40-vatni avdio ojačevalnik z uporabo tda2040 in tranzistorskega para

Ojačevalnik moči je del zvočne elektronike. Zasnovan je tako, da maksimira velikost moči 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 ojačevalnika IC TDA2040 z ojačevalnikom moči TDA2040 in dvema močnostnima tranzistorjema z zvočnikom impedance 4 Ohmov priklopili 40W 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 40W ojačevalnika

V naših prejšnjih vajah smo izdelali 10-vatni ojačevalnik z opcijskim ojačevalnikom in močnostnimi tranzistorji, izdelali pa smo tudi 25-vatni ojačevalnik s pomočjo TDA2040. Toda za to vadnico bomo izdelali 40 W ojačevalnik, ki bo poganjal zvočnik impedance 4 Ohmov. Uporabili bomo isti TDA2040, ki je bil uporabljen v 25- vatnem ojačevalniku moči, vendar bomo za izhodno moč 40 W uporabili dodatne močnostne tranzistorje.

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.

Kot smo že videli, je mogoče s TDA2040 doseči neprekinjeno moč 25 W. Želimo pa narediti 40-vatni ojačevalnik moči. Torej, teh dodatnih 15 vatov moramo dodati dva močna tranzistorja NPN in PNP, da zagotovimo dodatno ojačanje in izhodno moč preko 4 ohmskega zvočnika.

Da bi dosegli to dodatno ojačanje moči, smo uporabili izenačeni parni tranzistor BD712 in BD711 močnostni tranzistor. Oba tranzistorja sta na voljo v paketu TO-220C.

Shema pin out BD711 in BD712 je

Za popolno delovanje brez ogroženosti THD potrebujemo napajalnik 36 V, da dosežemo 40 W moči. Čeprav se to vezje lahko napaja s 15V do 40VDC.

Zahtevane komponente

Za konstrukcijo vezja potrebujemo naslednje komponente -

1. Vero plošča (lahko se uporabi pikčasto ali povezano s kom)
2. Spajkalnik
3. Spajkalna žica
4. Orodje za odstranjevanje kosil in žic
5. Žice
6. Hladilnik iz aluminija KS-58
7. 36V enojno napajanje
8. 4 Ohmov 40 W zvočnik
9. 4 kos upori 1,5R uporov 1/2 W
10. 4pcs 100k upor 1/4 ^th Watt
11. 12k upor
12. Upor 1R z močjo 2 W
13. 470nF kondenzator
14. Kondenzator 100uF
15. TDA2040
16. 1N4148 Dioda dva kos
17. 220nF kondenzator
18. 2200uF kondenzator
19. 4.7uF kondenzator
20. BD711 in BD712 Tranzistorski par.

Shema vezja in razlaga

Shema je 40-vatni avdio ojačevalnik precej preprost; TDA2040 ojačuje signal in zagotavlja 25 W RMS moči. Dodatno ojačanje moči se izvede z uporabo tranzistorskih parov BD711 in BD712. Vhodni kondenzator 470nF je enosmerni blokirni kondenzator, ki bo dovoljeval le izmenični signal. Ena glavnih stvari je enojna napajalna napetost. Ker se ojačevalnik napaja z enim samim napajalnikom, je treba vhodni signal dvigniti nad nekaj voltov, da lahko ojačevalnik ojača signal v pozitivnem in negativnem vrhu. Upori R6, R9 in R7, R8 zagotavljajo napajalno napetost močnostnim tranzistorjem in ojačevalnikom moči. R10 in C5 sta snubber ali RC vpenjalno vezje za zaščito ojačevalnika pred velikimi induktivnimi obremenitvami zvočnika.

Testiranje 40-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 s 36VDC in zagotovljen je vhodni sinusni signal. Osciloskop je povezan prek izhoda z obremenitvijo 4 ohmov na kanalu A (rumena) in vhodni signal, povezan prek 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.

Zagotovili smo zelo nizkofrekvenčni sinusoidni signal 200Hz. Tako kot pri nizkih frekvencah bo ojačevalnik obremenjeval več toka, multimeter pa bo lahko pravilno zaznal izmenično napetost.

Multimeter je pokazal + 12,5V AC. Torej, v skladu s formulo je izhod ojačevalnika moči pri obremenitvi 4 Ohm

Ojačevalnik Moč = 12,5 ² /4 ojačevalnik Moč = 39,06 (40W približno)

Stvari, ki si jih je treba zapomniti pri izdelavi 40w ojačevalnika

Pri konstruiranju 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.

1. Sledovi zvočnega signala naj bodo čim krajši, da se zmanjša neželena povezava hrupa.
2. Močnostni tranzistorji morajo biti povezani z ustreznimi hladilniki. Lahko se uporablja hladilnik serije KS-58.
3. Ne uporabljajte niti enega velikega hladilnika in popravite TDA2040, BD711 in BD712. Za ločene komponente uporabite ločene hladilnike, sicer pride do kratkega stika.
4. Bodite previdni glede moči zvočnika, sicer lahko zvočnik opečete in poškodujete.
5. Ne odstranjujte vpenjalnega ali snuber vezja, to je zelo pomembno za varnost močnostnih tranzistorjev in ojačevalnika moči.
6. V ojačevalnik ne uporabljajte velikega ojačenega signala, THD se bo povečal.