Звуковий підсилювач на 40 Вт з використанням tda2040 і пари транзисторів

Підсилювач потужності є частиною звукової електроніки. Він призначений для максимізації величини потужності даного вхідного сигналу. У звуковій електроніці операційний підсилювач збільшує напругу сигналу, але не в змозі забезпечити струм, необхідний для руху навантаження. У цьому підручнику ми створимо підсилювач потужністю 40 Вт, використовуючи мікросхему підсилювача потужності TDA2040 та два силові транзистори з підключеним до нього динаміком опору 4 Ом.

Топологія побудови підсилювачів

В підсилювачі системи ланцюга, підсилювач потужності використовується на останній або кінцевої стадії перед навантаженням. Як правило, система підсилювача звуку використовує нижчу топологію, показану на блок-схемі

Як ви можете бачити на наведеній вище блок-схемі, підсилювач потужності - це останній етап, який безпосередньо підключений до навантаження. Як правило, перед підсилювачем потужності сигнал коригується за допомогою попередніх підсилювачів та підсилювачів управління напругою. Крім того, в деяких випадках, коли необхідний контроль тону, схема підсилення додається перед підсилювачем потужності.

Знай своє навантаження

У випадку з системою підсилювача звуку, навантаження та потужність підсилювача, що рухає навантаження, є важливим аспектом у будівництві. Основне навантаження для підсилювача потужності є динаміком. Вихід підсилювача потужності залежить від імпедансу навантаження, тому підключення неправильного навантаження може порушити ефективність підсилювача потужності, а також стабільність.

Гучномовець - це величезне навантаження, яке діє як індуктивне та резистивне навантаження. Підсилювач потужності забезпечує вихід змінного струму, завдяки цьому імпеданс динаміка є критичним фактором для належної передачі потужності.

Опір - це ефективний опір електронної схеми або компонента змінного струму, який виникає внаслідок поєднаних ефектів, пов'язаних з омічним опором та реактивним опором.

В аудіоелектроніці різні типи гучномовців доступні з різною потужністю з різним опором. Опір динаміка можна найкраще зрозуміти, використовуючи співвідношення між потоком води всередині труби. Просто подумайте про гучномовець як про водопровід, вода, що протікає по трубі, є змінним звуковим сигналом. Тепер, якщо труба стала більше в діаметрі, вода буде легко протікати по трубі, об’єм води буде більшим, а якщо зменшити діаметр, то менше води буде протікати через трубу, тому об’єм води буде нижній. Діаметр - це ефект, створюваний омічним опором і реактивним опором. Якщо труба збільшується в діаметрі, опір буде низьким,так що динамік може отримати більше потужності, а підсилювач забезпечить більше сценарію передачі потужності, і якщо імпеданс стане високим, то підсилювач буде забезпечувати меншу потужність динаміка.

Є різні варіанти вибору, а також різні сегменти колонок доступні на ринку, як правило, з 4 Ом, 8 Ом, 16 Ом і 32 Ом, з яких АС 4 і 8 Ом широко доступні за низькими цінами. Крім того, ми повинні розуміти, що підсилювачем потужністю 5 Вт, 6 Вт або 10 Вт і навіть більше є середньоквадратична потужність (середня квадратична квадратична потужність), що подається підсилювачем на певне навантаження при постійній роботі.

Отже, нам слід бути обережними щодо рейтингу динаміків, рейтингу підсилювача, ефективності динаміка та імпедансу.

Побудова простого підсилювача на 40 Вт

У наших попередніх підручниках ми виготовили підсилювач потужністю 10 Вт, використовуючи Op-amp і силові транзистори, а також сконструювали підсилювач на 25 Вт за допомогою TDA2040. Але для цього підручника ми створимо підсилювач потужності потужністю 40 Вт, який буде керувати динаміком опору 4 Ом. Ми будемо використовувати той самий TDA2040, який використовувався в підсилювачі потужності 25 Вт, але для отримання вихідної потужності 40 Вт ми використаємо додаткові силові транзистори.

На зображенні вище показано TDA2040. Він доступний у більшості загальних інтернет-магазинів, а також на eBay. Пакет називається пакет " Пентаватт " з 5 вихідними штифтами. Діаграма розписування досить проста і доступна в таблиці,

Вкладка підключена до виводу 3 або –Vs (негативне джерело живлення). Не кажучи вже про те, що радіатор, підключений до вкладки, також отримує те саме підключення.

Якщо ми перевіримо таблицю даних, ми також зможемо побачити особливості цієї мікросхеми підсилювача потужності

Характеристики ІС досить непогані. Він забезпечує захист від короткого замикання на землю. Крім того, термозахист забезпечить додаткові функції безпеки через перевантаження. Як ми бачимо, TDA2040 здатний забезпечити вихідну потужність 25 Вт на навантаження 4 Ом, якщо підключений розділений блок живлення з виходом +/- 17 В. У такому випадку THD (загальне гармонійне спотворення) становитиме 0,5%. У тій же конфігурації, якщо ми отримаємо вихідну потужність 30 Вт, коефіцієнт THD стане 10%.

Крім того, у таблиці даних є інший графік, який забезпечує співвідношення між напругою живлення та вихідною потужністю.

Якщо ми бачимо графік, ми можемо досягти вихідної потужності понад 26 Вт, якщо використаємо розділений блок живлення з вихідною потужністю понад 15 В.

Отже, як ми вже бачили, що можна досягти постійної потужності 25 Вт завдяки TDA2040. Але ми хочемо зробити підсилювач потужності 40 Вт. Отже, ці додаткові 15 Вт, нам потрібно додати два силові транзистори NPN і PNP, щоб забезпечити додаткове посилення та вихідну потужність через гучномовець 4 Ом.

Щоб досягти цього додаткового посилення потужності, ми використали транзистори BD712 та BD711, що відповідають парі. Обидва транзистори доступні в упаковці TO-220C.

Діаграма контактів BD711 та BD712 така

Для ідеальної роботи без компрометації THD нам потрібен блок живлення 36 В для досягнення потужності 40 Вт. Хоча цю схему можна живити від 15 В до 40 В постійного струму.

Необхідні компоненти

Для побудови схеми нам потрібні наступні компоненти -

Дошка Vero (пунктирною або підключеною може бути будь-яка людина)
Паяльник
Дріт для припою
Щипці та інструмент для зняття дроту
Провід
Алюмінієвий радіатор KS-58
36 В Одиночне джерело живлення
Динамік 4 Ом 40 Вт
4 шт. 1.5R резистор 1/2 Вт резистори
4шт 100k резистор 1/4 ^й Вт
12k резистор
Резистор 1R з потужністю 2 Вт
Конденсатор 470 нФ
Конденсатор 100 мкФ
TDA2040
1N4148 Діод два шт
Конденсатор 220 нФ
Конденсатор 2200 мкФ
Конденсатор 4,7 мкФ
Пара транзисторів BD711 і BD712.

Принципова схема та пояснення

Принципово - 40-ватний підсилювач звуку досить простий; TDA2040 підсилює сигнал і забезпечує середньоквадратичну потужність 25 Вт. Додаткове підсилення потужності здійснюється за допомогою пар транзисторів BD711 і BD712. Вхідний конденсатор 470nF є блокуючим конденсатором постійного струму, який дозволить лише пройти сигнал змінного струму. Однією з основних речей є окрема напруга харчування Оскільки підсилювач живиться від одного джерела живлення, вхідний сигнал потрібно підняти вище кількох вольт, щоб підсилювач міг посилити сигнал як в позитивному, так і в негативному піку. Резистори R6, R9 і R7, R8 забезпечують напругу зміщення на силові транзистори та підсилювачі потужності. R10 і C5 - це схема затискача або затискача RC для захисту підсилювача від величезного індуктивного навантаження гучномовця.

Тестування схеми підсилювача 40 Вт

Ми використовували інструменти моделювання Proteus для перевірки виходу схеми; ми виміряли вихід у віртуальному осцилографі. Ви можете переглянути повне демонстраційне відео, подане нижче.

Ми живимо схему з використанням 36 В постійного струму, і вхідний синусоїдальний сигнал подається. Осцилограф підключений через вихід проти навантаження 4 Ом на канал A (жовтий) і вхідний сигнал, підключений через канал B (синій).

Ми можемо побачити вихідну різницю між вхідним сигналом і посиленим виходом у відео: -

Крім того, ми перевірили вихідну потужність, потужність підсилювача сильно залежить від багатьох речей, як обговорювалося раніше. Це сильно залежить від імпедансу динаміка, ефективності акустичної системи, ефективності підсилювача, конструкційних топологій, загальних гармонічних спотворень тощо. Ми не могли розглянути або розрахувати всі можливі фактори, які створюють залежності потужності підсилювача. Схема реального життя відрізняється від моделювання, оскільки під час перевірки чи тестування результату необхідно враховувати багато факторів.

Розрахунок потужності підсилювача

Ми використовували просту формулу для розрахунку потужності підсилювача -

Потужність підсилювача = V ² / R

Ми підключили мультиметр змінного струму через вихід. Напруга змінного струму, показана в мультиметрі, є піковою до пікової напруги змінного струму.

Ми подали дуже низькочастотний синусоїдальний сигнал 200 Гц. Як і на низькій частоті, підсилювач буде подавати більше струму на навантаження, і мультиметр зможе правильно визначати змінну напругу.

Мультиметр показував + 12,5 В змінного струму. Отже, згідно з формулою, вихід підсилювача потужності при навантаженні 4 Ом становить

Підсилювач Потужність = 12,5 ² /4 підсилювач Потужність = 39,06 (40W приблизно)

Що слід пам’ятати при побудові підсилювача на 40 Вт

При побудові схеми підсилювач потужності TDA2040 потрібно правильно підключити до радіатора. Більший радіатор забезпечує кращий результат. Крім того, для кращого результату добре використовувати конденсатори типу коробки типу аудіо.

Завжди хорошим вибором є використання друкованих плат для аудіозаписів. Найкращий спосіб побудови друкованої плати - це посилання на рекомендації виробника мікросхеми.

Зробіть звукові сигнали якомога коротшими, щоб зменшити небажане з'єднання шуму.
Силові транзистори повинні бути підключені до належних радіаторів. Можна використовувати радіатор серії KS-58.
Не використовуйте жодного великого радіатора та не зафіксуйте TDA2040, BD711 та BD712. Використовуйте окремі радіатори для окремих компонентів, інакше виникнуть умови короткого замикання.
Будьте обережні щодо потужності динаміка, інакше динамік може бути спалений, а також пошкоджений.
Не знімайте затискач або щуп, це дуже важливо для безпеки силових транзисторів та підсилювача потужності.
Не застосовуйте великий посилений сигнал до підсилювача, THD збільшиться.