40 Watt lydforstærker ved hjælp af tda2040 og transistorpar

Effektforstærker er den del af lydelektronik. Det er designet til at maksimere størrelsen af effekten af det givne indgangssignal. I lydelektronik øger operationsforstærkeren signalets spænding, men er ude af stand til at levere den strøm, der kræves for at drive en belastning. I denne vejledning bygger vi en 40W forstærker ved hjælp af TDA2040 effektforstærker IC og to effekttransistorer med en 4 ohm impedanshøjttaler tilsluttet.

Konstruktionstopologi til forstærkere

I en forstærker kædesystem, er effektforstærkeren anvendt ved den sidste eller afsluttende fase før belastningen. Generelt bruger Sound Amplifier-systemet nedenstående topologi vist i blokdiagrammet

Som du kan se i ovenstående blokdiagram, er forstærker det sidste trin, der er direkte forbundet med belastningen. Generelt før signalforstærker korrigeres signalet ved hjælp af præforstærkere og spændingskontrolforstærkere. I nogle tilfælde, hvor tonestyring er nødvendig, tilføjes tonestyringskredsløbet også før effektforstærker.

Kend din belastning

I tilfælde af lydforstærker er forstærkerens belastning og belastningskørselskapacitet et vigtigt aspekt i konstruktionen. Den største belastning for en forstærker er Loud Speaker. Effektforstærkerens output afhænger af belastningsimpedansen, så tilslutning af en forkert belastning kan kompromittere effektforstærkerens effektivitet såvel som stabiliteten.

Loud Speaker er en enorm belastning, der fungerer som en induktiv og resistiv belastning. Effektforstærker leverer AC-output, på grund af dette er højttalerens impedans en kritisk faktor for korrekt strømoverførsel.

Impedans er den effektive modstand af et elektronisk kredsløb eller en komponent til vekselstrøm, der opstår fra de kombinerede effekter relateret til ohmsk modstand og reaktans.

I lydelektronik er forskellige typer højttalere tilgængelige i forskellige wattforbrug med forskellige impedanser. Højttalerimpedans kan bedst forstås ved hjælp af forholdet mellem vandstrømning inde i en rør. Tænk bare højttaleren som et vandrør, vandet, der strømmer gennem røret, er det skiftende lydsignal. Hvis røret nu blev større i diameter, vil vandet let strømme gennem røret, vandmængden vil være større, og hvis vi mindsker diameteren, jo mindre vand vil strømme gennem røret, så vandmængden vil være nederste. Diameteren er effekten skabt af ohmsk modstand og reaktans. Hvis røret bliver større i diameter, vil impedansen være lav,så højttaleren kan få mere watt og forstærkeren giver mere strømoverførselsscenarie, og hvis impedansen bliver høj, giver forstærkeren mindre strøm til højttaleren.

Der er forskellige valg såvel som forskellige segmenter af højttalere er tilgængelige på markedet, generelt med 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm og 32 ohm, hvoraf 4 og 8 ohm højttalere er bredt tilgængelige i billige priser. Vi er også nødt til at forstå, at en forstærker med 5 Watt, 6 Watt eller 10 Watt eller endnu mere er RMS (Root Mean Square) watt, leveret af forstærkeren til en bestemt belastning i kontinuerlig drift.

Så vi skal være forsigtige med højttalerklassificering, forstærkerklassificering, højttalereffektivitet og impedans.

Konstruktion af en simpel 40W forstærker

I vores tidligere tutorials lavede vi 10Watt forstærker ved hjælp af Op-amp og effekt transistorer, konstrueret også en 25 Watt forstærker ved hjælp af TDA2040. Men til denne vejledning bygger vi en 40W effektforstærker, der kører en 4 Ohms impedanshøjttaler. Vi bruger den samme TDA2040, som bruges i 25 Watt effektforstærker, men for at få 40 Watt output vil vi bruge yderligere effekttransistorer.

På ovenstående billede vises TDA2040. Den er tilgængelig i de fleste generiske onlinebutikker såvel som på eBay. Pakken kaldes ' Pentawatt ' -pakke med 5 udgangsstift. Pinout-diagrammet er ret simpelt og tilgængeligt i databladet,

Fanen er tilsluttet pin 3 eller –Vs (negativ forsyningskilde). For ikke at nævne får kølelegemet, der er forbundet med fanen, også den samme forbindelse.

Hvis vi tjekker databladet, kan vi også se funktionerne i denne effektforstærker IC

IC'ens funktioner er ret gode. Det giver kortslutningsbeskyttelse til jorden. Termisk beskyttelse vil også give ekstra sikkerhedsfunktioner på grund af en overbelastningstilstand. Som vi kan se, er TDA2040 i stand til at levere 25Watt output til en 4 Ohm belastning, hvis en delt strømforsyning med +/- 17V output er tilsluttet. I et sådant tilfælde vil THD (total harmonisk forvrængning) være 0,5%. I samme konfiguration, hvis vi får 30 Watt effekt, bliver THD 10%.

Der er også en anden graf i databladet, der giver forholdet mellem forsyningsspænding og udgangseffekt.

Hvis vi ser grafen, kan vi opnå mere end 26W udgangseffekt, hvis vi bruger en delt strømforsyning med mere end 15V output.

Så som vi allerede har set, at det er muligt at opnå kontinuerlig 25 Watt output gennem TDA2040. Men vi ønsker at fremstille 40 W effektforstærker. Så denne yderligere 15 watt er vi nødt til at tilføje to effekttransistor NPN og PNP for at give yderligere forstærkning og output watt over 4 Ohms højttaleren.

For at opnå denne ekstra effektforstærkning brugte vi parret transistor BD712 og BD711 effekt transistorer. Begge transistorer er tilgængelige i TO-220C-pakke.

Pin-out-diagrammet for BD711 og BD712 er

For perfekt drift uden THD kompromitteret har vi brug for en 36V strømforsyning for at opnå 40 Watt output. Selvom dette kredsløb kan få strøm ved hjælp af 15V til 40VDC.

Nødvendige komponenter

For at konstruere kredsløbet har vi brug for følgende komponenter-

Vero-kort (prikket eller forbundet nogen kan bruges)
Loddekolbe
Loddetråd
Nipper og Wire stripper værktøj
Ledninger
Kølelegeme i aluminium KS-58
36V enkelt strømforsyning
4 Ohms 40 Watt højttaler
4 stk 1,5R modstand 1/2 watt modstande
4stk 100k modstand 1/4 ^th Watt
12k modstand
En 1R modstand med 2 watt effekt
470nF kondensator
100uF kondensator
TDA2040
1N4148 Diode to stk
220nF kondensator
2200uF kondensator
4.7uF kondensator
BD711 & BD712 transistorpar.

Kredsløbsdiagram og forklaring

Skematisk er 40 watt lydforstærker ret simpelt; TDA2040 forstærker signalet og leverer 25 Watt RMS-effekt. Yderligere effektforstærkning udføres ved hjælp af BD711- og BD712-transistorpar. Indgangskondensator 470nF er DC-blokerende kondensator, som kun tillader AC-signalet at passere. En vigtig ting er den enkelte forsyningsspænding. Da forstærkeren får strøm ved hjælp af en enkelt forsyning, skal indgangssignalet løftes over nogle få volt, så forstærkeren kan forstærke signalet i både en positiv og negativ spids. Modstande R6, R9 og R7, R8 leverer en forspænding til effekttransistorer og effektforstærkere. R10 og C5 er snubber eller RC klemkredsløb for at beskytte forstærkeren mod en enorm induktiv belastning af højttaleren.

Test af 40watt forstærker kredsløb

Vi brugte proteus simuleringsværktøjer til at kontrollere output af kredsløbet; vi målte output i det virtuelle oscilloskop. Du kan tjekke den komplette demonstrationsvideo, der er angivet nedenfor.

Vi forsyner kredsløbet ved hjælp af 36VDC, og det sinusformede indgangssignal leveres. Oscilloskopet er forbundet over udgangen mod 4 ohm belastning på kanal A (gul) og indgangssignalet forbundet over kanal B (blå).

Vi kan se outputforskellen mellem indgangssignalet og det forstærkede output i videoen: -

Vi kontrollerede også output watt, forstærker watt er meget afhængig af flere ting, som diskuteret før. Det er meget afhængigt af højttalerimpedansen, højttalereffektivitet, forstærkereffektivitet, konstruktionstopologier, samlede harmoniske forvrængninger osv. Vi kunne ikke overveje eller beregne alle de mulige faktorer, der er skabt afhængigheder i forstærkerens watt. Det virkelige liv kredsløb er forskelligt fra simuleringen, fordi der er behov for mange faktorer, der skal overvejes under kontrol eller test af output.

Beregning af forstærkerens watt

Vi brugte en simpel formel til at beregne forstærkerens wattforbrug-

Forstærkerens effekt = V ² / R

Vi tilsluttede et AC-multimeter på tværs af udgangen. Vekselstrømsspænding vist i multimeteret er top til top vekselspænding.

Vi leverede meget lavfrekvent sinusformet signal 200Hz. Som ved lav frekvens vil forstærkeren levere mere strøm til belastningen, og multimeteret vil være i stand til at registrere vekselstrøm korrekt.

Multimeteret viste + 12,5V AC. Så ifølge formlen er output fra effektforstærkeren ved 4 ohm belastning

Forstærker Effekt = 12,5 ² /4 forstærker Effekt = 39.06 (40W ca.)

Ting at huske, når du konstruerer 40w forstærker

Når du konstruerer kredsløbet, skal forstærkeren TDA2040 forbindes korrekt med kølelegemet. Større køleplade giver et bedre resultat. Det er også godt at bruge lydkvalitets klassificerede bokstype kondensatorer til et bedre resultat.

Det er altid et godt valg at bruge PCB til lydrelateret applikation. Den bedste måde at konstruere PCB på er at henvise til IC-producentens retningslinjer.

Lav lydsignalsporene så korte som muligt for at reducere uønsket støjkobling.
Effekttransistorerne skal forbindes med de rigtige kølelegemer. Kølelegemet i KS-58-serien kan bruges.
Brug ikke en enkelt stor køleplade, og fix TDA2040, BD711 og BD712. Brug separate køleplader til separate komponenter, ellers vil der være kortslutningsforhold.
Vær forsigtig med højttalerens effekt, ellers kan højttaleren blive brændt såvel som beskadiget.
Fjern ikke klemmen eller snubberkredsløbet, det er meget vigtigt for sikkerheden ved effekttransistorer og effektforstærker.
Anvend ikke stort forstærket signal i forstærkeren, THD vil stige.