Схема усилителя звука мощностью 25 Вт с использованием tda2040

Усилители - это основа аналоговой электроники. Они широко используются в электронной промышленности. Усилители используются почти во всех приложениях, связанных со звуком.

Усилитель мощности входит в состав аудиоэлектроники. Он разработан, чтобы максимизировать величину мощности f заданного входного сигнала. В звуковой электронике операционный усилитель увеличивает напряжение сигнала, но не может обеспечить ток, необходимый для управления нагрузкой. В этом уроке мы построим усилитель мощностью 25 Вт с использованием микросхемы усилителя мощности TDA2040 с подключенным к нему динамиком с сопротивлением 4 Ом.

Топология конструкции для усилителей

В усилителе системы цепи, усилитель мощности используется на последней или конечной стадии перед нагрузкой. Как правило, система усилителя звука использует топологию ниже, показанную на блок-схеме.

Как вы можете видеть на приведенной выше блок-схеме, усилитель мощности - это последний каскад, который напрямую подключен к нагрузке. Как правило, перед усилителем мощности сигнал корректируется с помощью предварительных усилителей и усилителей управления напряжением. Кроме того, в некоторых случаях, когда требуется регулировка тембра, схема регулировки тембра добавляется перед усилителем мощности.

Знай свою нагрузку

В случае системы аудиоусилителя нагрузка и управляемая нагрузка усилителя являются важным аспектом в конструкции. Основная нагрузка для усилителя мощности является динамиком. Выход усилителя мощности зависит от импеданса нагрузки, поэтому подключение неподходящей нагрузки может снизить эффективность усилителя мощности, а также его стабильность.

Громкоговоритель - это огромная нагрузка, которая действует как индуктивная и резистивная нагрузка. Усилитель мощности обеспечивает выход переменного тока, поэтому сопротивление динамика является критическим фактором для правильной передачи мощности.

Импеданс - это эффективное сопротивление электронной схемы или компонента для переменного тока, которое возникает в результате комбинированных эффектов, связанных с омическим сопротивлением и реактивным сопротивлением.

В аудиоэлектронике доступны разные типы громкоговорителей разной мощности с разным импедансом. Импеданс динамика можно лучше всего понять, используя соотношение между потоком воды внутри трубы. Просто представьте громкоговоритель как водопроводную трубу, вода, протекающая по трубе, является переменным звуковым сигналом. Теперь, если труба стала больше в диаметре, вода будет легко течь по трубе, объем воды будет больше, а если мы уменьшим диаметр, тем меньше воды будет протекать по трубе, поэтому объем воды будет ниже. Диаметр - это эффект, создаваемый омическим сопротивлением и реактивным сопротивлением. Если диаметр трубы станет больше, сопротивление будет низким,Таким образом, динамик может получать большую мощность, а усилитель обеспечивает более высокий сценарий передачи мощности, и если сопротивление становится высоким, то усилитель будет обеспечивать динамик меньшей мощностью.

На рынке есть разные варианты, а также разные сегменты динамиков, обычно с 4 Ом, 8 Ом, 16 Ом и 32 Ом, из которых 4 и 8 Ом громкоговорители широко доступны по низким ценам. Кроме того, мы должны понимать, что усилитель мощностью 5 Вт, 6 Вт или 10 Вт или даже больше является среднеквадратичной мощностью, подаваемой усилителем на конкретную нагрузку в непрерывном режиме.

Итак, мы должны быть осторожны с рейтингом динамиков, рейтингом усилителя, эффективностью динамика и импедансом.

Конструкция простого усилителя мощностью 25 Вт

В наших предыдущих уроках мы сделали усилитель мощностью 10 Вт, используя операционный усилитель и силовой транзистор. Но для этого урока мы построим усилитель мощности мощностью 25 Вт, который будет управлять динамиком с сопротивлением 4 Ом. Для этого мы воспользуемся специальной микросхемой усилителя мощности. Мы выбрали микросхему усилителя мощности TDA2040.

На изображении выше показан TDA2040. Он доступен в большинстве обычных интернет-магазинов, а также на eBay. Корпус называется « Пентаватт » с 5 выходными выводами. Схема распиновки довольно проста и доступна в даташите,

Вкладка подключается к контакту 3 или –Vs (отрицательный источник питания). Не говоря уже о том, что радиатор, подключенный к вкладке, также имеет такое же соединение.

Если мы проверим техническое описание, мы также сможем увидеть особенности этой микросхемы усилителя мощности.

Характеристики микросхемы неплохие. Обеспечивает защиту от короткого замыкания на землю. Кроме того, тепловая защита обеспечивает дополнительные функции безопасности в случае перегрузки. Как мы видим, TDA2040 способен обеспечить выходную мощность 25 Вт на нагрузку 4 Ом, если подключен раздельный источник питания с выходом +/- 17 В. В таком случае THD (полное гармоническое искажение) будет 0,5%. В той же конфигурации, если мы получим выходную мощность 30 Вт, THD станет 10%.

Кроме того, в таблице данных есть еще один график, который показывает соотношение между напряжением питания и выходной мощностью.

Если мы увидим график, мы сможем достичь выходной мощности более 26 Вт, если будем использовать раздельный источник питания с выходным напряжением более 15 В. Итак, давайте заставим усилитель мощности работать с динамиком с сопротивлением 4 Ом и мощностью 25 Вт без ущерба для THD.

Необходимые компоненты

Для построения схемы нам понадобятся следующие компоненты:

Доска Vero (может использоваться любой желающий с точками или подключением)
Паяльник
Припой провод
Кусачки и инструмент для зачистки проводов
Провода
Алюминиевый радиатор
Источник питания 17V Rail-to-Rail с силовой дорожкой + 17V GND -17V
Динамик 4 Ом, 25 Вт
Резистор 4.7R 1/2 Вт
680R Резистор 1/4 ^й Вт
Резистор 22к
Резистор 10к
Конденсатор 100nF /.1uF 4 шт.
Конденсатор 22 мкФ
TDA2040

Схема усилителя звука мощностью 25 Вт и пояснения

Схема усилителя звука мощностью 25 Вт довольно проста; TDA2040 усиливает сигнал и обеспечивает мощность 25 Вт RMS на громкоговоритель 4 Ом. C4 и C5 используются в качестве конденсатора развязывающего фильтра. C1 и R1 действуют как фильтр. R2, R3 и C2 обеспечивают необходимую обратную связь с усилителем мощности. R4 и C3 - это демпфирующая цепь для ограничения обратной связи от индуктивной нагрузки (громкоговоритель).

Тестирование схемы усилителя мощностью 25 Вт

Мы использовали инструменты моделирования Proteus, чтобы проверить выход схемы; мы измерили выходной сигнал в виртуальном осциллографе. Вы можете проверить полное демонстрационное видео, приведенное ниже

Мы запитываем схему с помощью +/- 17 В, и подается входной синусоидальный сигнал. Осциллограф подключается к выходу с нагрузкой 4 Ом на канал A (желтый), а входной сигнал подается на канал B (синий).

Мы можем видеть разницу между входным сигналом и усиленным выходом на видео: -

Кроме того, мы проверили выходную мощность, мощность усилителя сильно зависит от нескольких факторов, как обсуждалось ранее. Это сильно зависит от импеданса динамика, эффективности динамика, КПД усилителя, топологии конструкции, общих гармонических искажений и т. Д. Мы не могли учесть или вычислить все возможные факторы, которые создают зависимости в мощности усилителя. Реальная схема отличается от модели, потому что при проверке или тестировании выходных данных необходимо учитывать множество факторов.

Расчет мощности усилителя

Мы использовали простую формулу для расчета мощности усилителя -

Мощность усилителя = В ² / R

Мы подключили мультиметр переменного тока к выходу. Напряжение переменного тока, отображаемое на мультиметре, представляет собой размах переменного напряжения.

Мы обеспечили очень низкочастотный синусоидальный сигнал немногим 25-50 Гц. Как и в случае с низкой частотой, усилитель будет подавать больший ток на нагрузку, и мультиметр сможет правильно определять напряжение переменного тока.

Мультиметр показал + 10,1В переменного тока. Таким образом, по формуле выход усилителя мощности при нагрузке 4 Ом равен

Усилитель Мощность = 10,1 ² /4 Усилитель Мощность = 25,50 (25W приблизительно)

Что следует помнить при создании усилителя мощностью 25 Вт

При построении схемы усилитель мощности TDA2040 необходимо правильно соединить с радиатором. Радиатор большего размера обеспечивает лучший результат. Кроме того, для лучшего результата рекомендуется использовать конденсаторы коробчатого типа, рассчитанные на аудиосистему.

Всегда полезно использовать PCB для приложения, связанного со звуком. Лучший способ сконструировать печатную плату - обратиться к рекомендациям производителя микросхем. Эталонный дизайн печатной платы представлен в техническом описании TDA2040.

На изображении выше показан образец схемы с разводкой печатной платы. Лучше придерживаться эталонного макета, и он будет в соотношении 1: 1. Это уменьшит шумовую связь на выходе.

Кроме того, попробуйте использовать динамик с более высокой эффективностью на 4 Ом и соответствующей мощностью для работы с этим усилителем мощности.