25-ватова аудио усилвателна схема, използваща tda2040

Усилвателите са гръбнакът на аналоговата електроника. Те се използват широко в областта на електронната индустрия. Усилвателите се използват почти във всички приложения, свързани със звука.

Усилвателят на мощност е част от аудио електрониката. Той е проектиран да максимизира величината на мощността f даден входен сигнал. В звуковата електроника операционният усилвател увеличава напрежението на сигнала, но не може да осигури тока, необходим за задвижване на товара. В този урок ще изградим 25W усилвател, използвайки TDA2040 IC усилвател на мощност с импедансен високоговорител 4 ома, свързан към него.

Строителна топология на усилвателите

В усилвателна верижна система усилвателят на мощност се използва на последния или последния етап преди натоварването. Обикновено системата за усилвател на звука използва по-долу топология, показана на блок-схемата

Както можете да видите в горната блок-схема, усилвателят на мощност е последният етап, който е директно свързан с товара. Като цяло, преди усилвателя на мощността, сигналът се коригира с помощта на предварителни усилватели и усилватели за управление на напрежението. Също така, в някои случаи, когато е необходим контрол на тона, схемата за управление на тона се добавя преди усилвателя на мощността.

Знайте своя товар

В случай на аудио усилвателна система, натоварването и товароносимостта на усилвателя е важен аспект в конструкцията. Най- голямо натоварване за усилвател на мощност е високоговорител. Изходът на усилвателя на мощност зависи от импеданса на товара, така че свързването на неподходящ товар може да компрометира ефективността на усилвателя на мощност, както и стабилността.

Високоговорителят е огромен товар, който действа като индуктивен и резистивен товар. Усилвателят на мощност осигурява AC изход, поради което импедансът на високоговорителя е критичен фактор за правилния трансфер на мощност.

Импедансът е ефективното съпротивление на електронна схема или компонент за променлив ток, което произтича от комбинираните ефекти, свързани с омично съпротивление и реактивно съпротивление.

В аудио електрониката се предлагат различни видове високоговорители с различна мощност с различен импеданс. Импедансът на високоговорителя може да се разбере най-добре, като се използва връзката между водния поток вътре в тръба. Просто си представете високоговорителя като водопровод, водата, преминаваща през тръбата, е променливият аудио сигнал. Сега, ако тръбата стане с по-голям диаметър, водата лесно ще тече през тръбата, обемът на водата ще бъде по-голям и ако намалим диаметъра, толкова по-малко вода ще тече през тръбата, така че обемът на водата ще бъде нисък. Диаметърът е ефектът, създаден от омичното съпротивление и реактивно съпротивление. Ако тръбата стане по-голяма в диаметър, импедансът ще бъде нисък,така високоговорителят може да получи повече мощност, а усилвателят осигурява повече сценарий за прехвърляне на мощност и ако импедансът стане висок, усилвателят ще осигури по-малко енергия на високоговорителя.

Има различни възможности за избор, както и различни сегменти високоговорители се предлагат на пазара, обикновено с 4 ома, 8 ома, 16 ома и 32 ома, от които 4 и 8 ома високоговорители са широко достъпни на ниски цени. Също така трябва да разберем, че усилвател с 5 вата, 6 вата или 10 вата или дори повече е RMS (корен среден квадрат) мощност, доставяна от усилвателя до определен товар при непрекъсната работа.

Така че, трябва да бъдем внимателни относно рейтинга на високоговорителите, рейтинга на усилвателя, ефективността на високоговорителите и импеданса.

Изграждане на прост 25W усилвател

В предишните ни уроци направихме усилвател от 10 вата, използвайки Op-усилвател и силов транзистор. Но за този урок ще изградим 25W усилвател на мощност, който ще задвижва високоговорител с импеданс от 4 ома. За това ще използваме специфична IC усилвател на мощност. Избрахме TDA2040 IC усилвател на мощност.

На горното изображение е показан TDA2040. Той е достъпен в повечето родови онлайн магазини, както и в eBay. Пакетът се нарича „ Pentawatt “ пакет с 5 изходни щифта. Диаграмата на пиновете е доста проста и е налична в листа с данни,

Разделът е свързан към щифт 3 или –Vs (отрицателен източник на захранване). Да не говорим, радиаторът, свързан с раздела, също получава същата връзка.

Ако проверим листа с данни, можем да видим и характеристиките на този IC усилвател на мощност

Характеристиките на IC са доста добри. Той осигурява защита от късо съединение на земята. Също така, термичната защита ще осигури допълнителни функции за безопасност поради състояние на претоварване. Както можем да видим, TDA2040 е способен да осигури 25W мощност при натоварване от 4 ома, ако е свързано разделено захранване с +/- 17V изход. В такъв случай THD (Total Harmonic Distortion) ще бъде 0,5%. В същата конфигурация, ако получим мощност от 30 вата, THD ще стане 10%.

Също така в листа с данни има друга графика, която осигурява връзката между захранващото напрежение и изходната мощност.

Ако видим графиката, можем да постигнем повече от 26Watt изходна мощност, ако използваме разделено захранване с повече от 15V изход. Така че, нека да направим усилвателя на мощност да работи с 4 ома импеданс високоговорител при 25Watt, без да компрометира THD.

Необходими компоненти

За да изградим веригата, се нуждаем от следните компоненти -

Vero дъска (пунктирана или свързана всеки може да се използва)
Пояло
Тел за запояване
Инструмент за отстраняване на щипки и тел
Кабели
Алуминиев радиатор
Захранване от релса към релса с напрежение + 17V GND -17V
Високоговорител 4 ома 25 вата
4.7R резистор 1/2 вата
680R Резистор 1/4 ^ия Watt
22k резистор
10k резистор
Кондензатор 100nF /.1uF 4бр
22uF кондензатор
TDA2040

Схема и обяснение на 25-ватовия аудио усилвател

Схемата за аудио усилвател с мощност 25 вата е доста проста; TDA2040 усилва сигнала и осигурява 25 Watt RMS мощност на високоговорителя с 4 ома. C4 и C5, използвани като разединителен кондензатор на филтъра. C1 и R1 действат като филтър. R2, R3 и C2 осигуряват необходимата обратна връзка на усилвателя. R4 и C3 са снубер веригата за затягане на обратната връзка от индуктивния товар (Loud Speaker).

Тестване на 25-ватова схема на усилвателя

Използвахме инструменти за симулация на proteus, за да проверим изхода на веригата; измерихме изхода във виртуалния осцилоскоп. Можете да проверите пълното демонстрационно видео, дадено по-долу

Захранваме веригата, използвайки +/- 17V и е осигурен входният синусоидален сигнал. Осцилоскопът е свързан през изхода срещу натоварване от 4 ома на канал A (жълт) и входният сигнал е свързан през канал B (син).

Можем да видим разликата в изхода между входния сигнал и усиления изход във видеото: -

Също така проверихме изходната мощност, мощността на усилвателя силно зависи от множество неща, както беше обсъдено по-рано. Силно зависи от импеданса на високоговорителя, ефективността на високоговорителя, ефективността на усилвателя, конструктивните топологии, общите хармонични изкривявания и т.н. Схемата в реалния живот е различна от симулацията, защото са необходими много фактори, за да се вземат предвид при проверка или тестване на изхода.

Изчисляване на мощността на усилвателя

Използвахме проста формула за изчисляване на мощността на усилвателя -

Мощност на усилвателя = V ² / R

Свързахме AC мултиметър през изхода. Променливотоково напрежение, показано в мултиметъра, е пиково до пиково променливо напрежение.

Предоставихме много нискочестотен синусоидален сигнал от няколко 25-50Hz. Както при ниските честоти, усилвателят ще подава повече ток към товара и мултиметърът ще може да открие правилно променливото напрежение.

Мултиметърът показа + 10,1V AC. Така че, съгласно формулата, изходът на усилвателя на мощност при натоварване от 4 ома е

Усилвател Мощност = 10.1 ² /4 усилвател Мощност = 25.50 (25W приблизително)

Неща, които трябва да запомните, докато конструирате 25w усилвател

При изграждането на веригата усилвателят на мощност TDA2040 трябва да бъде свързан правилно с радиатора. По-големият радиатор осигурява по-добър резултат. Също така е добре да използвате кондензатори тип кутия с аудио клас за по-добър резултат.

Винаги е добър избор да използвате PCB за приложение, свързано с аудио. Най-добрият начин за конструиране на печатни платки е чрез позоваване на указанията на производителя на IC. В таблицата с данни на TDA2040 има референтен дизайн на печатни платки.

На горното изображение е показана примерна схема с оформление на печатни платки. По-добре е да се придържате към референтното оформление и то в съотношение 1: 1. Това ще намали шумовото свързване на изхода.

Също така, опитайте се да използвате 4 ома високоговорител с по-висока ефективност с подходяща мощност, за да шофирате с този усилвател на мощност.