25 Watt ljudförstärkarkrets med tda2040

Förstärkare är ryggraden i Analog elektronik. De används mycket inom elektronikindustrin. Förstärkare används nästan i alla ljudrelaterade applikationer.

Effektförstärkare är delen av ljudelektronik. Den är utformad för att maximera storleken på den effekt som ges för insignalen. I ljudelektronik ökar operationsförstärkaren signalens spänning men kan inte ge strömmen som krävs för att driva en belastning. I denna handledning bygger vi en 25W förstärkare med TDA2040 effektförstärkare IC med en 4 Ohms impedanshögtalare ansluten till den.

Konstruktionstopologi för förstärkare

I ett förstärkarkedjesystem används effektförstärkaren i sista eller sista steget före belastningen. I allmänhet använder Sound Amplifier-systemet nedan topologin som visas i blockdiagrammet

Som du kan se i ovanstående blockschema är förstärkaren det sista steget som är direkt ansluten till lasten. Generellt, innan effektförstärkaren, korrigeras signalen med hjälp av förförstärkare och spänningskontrollförstärkare. I vissa fall, där tonstyrning behövs, läggs också tonstyrkretsarna till innan förstärkaren.

Känn din belastning

När det gäller ljudförstärkarsystem är förstärkarens belastning och lastkörning en viktig aspekt i konstruktionen. Den största belastningen för en effektförstärkare är Loud Speaker. Effektförstärkarens uteffekt beror på belastningsimpedansen, så att ansluta en felaktig belastning kan äventyra effektförstärkarens effektivitet såväl som stabiliteten.

Loud Speaker är en enorm belastning som fungerar som en induktiv och resistiv belastning. Effektförstärkaren levererar växelström, på grund av detta är högtalarens impedans en kritisk faktor för korrekt strömöverföring.

Impedans är det effektiva motståndet hos en elektronisk krets eller komponent för växelström, som uppstår från de kombinerade effekterna relaterade till ohmsk resistans och reaktans.

I ljudelektronik finns olika typer av högtalare tillgängliga i olika watt med olika impedans. Högtalarimpedans kan bäst förstås med hjälp av förhållandet mellan vattenflöde inuti ett rör. Tänk bara på högtalaren som ett vattenrör, vattnet som strömmar genom röret är den växlande ljudsignalen. Om röret nu blev större i diameter, kommer vattnet lätt att rinna genom röret, vattenvolymen blir större, och om vi minskar diametern, desto mindre vatten kommer att strömma genom röret, så volymen vatten kommer att vara lägre. Diametern är den effekt som skapas av ohmskt motstånd och reaktans. Om röret blir större i diameter kommer impedansen att vara låg,så att högtalaren kan få mer effekt och förstärkaren ger mer effektöverföringsscenario och om impedansen blir hög kommer förstärkaren att ge mindre effekt till högtalaren.

Det finns olika val såväl som olika segment av högtalare finns på marknaden, vanligtvis med 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm och 32 ohm, varav 4 och 8 ohm-högtalare är allmänt tillgängliga till låga priser. Vi måste också förstå att en förstärkare med 5 Watt, 6 Watt eller 10 Watt eller ännu mer är RMS-effekten (Root Mean Square), som levereras av förstärkaren till en specifik belastning i kontinuerlig drift.

Så vi måste vara försiktiga med högtalarnas betyg, förstärkarens betyg, högtalarnas effektivitet och impedansen.

Konstruktion av enkel 25W förstärkare

I våra tidigare handledning skapade vi 10Watt förstärkare med Op-amp och effekttransistor. Men för denna handledning kommer vi att bygga en 25W effektförstärkare som kommer att driva en 4 Ohms impedanshögtalare. Vi kommer att använda specifika effektförstärkare IC för detta. Vi valde TDA2040 effektförstärkare IC.

I bilden ovan visas TDA2040. Den finns i de flesta generiska onlinebutiker och på eBay. Paketet heter " Pentawatt " -paket med 5 utgångsstift. Pinout-diagrammet är ganska enkelt och tillgängligt i databladet,

Fliken är ansluten till stift 3 eller –Vs (negativ försörjningskälla). För att inte tala om, kylflänsen som är ansluten till fliken får också samma anslutning.

Om vi kontrollerar databladet kan vi också se funktionerna i denna effektförstärkare IC

IC-funktionerna är ganska bra. Det ger kortslutningsskydd till marken. Värmeskydd ger också extra säkerhetsfunktioner på grund av överbelastningstillstånd. Som vi kan se är TDA2040 kapabel att leverera 25 watt utgång till en 4 ohm belastning om en delad strömförsörjning med +/- 17 V utgång är ansluten. I sådant fall är THD (total harmonisk distorsion) 0,5%. I samma konfiguration, om vi får en effekt på 30 W, blir THD 10%.

Det finns också en annan graf i databladet som ger sambandet mellan matningsspänning och uteffekt.

Om vi ser grafen kan vi uppnå mer än 26 watts uteffekt om vi använder en delad strömförsörjning med mer än 15 V utgång. Så låt oss få effektförstärkaren att fungera med 4 ohm impedanshögtalare vid 25 watt utan att kompromissa med THD.

Nödvändiga komponenter

För att konstruera kretsen behöver vi följande komponenter-

Vero-kort (prickade eller anslutna vem som helst kan användas)
Lödkolv
Lödtråd
Nipper och Wire stripper verktyg
Ledningar
Kylfläns i aluminium
17V Rail to Rail strömförsörjning med + 17V GND -17V power track
4 Ohms högtalare 25 Watt
4.7R Motstånd 1/2 Watt
680R Motstånd 1/4 ^th Watt
22k motstånd
10k motstånd
100nF /.1uF kondensator 4st
22uF kondensator
TDA2040

25 Watt ljudförstärkarkretsdiagram och förklaring

Schemat för 25 watts ljudförstärkare är ganska enkelt; TDA2040 förstärker signalen och ger 25 watt RMS-effekt till högtalaren med 4 ohm. C4 och C5 används som avkoppling av filterkondensator. C1 och R1 fungerar som ett filter. R2, R3 och C2 ger den nödvändiga återkopplingen till effektförstärkaren. R4 och C3 är snubberkretsen för att klämma återkopplingen från den induktiva belastningen (Loud Speaker).

Testar 25 watts förstärkarkrets

Vi använde proteus-simuleringsverktyg för att kontrollera utgången från kretsen; vi mätte produktionen i det virtuella oscilloskopet. Du kan se hela demonstrationsvideon nedan

Vi driver kretsen med +/- 17V och den sinusformade signalen tillhandahålls. Oscilloskopet är anslutet över utgången mot 4 ohm belastning på kanal A (gul) och insignalen är ansluten över kanal B (blå).

Vi kan se utgångsskillnaden mellan insignalen och den förstärkta utgången i videon: -

Vi kontrollerade också uteffekten, förstärkarens effekt är mycket beroende av flera saker, som diskuterats tidigare. Det är starkt beroende av högtalarimpedansen, högtalareffektiviteten, förstärkareffektiviteten, konstruktionstopologier, total harmonisk snedvridning etc. Vi kunde inte överväga eller beräkna alla möjliga faktorer som skapas beroenden i förstärkarens effekt. Verkliga kretsar skiljer sig från simuleringen eftersom många faktorer behövs för att överväga när du kontrollerar eller testar utdata.

Beräkning av förstärkarens effekt

Vi använde en enkel formel för att beräkna förstärkarens watt -

Förstärkarens effekt = V ² / R

Vi kopplade en växelströmsmätare över utgången. Växelspänningen som visas i multimetern är topp till topp växelspänning.

Vi tillhandahöll mycket lågfrekvent sinusformad signal på några 25-50Hz. Som vid låg frekvens kommer förstärkaren att leverera mer ström till belastningen och multimetern kommer att kunna detektera växelspänningen ordentligt.

Multimetern visade + 10,1V AC. Så enligt formeln är uteffekten från effektförstärkaren vid 4 Ohms belastning

Förstärkare Effekt = 10,1 ² /4 -förstärkare Effekt = 25,50 (25W approximativt)

Saker att komma ihåg när du konstruerar 25w förstärkare

När du konstruerar kretsen måste effektförstärkaren TDA2040 anslutas korrekt till kylflänsen. Större kylfläns ger ett bättre resultat. Det är också bra att använda kondensatorer för klassificering av ljudkvalitet för ett bättre resultat.

Det är alltid ett bra val att använda PCB för ljudrelaterad applikation. Det bästa sättet att konstruera kretskortet är att hänvisa till IC-tillverkarens riktlinjer. Det finns en referens PCB-design i databladet för TDA2040.

I bilden ovan visas en provkrets med PCB-layouten. Det är bättre att hålla sig till referenslayouten, och det är i förhållandet 1: 1. Det minskar bullerkopplingen i utgången.

Försök också använda 4 Ohms högeffektiva högtalare med rätt effekt för att köra med denna effektförstärkare.