40 watin audiovahvistin, jossa on tda2040 ja transistoripari

Tehovahvistin on osa äänielektroniikkaa. Se on suunniteltu maksimoimaan annetun tulosignaalin tehon suuruus. Äänielektroniikassa operatiivinen vahvistin lisää signaalin jännitettä, mutta ei kykene tarjoamaan virtaa, jota tarvitaan kuorman kuljettamiseen. Tässä opetusohjelmassa rakennamme 40 W: n vahvistimen käyttämällä TDA2040-tehovahvistimen IC: tä ja kahta tehotransistoria, joihin on kytketty 4 ohmin impedanssikaiutin.

Vahvistimien rakennetopologia

Eräässä vahvistin ketju järjestelmä, tehovahvistimen käytetään viimeisessä tai viimeinen vaihe ennen kuorman. Yleensä äänivahvistinjärjestelmä käyttää alla olevaa lohkokaaviossa esitettyä topologiaa

Kuten yllä olevasta lohkokaaviosta näet, tehovahvistin on viimeinen vaihe, joka on kytketty suoraan kuormaan. Yleensä ennen tehovahvistinta signaali korjataan esivahvistimilla ja jänniteohjausvahvistimilla. Joissakin tapauksissa, joissa tarvitaan äänensäätöä, äänensäätöpiiri lisätään ennen tehovahvistinta.

Tunne kuormasi

Audio-vahvistinjärjestelmän tapauksessa vahvistimen kuormitus ja kuorman käyttökapasiteetti ovat tärkeitä näkökohtia rakentamisessa. Päävahvistimen suurin kuormitus on kaiutin. Tehovahvistimen lähtö riippuu kuorman impedanssista, joten väärän kuorman liittäminen voi vaarantaa tehovahvistimen tehokkuuden ja vakauden.

Kaiutin on valtava kuorma, joka toimii induktiivisena ja resistiivisenä kuormana. Tehovahvistin tuottaa vaihtovirtalähdön, minkä vuoksi kaiuttimen impedanssi on kriittinen tekijä oikean virransiirron kannalta.

Impedanssi on elektronisen piirin tai komponentin tehollinen vastus vaihtovirtaa varten, joka syntyy ohmiseen vastukseen ja reaktanssiin liittyvistä yhteisvaikutuksista.

Audioelektroniikassa erityyppisiä kaiuttimia on saatavana eri tehoina ja erilaisilla impedansseilla. Kaiuttimen impedanssi voidaan parhaiten ymmärtää käyttämällä putken sisäisen veden virtauksen suhdetta. Ajattele vain kaiutinta vesiputkena, putken läpi virtaava vesi on vuorotteleva äänisignaali. Jos putkesta tulee halkaisijaltaan suurempi, vesi virtaa helposti putken läpi, veden määrä on suurempi, ja jos pienennämme halkaisijaa, sitä vähemmän vettä virtaa putken läpi, joten veden määrä on alempi. Halkaisija on vastus, jonka ohminen vastus ja reaktanssi tuottavat. Jos putken halkaisija kasvaa, impedanssi on pieni,joten kaiutin voi saada enemmän tehoa ja vahvistin tarjoaa enemmän tehonsiirtotilannetta ja jos impedanssi nousee korkeaksi, vahvistin antaa vähemmän virtaa kaiuttimelle.

Markkinoilla on erilaisia vaihtoehtoja, ja kaiuttimien segmenttejä on yleensä saatavana, yleensä 4 ohmilla, 8 ohmilla, 16 ohmilla ja 32 ohmilla, joista 4 ja 8 ohmin kaiuttimia on saatavana laajalti edullisin hinnoin. Meidän on myös ymmärrettävä, että vahvistin, jonka teho on 5 wattia, 6 wattia tai 10 wattia tai enemmän, on tehollisarvo RMS (Root Mean Square), jonka vahvistin toimittaa tietylle kuormalle jatkuvassa käytössä.

Joten meidän on oltava varovaisia kaiuttimien luokituksen, vahvistimen luokituksen, kaiuttimien tehokkuuden ja impedanssin suhteen.

Yksinkertaisen 40 W: n vahvistimen rakentaminen

Aikaisemmissa opetusohjelmissamme teimme 10 watin vahvistimen käyttäen Op-amp- ja tehotransistoreita, rakensimme myös 25 watin vahvistimen TDA2040: n avulla. Mutta tätä opetusohjelmaa varten rakennamme 40 W: n tehovahvistimen, joka ohjaa 4 ohmin impedanssikaiutinta. Käytämme samaa TDA2040: tä, jota käytettiin 25 watin tehovahvistimessa, mutta 40 watin tehon saamiseksi käytämme lisätehotransistoreita.

Yllä olevassa kuvassa TDA2040 on esitetty. Se on saatavana useimmissa yleisissä verkkokaupoissa sekä eBayssa. Pakettia kutsutaan Pentawatt- paketiksi, jossa on 5 ulostulonasta. Pinout-kaavio on melko yksinkertainen ja saatavilla taulukossa,

Välilehti on kytketty nastaan 3 tai –V: iin (negatiivinen lähde). Puhumattakaan siitä, että välilehteen liitetty Heatsink saa myös saman yhteyden.

Jos tarkistamme datalehden, voimme nähdä myös tämän tehovahvistimen IC: n ominaisuudet

IC: n ominaisuudet ovat melko hyvät. Se tarjoaa oikosulkusuojan maahan. Lämpösuoja tarjoaa myös ylimääräisiä turvaominaisuuksia ylikuormitustilanteesta johtuen. Kuten näemme, TDA2040 pystyy tuottamaan 25 watin tehon 4 ohmin kuormitukseen, jos jaettu virtalähde on kytketty +/- 17 V: n lähdöllä. Tällöin THD (Total Harmonic Distortion) on 0,5%. Samassa kokoonpanossa, jos saamme 30 watin tehon, THD: stä tulee 10%.

Lisäksi lomakkeessa on toinen kaavio, joka antaa syötön syöttöjännitteen ja lähtötehon välisen suhteen.

Jos näemme kaavion, voimme saavuttaa yli 26 watin lähtötehon, jos käytämme jaettua virtalähdettä, jonka lähtö on yli 15 V.

Joten, kuten olemme jo nähneet, että TDA2040: n kautta on mahdollista saavuttaa jatkuva 25 watin teho. Mutta haluamme tehdä 40 watin tehovahvistimen. Joten, tämä ylimääräinen 15 watti, meidän on lisättävä kaksi tehotransistoria NPN ja PNP lisävahvistuksen ja lähtötehon tuottamiseksi 4 ohmin kaiuttimen yli.

Tämän ylimääräisen tehovahvistuksen saavuttamiseksi käytimme sovitettuja paritransistoreita BD712 ja BD711. Molempia transistoreita on saatavana TO-220C-paketissa.

BD711: n ja BD712: n pin out -kaavio on

Täydelliseen toimintaan ilman, että THD vaarantuu, tarvitsemme 36 V: n virtalähteen 40 watin tehon saavuttamiseksi. Vaikka tätä virtapiiriä voidaan käyttää 15--40 VDC: n virralla.

Vaaditut komponentit

Piirin rakentamiseen tarvitaan seuraavat komponentit -

Vero-kortti (pisteviivaa tai liitettyä ketään voidaan käyttää)
Juotin
Juotoslanka
Nipper ja Wire stripper -työkalu
Johdot
Alumiininen jäähdytyselementti KS-58
36 V yksi virtalähde
4 ohmia 40 watin kaiutin
4 kpl 1,5R vastus 1/2 watin vastuksia
4kpl 100k Vastus 1/4 ^th Watt
12k vastus
1R-vastus, 2 watin teho
470nF kondensaattori
100uF kondensaattori
TDA2040
1N4148 Diodi kaksi kpl
220nF kondensaattori
2200uF kondensaattori
4.7uF kondensaattori
BD711- ja BD712-transistoripari.

Piirikaavio ja selitys

Kaavio on 40 watin audiovahvistin melko yksinkertainen; TDA2040 vahvistaa signaalia ja tuottaa 25 watin RMS-tehon. Lisätehovahvistus tehdään käyttämällä BD711- ja BD712-transistoripareja. Tulokondensaattori 470nF on tasavirtaa estävä kondensaattori, joka antaa vain AC-signaalin kulkea. Yksi tärkeä asia on yksi syöttöjännite. Koska vahvistin saa virtansa yhdellä syötöllä, tulosignaali on nostettava muutaman voltin yläpuolelle, jotta vahvistin voi vahvistaa signaalia sekä positiivisessa että negatiivisessa huippussa. Vastukset R6, R9 ja R7, R8 tarjoavat esijännitteen tehotransistoreille ja tehovahvistimille. R10 ja C5 ovat snubber- tai RC-kiinnityspiiri, joka suojaa vahvistinta kaiuttimen valtavalta induktiiviselta kuormitukselta.

40 watin vahvistinpiirin testaus

Tarkistimme piirin ulostuloa proteus-simulointityökaluilla; mitattiin ulostulo virtuaalisessa oskilloskoopissa. Voit tarkistaa koko alla olevan esittelyvideon.

Virtalähteenä käytetään virtaa 36 VDC: llä ja syötetään sinimuotoinen signaali. Oskilloskooppi on kytketty lähdön yli 4 ohmin kuormitusta vastaan kanavalle A (keltainen) ja tulosignaali kytketty kanavan B yli (sininen).

Voimme nähdä tuotoksen eron tulosignaalin ja vahvistettu lähtö video: -

Tarkistimme myös lähtötehon, vahvistimen teho riippuu suuresti useista asioista, kuten aiemmin keskusteltiin. Se riippuu suuresti kaiuttimien impedanssista, kaiuttimien tehokkuudesta, vahvistimen hyötysuhteesta, rakentamisen topologioista, harmonisista kokonaishäiriöistä jne. Emme voineet ottaa huomioon tai laskea kaikkia mahdollisia tekijöitä, jotka luovat riippuvuuksia vahvistimen tehosta. Tosielämän piiri on erilainen kuin simulaatio, koska monia tekijöitä on otettava huomioon tarkistettaessa tai testattaessa lähtöä.

Vahvistimen teholaskenta

Käytimme yksinkertaista kaavaa vahvistimen tehon laskemiseen -

Vahvistimen teho = V ² / R

Yhdistimme AC-monimetrin ulostuloon. Monimittarissa näkyvä vaihtojännite on huippu-huippu-vaihtojännite.

Toimitimme erittäin matalataajuisen sinimuotoisen signaalin 200 Hz. Kuten matalalla taajuudella, vahvistin antaa enemmän virtaa kuormalle ja yleismittari pystyy havaitsemaan vaihtojännitteen oikein.

Yleismittari osoitti + 12,5 V AC. Joten kaavan mukaan tehovahvistimen lähtö 4 ohmin kuormalla on

Vahvistin Teho = 12,5 ² /4 vahvistin Teho = 39,06 (40W noin)

Muistettavia asioita rakennettaessa 40 watin vahvistinta

Piiriä rakennettaessa tehovahvistin TDA2040 on kytkettävä jäähdytyselementtiin oikein. Suurempi jäähdytyselementti tarjoaa paremman tuloksen. Lisäksi on hyvä käyttää ääniluokiteltuja laatikkokondensaattoreita parempaan tulokseen.

On aina hyvä valinta käyttää piirilevyä ääniin liittyvässä sovelluksessa. Paras tapa rakentaa piirilevy on viitata IC-valmistajan ohjeisiin.

Tee äänisignaalin jäljet mahdollisimman lyhyiksi, jotta vältetään ei-toivottu melu.
Tehotransistorit on kytkettävä asianmukaisiin jäähdytyselementteihin. KS-58-sarjan jäähdytyselementtiä voidaan käyttää.
Älä käytä yhtä suurta jäähdytyselementtiä ja kiinnitä TDA2040, BD711 ja BD712. Käytä muuten erillisiä jäähdytyselementtejä erillisille komponenteille.
Ole varovainen kaiuttimen tehon suhteen, muuten kaiutin voi palaa ja vahingoittua.
Älä poista puristinta tai puristuspiiriä. Se on erittäin tärkeää tehostransistoreiden ja vahvistimen turvallisuuden kannalta.
Älä käytä suurta vahvistettua signaalia vahvistimessa, THD kasvaa.