorialele noastre anterioare, am realizat un amplificator de 10 wați folosind amplificatoare de putere și tranzistori de putere, de asemenea am construit un amplificator de 25 de wați folosind TDA2040. Dar pentru acest tutorial, vom construi un amplificator de putere de 40W care va conduce un difuzor de impedanță de 4 Ohmi. Vom folosi același TDA2040 pe care l-am folosit în amplificatorul de putere de 25 W, dar pentru a obține o putere de 40 W, vom folosi tranzistoare de putere suplimentare.

În imaginea de mai sus, este afișat TDA2040. Este disponibil în majoritatea magazinelor online generice, precum și pe eBay. Pachetul se numește pachet „ Pentawatt ” cu 5 pini de ieșire. Diagrama pinout este destul de simplă și disponibilă în foaia tehnică,

Tabul este conectat la pinul 3 sau la –Vs (sursă de alimentare negativă). Ca să nu mai vorbim, Heatsink-ul conectat cu fila are, de asemenea, aceeași conexiune.

Dacă verificăm fișa tehnică, putem vedea și caracteristicile acestui amplificator de putere IC

Caracteristicile IC sunt destul de bune. Oferă protecție la scurtcircuit la masă. De asemenea, protecția termică va oferi caracteristici suplimentare de siguranță datorită unei condiții de suprasarcină. După cum putem vedea, TDA2040 este capabil să furnizeze o ieșire de 25W la o sarcină de 4 ohmi dacă este conectată o sursă de alimentare divizată cu ieșire de +/- 17V. În acest caz, THD (Distorsiunea armonică totală) va fi de 0,5%. În aceeași configurație, dacă obținem o putere de 30 W, THD va deveni 10%.

De asemenea, există un alt grafic în foaia tehnică care oferă relația dintre tensiunea de alimentare și puterea de ieșire.

Dacă vedem graficul, putem obține o putere de ieșire mai mare de 26W dacă utilizăm o sursă de alimentare divizată cu o ieșire mai mare de 15V.

Deci, după cum am văzut deja, este posibil să se obțină o ieșire continuă de 25 de wați prin TDA2040. Dar vrem să producem un amplificator de putere de 40 W. Deci, acest supliment de 15 wați, trebuie să adăugăm doi tranzistori de putere NPN și PNP pentru a oferi o amplificare suplimentară și o putere de ieșire peste difuzorul de 4 Ohmi.

Pentru a realiza această amplificare suplimentară a puterii, am folosit tranzistoare de pereche potrivite BD712 și BD711. Ambele tranzistoare sunt disponibile în pachetul TO-220C.

Diagrama pin out a BD711 și BD712 este

Pentru o funcționare perfectă fără THD compromis, avem nevoie de o sursă de alimentare de 36V pentru a obține o ieșire de 40 Watt. Deși acest circuit poate fi alimentat folosind 15V la 40VDC.

Componente necesare

Pentru a construi circuitul avem nevoie de următoarele componente-

Placă Vero (punctată sau conectată se poate folosi oricine)
Ciocan de lipit
Sârmă de lipit
Unealtă de decupare și sârmă
Fire
Radiator de aluminiu KS-58
36V Sursă de alimentare unică
Difuzor de 4 ohmi, 40 wați
4 buc Rezistențe 1.5R Rezistențe 1/2 Watt
4buc 100k Rezistor 1/4 ^mii Watt
Rezistor 12k
Un rezistor 1R cu putere nominală de 2 wați
Condensator 470nF
Condensator 100uF
TDA2040
1N4148 Diodă două buc
Condensator 220nF
Condensator 2200uF
4.7uF condensator
BD711 și BD712 Transistor pereche.

Diagrama și explicația circuitului

Schema este un amplificator audio de 40 de wați destul de simplu; TDA2040 amplifică semnalul și furnizează o putere de 25 Watt RMS. Amplificarea suplimentară a puterii se face folosind perechi de tranzistoare BD711 și BD712. Condensatorul de intrare 470nF este condensatorul de blocare DC care va permite doar trecerea semnalului de curent alternativ. Un lucru major este tensiunea de alimentare unică. Deoarece amplificatorul este alimentat folosind o singură sursă, semnalul de intrare trebuie ridicat deasupra câtorva volți, astfel încât amplificatorul să poată amplifica semnalul atât în vârful pozitiv, cât și în cel negativ. Rezistoarele R6, R9 și R7, R8 furnizează o tensiune de polarizare a tranzistoarelor de putere și a amplificatoarelor de putere. R10 și C5 sunt circuitul de fixare sau clemă RC pentru a proteja amplificatorul de o sarcină inductivă uriașă a difuzorului.

Testarea circuitului amplificatorului de 40 watt

Am folosit instrumente de simulare proteus pentru a verifica ieșirea circuitului; am măsurat ieșirea în osciloscopul virtual. Puteți verifica videoclipul demonstrativ complet prezentat mai jos.

Alimentăm circuitul utilizând 36VDC și este furnizat semnalul sinusoidal de intrare. Osciloscopul este conectat la ieșire la o sarcină de 4 ohmi pe canalul A (galben) și semnalul de intrare conectat la canalul B (albastru).

Putem vedea diferența de ieșire între semnalul de intrare și ieșirea amplificată în videoclip: -

De asemenea, am verificat puterea de ieșire, puterea amplificatorului este foarte dependentă de mai multe lucruri, așa cum s-a discutat anterior. Depinde în mare măsură de impedanța difuzoarelor, eficiența difuzoarelor, eficiența amplificatorului, topologiile de construcție, distorsiunile armonice totale etc. Circuitul real este diferit de simulare, deoarece sunt necesari mulți factori care trebuie luați în considerare în timpul verificării sau testării ieșirii.

Calculul puterii amplificatorului

Am folosit o formulă simplă pentru a calcula puterea amplificatorului-

Putere amplificator = V ² / R

Am conectat un multimetru de curent alternativ la ieșire. Tensiunea alternativă afișată în multimetru este tensiunea alternativă de vârf la vârf.

Am furnizat semnal sinusoidal de frecvență foarte joasă 200Hz. La fel ca în frecvența joasă, amplificatorul va furniza mai mult curent sarcinii, iar multimetrul va putea detecta corect tensiunea de curent alternativ.

Multimetrul a arătat + 12,5V AC. Deci, conform formulei, ieșirea amplificatorului de putere la o sarcină de 4 Ohmi este

Amplificator Wattage = 12,5 cu ² / cu 4 Amplificator Wattage = 39,06 (40W aproximativ)

Lucruri de reținut în timp ce construiți un amplificator de 40w

La construirea circuitului, amplificatorul de putere TDA2040 trebuie conectat corespunzător la radiator. Radiatorul mai mare oferă un rezultat mai bun. De asemenea, este bine să folosiți condensatori de tip casetă de calitate audio pentru un rezultat mai bun.

Este întotdeauna o alegere bună să utilizați PCB pentru aplicații audio. Cel mai bun mod de a construi PCB este să faceți referire la liniile directoare ale producătorului IC.

Faceți urmele semnalului audio cât mai scurte posibil pentru a reduce cuplarea nedorită a zgomotului.
Tranzistoarele de putere trebuie conectate cu radiatoare adecvate. Se poate folosi radiatorul din seria KS-58.
Nu utilizați un singur radiator mare și fixați TDA2040, BD711 și BD712. Utilizați radiatoare separate pentru componente separate în caz contrar, vor exista condiții de scurtcircuit.
Fiți atenți la puterea difuzorului în caz contrar, difuzorul poate fi ars, precum și deteriorat.
Nu scoateți clema sau circuitul snubber, este extrem de esențial pentru siguranța tranzistoarelor de putere și a amplificatorului de putere.
Nu aplicați semnal amplificat mare în amplificator, THD va crește.