Ενισχυτής ήχου 40 Watt χρησιμοποιώντας ζεύγος tda2040 και τρανζίστορ

Ο ενισχυτής ισχύος είναι το μέρος των ηλεκτρονικών ήχου. Έχει σχεδιαστεί για να μεγιστοποιεί το μέγεθος της ισχύος ενός δεδομένου σήματος 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 40W χρησιμοποιώντας το TDA2040 Power Amplifier IC και δύο τρανζίστορ ισχύος 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 40W

Στα προηγούμενα μαθήματά μας, φτιάξαμε Ενισχυτή 10Watt χρησιμοποιώντας Op-amp και τρανζίστορ ισχύος, κατασκευάσαμε επίσης ενισχυτή 25 Watt χρησιμοποιώντας TDA2040. Αλλά για αυτό το σεμινάριο, θα δημιουργήσουμε έναν ενισχυτή ισχύος 40W που θα οδηγήσει ένα ηχείο σύνθετης αντίστασης 4 Ohms. Θα χρησιμοποιήσουμε το ίδιο TDA2040 που χρησιμοποιήθηκε σε ενισχυτή ισχύος 25 Watt, αλλά για να έχουμε έξοδο ισχύος 40 Watt θα χρησιμοποιήσουμε επιπλέον τρανζίστορ ισχύος.

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

Έτσι, όπως έχουμε ήδη δει ότι είναι δυνατόν να επιτευχθεί συνεχής έξοδος 25 Watt μέσω του TDA2040. Αλλά θέλουμε να κάνουμε ενισχυτή ισχύος 40 Watt. Έτσι, αυτό το πρόσθετο 15 watt, πρέπει να προσθέσουμε δύο τρανζίστορ ισχύος NPN και PNP για να παρέχουμε επιπλέον ενίσχυση και ισχύ εξόδου στο ηχείο 4 Ohms.

Για να επιτύχουμε αυτήν την πρόσθετη ενίσχυση ισχύος, χρησιμοποιήσαμε τρανζίστορ αντιστοίχισης ζεύγους BD712 και BD711. Και τα δύο τρανζίστορ διατίθενται σε συσκευασία TO-220C.

Το διάγραμμα καρφιτσώματος των BD711 και BD712 είναι

Για τέλεια λειτουργία χωρίς συμβιβασμό THD, χρειαζόμαστε τροφοδοσία 36V για να επιτύχουμε 40 Watt. Αν και αυτό το κύκλωμα μπορεί να τροφοδοτηθεί με χρήση 15V έως 40VDC.

Απαιτούμενα συστατικά

Για την κατασκευή του κυκλώματος χρειαζόμαστε τα ακόλουθα εξαρτήματα-

Πίνακας Vero (μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε διάστικτος ή συνδεδεμένος)
Κολλητήρι
Σύρμα συγκόλλησης
Εργαλείο απογύμνωσης Nipper και Wire
Σύρματα
Ψυγείο αλουμινίου KS-58
36V Ενιαίο τροφοδοτικό
Ηχείο 4 Ohms 40 Watt
4 τεμ 1,5R Αντίσταση 1/2 Watt
4pcs 100k Αντίσταση 1/4 ^ου Watt
12k αντίσταση
Αντίσταση 1R με βαθμολογία ισχύος 2 Watt
Πυκνωτής 470nF
Πυκνωτής 100uF
TDA2040
1N4148 Δίοδος δύο τεμ
Πυκνωτής 220nF
Πυκνωτής 2200uF
Πυκνωτής 4.7uF
Ζεύγος τρανζίστορ BD711 & BD712.

Διάγραμμα κυκλώματος και επεξήγηση

Το σχηματικό είναι ενισχυτής ήχου 40 watt πολύ απλός το TDA2040 ενισχύει το σήμα και παρέχει ισχύ 25Watt RMS. Η πρόσθετη ενίσχυση ισχύος γίνεται χρησιμοποιώντας ζεύγη τρανζίστορ BD711 και BD712. Ο πυκνωτής εισόδου 470nF είναι ο πυκνωτής αποκλεισμού DC ο οποίος επιτρέπει μόνο το σήμα AC να περάσει. Ένα σημαντικό πράγμα είναι η ενιαία τάση τροφοδοσίας. Καθώς ο ενισχυτής τροφοδοτείται με μία μόνο τροφοδοσία, το σήμα εισόδου πρέπει να ανυψωθεί πάνω από μερικά βολτ έτσι ώστε ο ενισχυτής να μπορεί να ενισχύσει το σήμα τόσο σε θετική όσο και σε αρνητική κορυφή. Οι αντιστάσεις R6, R9 και R7, R8 παρέχουν τάση πόλωσης στα τρανζίστορ ισχύος και τους ενισχυτές ισχύος. Τα R10 και C5 είναι το κύκλωμα snubber ή RC clamp για την προστασία του ενισχυτή από ένα τεράστιο επαγωγικό φορτίο του Loudspeaker.

Δοκιμή του κυκλώματος ενισχυτή 40watt

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 36VDC και παρέχεται ημιτονοειδές σήμα εισόδου. Το παλμογράφο 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 200Hz. 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 + 12.5V AC. Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο, η έξοδος του ενισχυτή ισχύος με φορτίο 4 Ohms είναι

Ενισχυτής Ισχύς = 12.5 ² /4 Ενισχυτής Ισχύς = 39.06 (40W περίπου)

Πράγματα που πρέπει να θυμάστε κατά την κατασκευή ενισχυτή 40w

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.

Κάντε τα ίχνη σήματος ήχου όσο το δυνατόν συντομότερα για να μειώσετε την ανεπιθύμητη σύνδεση θορύβου.
Τα τρανζίστορ ισχύος πρέπει να συνδεθούν με σωστούς ψύκτες Μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ψύκτρα σειράς KS-58.
Μην χρησιμοποιείτε έναν μεγάλο ψύκτρα και διορθώστε τα TDA2040, BD711 και BD712. Χρησιμοποιήστε ξεχωριστές ψύκτρες για ξεχωριστά εξαρτήματα διαφορετικά, θα υπάρξουν συνθήκες βραχυκυκλώματος.
Να είστε προσεκτικοί σχετικά με την ισχύ του ηχείου, διαφορετικά, το ηχείο μπορεί να καεί καθώς και να υποστεί ζημιά.
Μην αφαιρέσετε το κύκλωμα σφιγκτήρα ή ψαλιδιού, είναι εξαιρετικά σημαντικό για την ασφάλεια των τρανζίστορ ισχύος και του ενισχυτή ισχύος.
Μην εφαρμόζετε μεγάλο ενισχυμένο σήμα στον ενισχυτή, το THD θα αυξηθεί.