Усилитель звука мощностью 40 Вт с использованием tda2040 и пары транзисторов

Усилитель мощности входит в состав звуковой электроники. Он разработан для максимального увеличения мощности 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 40 Вт с использованием микросхемы усилителя мощности TDA2040 и двух транзисторов мощности 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 40 Вт

В наших предыдущих уроках мы сделали усилитель мощностью 10 Вт с использованием операционного усилителя и силовых транзисторов, а также построили усилитель мощностью 25 Вт с использованием TDA2040. Но для этого урока мы построим усилитель мощности 40 Вт, который будет управлять динамиком с сопротивлением 4 Ом. Мы будем использовать тот же TDA2040, который используется в усилителе мощности на 25 Вт, но для получения выходной мощности 40 Вт мы будем использовать дополнительные транзисторы мощности.

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, как мы уже видели, с помощью TDA2040 можно достичь непрерывной выходной мощности 25 Вт. Но мы хотим сделать усилитель мощности на 40 Вт. Итак, эти дополнительные 15 ватт, нам нужно добавить два силовых транзистора NPN и PNP, чтобы обеспечить дополнительное усиление и выходную мощность через громкоговоритель 4 Ом.

Чтобы добиться этого дополнительного усиления мощности, мы использовали согласованную пару транзисторов BD712 и BD711 силовых транзисторов. Оба транзистора доступны в корпусе TO-220C.

Схема выводов BD711 и BD712:

Для безупречной работы без снижения THD нам нужен источник питания 36 В для достижения выходной мощности 40 Вт. Хотя эта схема может питаться от 15В до 40В постоянного тока.

Необходимые компоненты

Для построения схемы нам понадобятся следующие компоненты:

1. Доска Vero (может использоваться любой желающий с точками или подключением)
2. Паяльник
3. Припой провод
4. Кусачки и инструмент для зачистки проводов
5. Провода
6. Радиатор алюминиевый КС-58
7. 36 В, один источник питания
8. Динамик 4 Ом 40 Вт
9. 4 шт. Резистора 1.5R резисторы 1/2 Вт
10. 4шт 100k резистор 1/4 ^й Вт
11. Резистор 12к
12. Резистор 1R с номинальной мощностью 2 Вт
13. Конденсатор 470 нФ
14. Конденсатор 100 мкФ
15. TDA2040
16. 1N4148 Диод два шт.
17. Конденсатор 220 нФ
18. Конденсатор 2200 мкФ
19. 4,7 мкФ конденсатор
20. Пара транзисторов BD711 и BD712.

Принципиальная схема и объяснение

Схема усилителя звука на 40 Вт довольно проста; TDA2040 усиливает сигнал и обеспечивает среднеквадратичную мощность 25 Вт. Дополнительное усиление мощности осуществляется с помощью пар транзисторов BD711 и BD712. Входной конденсатор 470 нФ - это блокирующий конденсатор постоянного тока, который пропускает только сигнал переменного тока. Одна важная вещь - это единое напряжение питания. Поскольку усилитель питается от одного источника питания, входной сигнал должен быть выше нескольких вольт, чтобы усилитель мог усилить сигнал как в положительном, так и в отрицательном пике. Резисторы R6, R9 и R7, R8 подают напряжение смещения на силовые транзисторы и усилители мощности. R10 и C5 - это демпферная цепь или RC-зажим для защиты усилителя от огромной индуктивной нагрузки громкоговорителя.

Тестирование схемы усилителя мощностью 40 Вт

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

Мы запитываем схему напряжением 36 В постоянного тока, и подается входной синусоидальный сигнал. Осциллограф подключается к выходу с нагрузкой 4 Ом на канал A (желтый), а входной сигнал подключается к каналу 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 предоставили очень низкочастотный синусоидальный сигнал 200 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 + 12,5В переменного тока. Таким образом, по формуле выход усилителя мощности при нагрузке 4 Ом равен

Усилитель Мощность = 12,5 ² /4 Усилитель Мощность = 39,06 (40W приблизительно)

Что следует помнить при создании усилителя мощностью 40 Вт

При построении схемы усилитель мощности TDA2040 должен быть правильно подключен к радиатору. Радиатор большего размера обеспечивает лучший результат. Кроме того, для лучшего результата рекомендуется использовать конденсаторы коробчатого типа, рассчитанные на аудиосистему.

Всегда полезно использовать PCB для приложений, связанных со звуком. Лучший способ сконструировать печатную плату - обратиться к рекомендациям производителя микросхем.

1. Сделайте дорожки аудиосигнала как можно короче, чтобы уменьшить нежелательные помехи.
2. Силовые транзисторы должны быть подключены с соответствующими радиаторами. Можно использовать радиатор серии KS-58.
3. Не используйте один большой радиатор и зафиксируйте TDA2040, BD711 и BD712. Используйте отдельные радиаторы для отдельных компонентов, иначе возникнет короткое замыкание.
4. Будьте осторожны с мощностью динамика, иначе динамик может быть поврежден или сожжен.
5. Не снимайте зажим или демпферную цепь, это очень важно для безопасности силовых транзисторов и усилителя мощности.
6. Не подавайте сильный усиленный сигнал в усилитель, THD увеличится.