- Konstrukcijska topologija ojačevalnikov
- Spoznajte svojo obremenitev
- Izdelava enostavnega 25W ojačevalnika
- Zahtevane komponente
- Shema in razlaga avdio ojačevalnika z močjo 25 W
- Testiranje 25-vatnega ojačevalnega vezja
- Izračun moči ojačevalnika
- Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 25w ojačevalnika
Ojačevalci so hrbtenica analogne elektronike. Veliko se uporabljajo na področju elektronske industrije. Ojačevalniki se uporabljajo skoraj v vseh aplikacijah, povezanih z zvokom.
Ojačevalnik moči je del zvočne elektronike. Zasnovan je tako, da maksimira velikost moči f danega vhodnega signala. V zvočni elektroniki operacijski ojačevalnik poveča napetost signala, vendar ne more zagotoviti toka, ki je potreben za pogon bremena. V tej vadnici bomo z uporabo TDA2040 IC ojačevalnika z vgrajenim 4-omskim impedančnim zvočnikom izdelali 25W ojačevalnik.
Konstrukcijska topologija ojačevalnikov
V ojačevalnem verižnem sistemu se ojačevalnik moči uporablja v zadnji ali zadnji fazi pred obremenitvijo. Na splošno sistem ojačevalnika zvoka uporablja spodnjo topologijo, prikazano v blokovnem diagramu
Kot lahko vidite na zgornjem blokovnem diagramu, je ojačevalec zadnja stopnja, ki je neposredno povezana z obremenitvijo. Na splošno se pred ojačevalnikom moči signal popravi z ojačevalniki predojačevalnikov in napetostnih kontrol. V nekaterih primerih, kjer je potreben nadzor tona, je pred ojačevalnikom moči dodano vezje za nadzor tona.
Spoznajte svojo obremenitev
V primeru avdio ojačevalnega sistema sta obremenitev in nosilnost ojačevalnika pomemben vidik pri gradnji. Velika obremenitev za napajanje ojačevalnika je zvočnik. Izhod ojačevalnika moči je odvisen od impedance obremenitve, zato lahko priključitev neprimerne obremenitve ogrozi učinkovitost ojačevalnika moči in stabilnost.
Zvočnik je velika obremenitev, ki deluje kot induktivna in uporovna obremenitev. Ojačevalnik daje izmenični izhod, zato je impedanca zvočnika ključni dejavnik za pravilen prenos moči.
Impedanca je efektivna upornost elektronskega vezja ali komponente za izmenični tok, ki izhaja iz skupnih učinkov, povezanih z ohmično upornostjo in reaktanco.
V zvočni elektroniki so na voljo različne vrste zvočnikov z različno močjo z različno impedanco. Impedanco zvočnika lahko najbolje razumemo z razmerjem med pretokom vode znotraj cevi. Zamislite si zvočnik kot vodovodno cev, voda, ki teče skozi cev, je izmenični zvočni signal. Zdaj, če je cev postala večjega premera, bo voda zlahka tekla skozi cev, količina vode bo večja, in če zmanjšamo premer, bo manj vode teklo skozi cev, tako da bo količina vode nižje. Premer je učinek, ki ga ustvarjata ohmična upornost in reaktanca. Če se premer cevi poveča, bo impedanca majhna,tako lahko zvočnik dobi več moči, ojačevalnik pa nudi več scenarija prenosa moči in če se impedanca poveča, bo ojačevalnik zvočniku zagotavljal manj energije.
Obstajajo različne izbire, pa tudi različni segmenti zvočnikov so na voljo na trgu, običajno s 4 ohmi, 8 ohmi, 16 ohmi in 32 ohmi, od katerih so zvočniki 4 in 8 ohmov široko dostopni po ugodnih cenah. Razumeti moramo tudi, da je ojačevalnik z močjo 5 W, 6 W ali 10 W ali več celo RMS (Root Mean Square) moč, ki jo ojačevalnik v neprekinjenem delovanju oddaja določeni obremenitvi.
Torej, moramo biti previdni glede ocene zvočnikov, ocene ojačevalnika, učinkovitosti zvočnika in impedance.
Izdelava enostavnega 25W ojačevalnika
V naših prejšnjih vajah smo z ojačevalnikom Op-amp in močnostnim tranzistorjem izdelali 10W ojačevalnik. Toda za to vadnico bomo izdelali 25 W ojačevalnik, ki bo poganjal 4-omski impedančni zvočnik. Za to bomo uporabili specifičen IC ojačevalnika moči. Izbrali smo IC ojačevalnika moči TDA2040.
Na zgornji sliki je prikazan TDA2040. Na voljo je v večini splošnih spletnih trgovin in tudi na eBayu. Paket se imenuje paket " Pentawatt " s 5 izhodnimi nožicami. Diagram pinout je precej preprost in na voljo v obrazcu,
Jeziček je priključen na zatič 3 ali –Vs (negativni vir napajanja). Da ne omenjam, da ima tudi hladilnik, povezan z jezičkom, enako povezavo.
Če preverimo podatkovni list, lahko vidimo tudi lastnosti tega IC ojačevalnika moči
Značilnosti IC so dokaj dobre. Zagotavlja zaščito kratkega stika na tla. Tudi toplotna zaščita bo zaradi preobremenitve prinesla dodatne varnostne funkcije. Kot lahko vidimo, je TDA2040 sposoben zagotoviti 25W moči pri obremenitvi 4 Ohma, če je priključen deljeni napajalnik z izhodom +/- 17V. V tem primeru bo THD (Total Harmonic Distortion) 0,5%. Če dobimo izhodno moč 30 W, bo v isti konfiguraciji THD postal 10%.
V podatkovnem listu je tudi še en graf, ki prikazuje razmerje med napajalno napetostjo in izhodno močjo.
Če vidimo graf, lahko dosežemo več kot 26 W izhodne moči, če uporabimo deljeno napajanje z več kot 15 V izhodne moči. Torej, naj ojačevalnik deluje s 4-omskim impedančnim zvočnikom pri 25 W, ne da bi pri tem ogrozil THD.
Zahtevane komponente
Za konstrukcijo vezja potrebujemo naslednje komponente -
- Vero plošča (lahko se uporabi pikčasto ali povezano s kom)
- Spajkalnik
- Spajkalna žica
- Orodje za odstranjevanje kosil in žic
- Žice
- Hladilnik iz aluminija
- Napajanje od 17V do železnice z napajalnim tirom + 17V GND -17V
- 4 Ohmov 25 W zvočnik
- 4.7R upor 1/2 W
- 680R upor 1/4 th Watt
- 22k upor
- 10k upor
- 100nF /.1uF kondenzator 4 kos
- 22uF kondenzator
- TDA2040
Shema in razlaga avdio ojačevalnika z močjo 25 W
Shema za 25-vatni avdio ojačevalnik je precej preprosta; TDA2040 ojačuje signal in zagotavlja 25-vatno efektivno moč na 4 ohmski zvočnik. C4 in C5 se uporabljata kot ločevalni kondenzator filtra. C1 in R1 delujeta kot filter. R2, R3 in C2 zagotavljajo potrebne povratne informacije o ojačevalniku. R4 in C3 sta snubber vezje za vpenjanje povratnih informacij od induktivne obremenitve (glasni zvočnik).
Testiranje 25-vatnega ojačevalnega vezja
Za preverjanje izhoda vezja smo uporabili simulacijska orodja proteus; izmerili smo izhod v virtualnem osciloskopu. Ogledate si lahko celotni predstavitveni video spodaj
Vezje napajamo z +/- 17V in vhodni sinusni signal je zagotovljen. Osciloskop je povezan prek izhoda z obremenitvijo 4 ohmov na kanalu A (rumena), vhodni signal pa preko kanala B (modra).
Izhodno razliko med vhodnim signalom in ojačanim izhodom lahko vidimo v videu: -
Preverili smo tudi izhodno moč, moč ojačevalnika je zelo odvisna od več stvari, kot smo že omenili. Zelo je odvisna od impedance zvočnika, učinkovitosti zvočnika, učinkovitosti ojačevalnika, konstrukcijskih topologij, skupnih harmonskih popačenj itd. Nismo mogli upoštevati ali izračunati vseh možnih dejavnikov, ki ustvarjajo odvisnosti moči ojačevalnika. Vezje v resničnem življenju se razlikuje od simulacije, ker je treba med preverjanjem ali preskušanjem izhoda upoštevati številne dejavnike.
Izračun moči ojačevalnika
Za izračun moči ojačevalnika smo uporabili preprosto formulo -
Moč ojačevalnika = V 2 / R
Čez izhod smo priključili večmeter AC. Izmerjena izmenična napetost v multimetru je najvišja do najvišja izmenična napetost.
Posredovali smo zelo nizkofrekvenčni sinusoidni signal z nekaj 25-50Hz. Tako kot pri nizkih frekvencah bo ojačevalnik obremenjeval več toka, multimeter pa bo lahko pravilno zaznal izmenično napetost.
Multimeter je pokazal + 10,1V AC. Torej, v skladu s formulo je izhod ojačevalnika moči pri obremenitvi 4 Ohm
Ojačevalnik Moč = 10,1 2 /4 ojačevalnik Moč = 25,50 (25W približno)
Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 25w ojačevalnika
Pri izdelavi vezja mora biti ojačevalnik moči TDA2040 pravilno povezan s hladilnikom. Večji hladilnik zagotavlja boljši rezultat. Za boljši rezultat je dobro uporabiti tudi avdio ocenjene kondenzatorje.
Vedno je dobra izbira za uporabo tiskanega vezja za avdio programe. Najboljši način za izdelavo tiskanega vezja je sklicevanje na smernice proizvajalca IC. V podatkovnem listu TDA2040 je naveden referenčni načrt PCB.
Na zgornji sliki je prikazano vzorčno vezje s postavitvijo PCB. Bolje je, da se držite referenčne postavitve in je v razmerju 1: 1. Zmanjšal bo povezavo hrupa na izhodu.
Za vožnjo s tem ojačevalnikom poskusite uporabiti 4 ohmske zvočnike z večjo učinkovitostjo z ustrezno močjo.