Κύκλωμα ενισχυτή ήχου 25 Watt με χρήση tda2040

Οι ενισχυτές είναι η ραχοκοκαλιά της αναλογικής ηλεκτρονικής. Χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό στον τομέα της ηλεκτρονικής βιομηχανίας. Οι ενισχυτές χρησιμοποιούνται σχεδόν σε όλες τις εφαρμογές που σχετίζονται με τον ήχο.

Ο ενισχυτής ισχύος είναι το μέρος των ηλεκτρονικών ήχου. Έχει σχεδιαστεί για να μεγιστοποιεί το μέγεθος της ισχύος που δίνεται σήμα εισόδου. Στα ηλεκτρονικά ήχου, ο λειτουργικός ενισχυτής αυξάνει την τάση του σήματος, αλλά δεν μπορεί να παράσχει το ρεύμα, το οποίο απαιτείται για την οδήγηση ενός φορτίου. Σε αυτό το σεμινάριο, θα δημιουργήσουμε έναν ενισχυτή 25W χρησιμοποιώντας το TDA2040 Power Amplifier IC με ένα ηχείο αντίστασης 4 Ohms συνδεδεμένο σε αυτό.

Τοπολογία κατασκευής για ενισχυτές

Σε ένα σύστημα αλυσίδας ενισχυτή, ο ενισχυτής ισχύος χρησιμοποιείται στο τελευταίο ή τελευταίο στάδιο πριν από το φορτίο. Γενικά, το σύστημα Sound Amplifier χρησιμοποιεί την παρακάτω τοπολογία που φαίνεται στο διάγραμμα μπλοκ

Όπως μπορείτε να δείτε στο παραπάνω διάγραμμα μπλοκ, το Power Amplifier είναι το τελευταίο στάδιο που συνδέεται άμεσα με το φορτίο. Γενικά, πριν από τον Ενισχυτή Ισχύος, το σήμα διορθώνεται χρησιμοποιώντας ενισχυτές Pre Amplifiers και Voltage. Επίσης, σε ορισμένες περιπτώσεις, όπου απαιτείται έλεγχος τόνου, το κύκλωμα ελέγχου τόνου προστίθεται πριν από τον Ενισχυτή ισχύος.

Γνωρίστε το φορτίο σας

Στην περίπτωση του συστήματος ενισχυτή ήχου, το φορτίο και η ικανότητα οδήγησης φορτίου του ενισχυτή είναι μια σημαντική πτυχή στην κατασκευή. Το κύριο φορτίο για έναν ενισχυτή ισχύος είναι το ηχείο. Η έξοδος του ενισχυτή ισχύος εξαρτάται από την αντίσταση φορτίου, οπότε η σύνδεση ενός ακατάλληλου φορτίου θα μπορούσε να θέσει σε κίνδυνο την απόδοση του ενισχυτή ισχύος καθώς και τη σταθερότητα.

Το δυνατό ηχείο είναι ένα τεράστιο φορτίο που λειτουργεί ως επαγωγικό και ανθεκτικό φορτίο. Ο ενισχυτής ισχύος παρέχει έξοδο AC, λόγω αυτού η αντίσταση του ηχείου είναι κρίσιμος παράγοντας για τη σωστή μεταφορά ισχύος.

Η αντίσταση είναι η αποτελεσματική αντίσταση ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος ή εξαρτήματος για εναλλασσόμενο ρεύμα, η οποία προκύπτει από τα συνδυασμένα εφέ που σχετίζονται με την ωμική αντίσταση και την αντίδραση.

Στα ηλεκτρονικά ήχου, διαφορετικοί τύποι ηχείων διατίθενται σε διαφορετική ισχύ με διαφορετική αντίσταση. Η αντίσταση των ηχείων μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητή χρησιμοποιώντας τη σχέση μεταξύ της ροής του νερού μέσα σε έναν σωλήνα. Απλώς σκεφτείτε το μεγάφωνο ως σωλήνα νερού, το νερό που ρέει μέσω του σωλήνα είναι το εναλλασσόμενο σήμα ήχου. Τώρα, εάν ο σωλήνας γίνει μεγαλύτερος σε διάμετρο, το νερό θα ρέει εύκολα μέσω του σωλήνα, ο όγκος του νερού θα είναι μεγαλύτερος και εάν μειώσουμε τη διάμετρο, τόσο λιγότερο νερό θα ρέει μέσω του σωλήνα, έτσι ο όγκος του νερού θα είναι πιο χαμηλα. Η διάμετρος είναι το αποτέλεσμα που δημιουργείται από την ωμική αντίσταση και την αντίδραση. Εάν ο σωλήνας μεγαλώσει σε διάμετρο, η σύνθετη αντίσταση θα είναι χαμηλή,έτσι το ηχείο μπορεί να πάρει περισσότερη ισχύ και ο ενισχυτής παρέχει περισσότερο σενάριο μεταφοράς ισχύος και εάν η αντίσταση αυξηθεί τότε ο ενισχυτής θα παρέχει λιγότερη ισχύ στο ηχείο.

Υπάρχουν διαφορετικές επιλογές, καθώς και διαφορετικό τμήμα ηχείων είναι διαθέσιμο στην αγορά, γενικά με 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms και 32 ohms, από τα οποία τα ηχεία 4 και 8 ohms είναι ευρέως διαθέσιμα σε φτηνές τιμές. Επίσης, πρέπει να καταλάβουμε ότι, ένας ενισχυτής με 5 Watt, 6 Watt ή 10 Watt ή ακόμα περισσότερο είναι η ισχύς RMS (Root Mean Square), που παραδίδεται από τον ενισχυτή σε ένα συγκεκριμένο φορτίο σε συνεχή λειτουργία.

Επομένως, πρέπει να είμαστε προσεκτικοί σχετικά με την βαθμολογία των ηχείων, την ένταση του ενισχυτή, την απόδοση των ηχείων και την αντίσταση.

Κατασκευή απλού ενισχυτή 25W

Στα προηγούμενα μαθήματά μας, δημιουργήσαμε ενισχυτή 10Watt χρησιμοποιώντας Op-amp και τρανζίστορ ισχύος. Αλλά για αυτό το σεμινάριο, θα δημιουργήσουμε έναν ενισχυτή ισχύος 25W που θα οδηγήσει ένα ηχείο σύνθετης αντίστασης 4 Ohms. Θα χρησιμοποιήσουμε συγκεκριμένο IC ενισχυτή ισχύος για αυτό. Επιλέξαμε το TDA2040 ενισχυτή ισχύος IC.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται το TDA2040. Είναι διαθέσιμο στα περισσότερα διαδικτυακά καταστήματα καθώς και στο eBay. Το πακέτο ονομάζεται πακέτο « Pentawatt » με 5 ακίδες εξόδου. Το διάγραμμα pinout είναι πολύ απλό και διαθέσιμο στο φύλλο δεδομένων,

Η καρτέλα συνδέεται με τον ακροδέκτη 3 ή το –Vs (Αρνητική πηγή τροφοδοσίας). Για να μην αναφέρουμε, το Heatsink που συνδέεται με την καρτέλα έχει επίσης την ίδια σύνδεση.

Εάν ελέγξουμε το φύλλο δεδομένων, μπορούμε επίσης να δούμε τα χαρακτηριστικά αυτού του ενισχυτή ισχύος IC

Τα χαρακτηριστικά του IC είναι αρκετά καλά. Παρέχει προστασία βραχυκυκλώματος στη γείωση. Επίσης, η θερμική προστασία παρέχει επιπλέον χαρακτηριστικά ασφαλείας λόγω της κατάστασης υπερφόρτωσης. Όπως μπορούμε να δούμε, το TDA2040 είναι ικανό να παρέχει έξοδο 25Watt σε φορτίο 4 Ohms, εάν είναι συνδεδεμένη μια τροφοδοσία διαχωρισμού με έξοδο +/- 17V. Σε αυτήν την περίπτωση, το THD (Συνολική αρμονική παραμόρφωση) θα είναι 0,5%. Στην ίδια διαμόρφωση, εάν έχουμε έξοδο ισχύος 30 Watt, το THD θα γίνει 10%.

Επίσης, υπάρχει ένα άλλο γράφημα στο φύλλο δεδομένων που παρέχει τη σχέση μεταξύ της τάσης τροφοδοσίας και της ισχύος εξόδου.

Αν δούμε το γράφημα, μπορούμε να επιτύχουμε περισσότερη από 26Watt ισχύ εξόδου εάν χρησιμοποιούμε διαχωρισμένη παροχή ισχύος με έξοδο άνω των 15V. Ας κάνουμε λοιπόν τον ενισχυτή ισχύος να λειτουργεί με ηχείο σύνθετης αντίστασης 4 ohm στα 25Watt χωρίς να διακυβεύεται το THD.

Απαιτούμενα συστατικά

Για την κατασκευή του κυκλώματος χρειαζόμαστε τα ακόλουθα εξαρτήματα-

1. Πίνακας Vero (μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε διάστικτος ή συνδεδεμένος)
2. Κολλητήρι
3. Σύρμα συγκόλλησης
4. Εργαλείο απογύμνωσης Nipper και Wire
5. Σύρματα
6. Ψυγείο αλουμινίου
7. 17V Rail to Rail τροφοδοτικό με + 17V GND -17V power track
8. Ηχείο 4 Ohms 25 Watt
9. 4.7R Αντίσταση 1/2 Watt
10. 680R Αντίσταση 1/4 ^ου Watt
11. 22 k αντίσταση
12. 10k αντίσταση
13. Πυκνωτής 100nF /.1uF 4 τεμ
14. Πυκνωτής 22uF
15. TDA2040

Διάγραμμα και επεξήγηση κυκλώματος ενισχυτή ήχου 25 Watt

Ο σχηματικός ενισχυτής ήχου 25 watt είναι πολύ απλός. Το TDA2040 ενισχύει το σήμα και παρέχει 25Watt RMS watt στο μεγάφωνο 4 ohms. Οι C4 και C5 χρησιμοποιούνται ως πυκνωτής φίλτρου αποσύνδεσης. Τα C1 και R1 δρουν ως φίλτρο. Τα R2, R3 και C2 παρέχουν την απαραίτητη ανάδραση στον ενισχυτή ισχύος. Τα R4 και C3 είναι το κύκλωμα ψαλιδιού για τη σύσφιξη της ανατροφοδότησης από το επαγωγικό φορτίο (Loud Speaker)

Δοκιμή του κυκλώματος ενισχυτή 25watt

Χρησιμοποιήσαμε εργαλεία προσομοίωσης πρωτεϊνών για να ελέγξουμε την έξοδο του κυκλώματος. μετρήσαμε την έξοδο στο εικονικό παλμογράφο. Μπορείτε να δείτε το πλήρες βίντεο επίδειξης που δίνεται παρακάτω

Τροφοδοτούμε το κύκλωμα χρησιμοποιώντας +/- 17V και παρέχεται ημιτονοειδές σήμα εισόδου. Το παλμοσκόπιο συνδέεται σε όλη την έξοδο έναντι φορτίου 4 ohms στο κανάλι A (κίτρινο) και το σήμα εισόδου συνδέεται στο κανάλι B (μπλε).

Μπορούμε να δούμε τη διαφορά εξόδου μεταξύ του σήματος εισόδου και της ενισχυμένης εξόδου στο βίντεο: -

Επίσης, ελέγξαμε την ισχύ εξόδου, η ισχύς ενισχυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από πολλά πράγματα, όπως συζητήθηκε προηγουμένως. Εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αντίσταση των ηχείων, την απόδοση των ηχείων, την απόδοση του ενισχυτή, τις τοπολογίες κατασκευής, τις ολικές αρμονικές παραμορφώσεις κ.λπ. Το πραγματικό κύκλωμα ζωής είναι διαφορετικό από την προσομοίωση επειδή πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράγοντες κατά τον έλεγχο ή τον έλεγχο της εξόδου.

Υπολογισμός Ισχύος Ενισχυτή

Χρησιμοποιήσαμε έναν απλό τύπο για τον υπολογισμό της ισχύος του ενισχυτή -

Ενισχυτής Wattage = V ² / R

Συνδέσαμε ένα πολύμετρο AC σε όλη την έξοδο. Η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος που εμφανίζεται στο πολύμετρο είναι τάση εναλλασσόμενου ρεύματος από κορυφή σε κορυφή.

Παρέχουμε ημιτονοειδές σήμα πολύ χαμηλής συχνότητας λίγων 25-50Hz. Όπως και σε χαμηλή συχνότητα, ο ενισχυτής θα αποδίδει περισσότερο ρεύμα στο φορτίο και το πολύμετρο θα μπορεί να ανιχνεύει σωστά την τάση AC.

Το πολύμετρο έδειξε + 10.1V AC. Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο, η έξοδος του ενισχυτή ισχύος με φορτίο 4 Ohms είναι

Ενισχυτής Ισχύς = 10.1 ² /4 Ενισχυτής Ισχύς = 25.50 (25W περίπου)

Πράγματα που πρέπει να θυμάστε κατά την κατασκευή ενισχυτή 25w

Κατά την κατασκευή του κυκλώματος, ο ενισχυτής ισχύος TDA2040 πρέπει να συνδεθεί σωστά με τη ψύκτρα. Η μεγαλύτερη ψύκτρα παρέχει καλύτερο αποτέλεσμα. Επίσης, είναι καλό να χρησιμοποιείτε πυκνωτές τύπου box με βαθμολογία ήχου για καλύτερο αποτέλεσμα.

Είναι πάντα μια καλή επιλογή για χρήση PCB για εφαρμογή που σχετίζεται με τον ήχο. Ο καλύτερος τρόπος κατασκευής του PCB είναι με αναφορά στις οδηγίες κατασκευαστή IC. Υπάρχει ένα σχέδιο PCB αναφοράς που παρέχεται στο δελτίο δεδομένων του TDA2040.

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται ένα δείγμα κυκλώματος με διάταξη PCB. Είναι καλύτερα να τηρήσετε τη διάταξη αναφοράς και είναι σε αναλογία 1: 1. Θα μειώσει τη σύνδεση θορύβου στην έξοδο.

Επίσης, προσπαθήστε να χρησιμοποιήσετε ηχείο υψηλότερης απόδοσης 4 Ohms με κατάλληλη ισχύ για οδήγηση με αυτόν τον ενισχυτή ισχύος.