40 Watt ljudförstärkare med tda2040 och transistorpar

Effektförstärkare är den del av ljudelektroniken. Den är utformad för att maximera storleken på effekten för en given insignal. I ljudelektronik ökar operationsförstärkaren signalens spänning men kan inte ge strömmen som krävs för att driva en belastning. I denna handledning kommer vi att bygga en 40W förstärkare med TDA2040 Power Amplifier IC och två Power Transistors 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 40W förstärkare

I våra tidigare tutorials gjorde vi 10 Watt förstärkare med Op-amp och effekt transistorer, konstruerade också en 25 Watt förstärkare med TDA2040. Men för denna handledning kommer vi att bygga en 40W effektförstärkare som kommer att driva en 4 Ohms impedanshögtalare. Vi kommer att använda samma TDA2040 som används i 25 Watt förstärkare, men för att få 40 Watt uteffekt kommer vi att använda ytterligare effekttransistorer.

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 26W uteffekt om vi använder en delad strömförsörjning med mer än 15V utgång.

Så som vi redan har sett att det är möjligt att uppnå 25 watt kontinuerlig effekt via TDA2040. Men vi vill göra en förstärkare på 40 W. Så, denna ytterligare 15 watt, måste vi lägga till två effekttransistorer NPN och PNP för att ge ytterligare förstärkning och uteffekt över 4 Ohms högtalaren.

För att uppnå denna ytterligare effektförstärkning använde vi matchade par-transistorer BD712 och BD711 effekttransistorer. Båda transistorerna finns i TO-220C-paketet.

Pin-out-diagrammet för BD711 och BD712 är

För perfekt drift utan THD-kompromiss behöver vi en 36V strömförsörjning för att uppnå 40 Watt uteffekt. Även om denna krets kan drivas med 15V till 40VDC.

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 av aluminium KS-58
36V Enkel strömförsörjning
4 Ohms 40 Watt högtalare
4 st 1,5R motstånd 1/2 watt motstånd
4st 100k motstånd 1/4 ^th Watt
12k motstånd
Ett 1R-motstånd med 2 watt effekt
470nF kondensator
100uF kondensator
TDA2040
1N4148 Diod två st
220nF kondensator
2200uF kondensator
4.7uF kondensator
BD711 & BD712 transistorpar.

Kretsschema och förklaring

Schemat är 40 watts ljudförstärkare ganska enkelt; TDA2040 förstärker signalen och ger 25 Watt RMS-effekt. Ytterligare effektförstärkning görs med BD711- och BD712-transistorpar. Ingångskondensator 470nF är likströmsspärrkondensatorn som endast tillåter växelströmssignalen att passera. En viktig sak är den enkla matningsspänningen. Eftersom förstärkaren drivs med en enda matning måste insignalen lyftas över några volt så att förstärkaren kan förstärka signalen i både en positiv och negativ topp. Motstånd R6, R9 och R7, R8 tillhandahåller en förspänning till effekttransistorerna och effektförstärkarna. R10 och C5 är snubber- eller RC-klämkretsen för att skydda förstärkaren från en enorm induktiv belastning på högtalaren.

Testar förstärkarkretsen på 40 watt

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 36VDC och den ingångssinusformade signalen tillhandahålls. Oscilloskopet är anslutet över utgången mot 4 ohm belastning på kanal A (gul) och insignalen 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 200Hz. Som vid låg frekvens kommer förstärkaren att leverera mer ström till belastningen och multimetern kommer att kunna detektera växelspänningen ordentligt.

Multimetern visade + 12,5 V AC. Så enligt formeln är uteffekten från effektförstärkaren vid 4 Ohms belastning

Förstärkare Effekt = 12,5 ² / fyra förstärkare Effekt = 39,06 (40W approximativt)

Saker att komma ihåg när du konstruerar 40w förstärkare

När du konstruerar kretsen måste effektförstärkaren TDA2040 anslutas ordentligt 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.

Gör ljudsignalspåren så korta som möjligt för att minska oönskad bruskoppling.
Krafttransistorerna måste anslutas med rätt kylflänsar. KS-58-serien kylfläns kan användas.
Använd inte en enda stor kylfläns och fixera TDA2040, BD711 och BD712. Använd separata kylflänsar för separata komponenter, annars kommer det att finnas kortslutningsförhållanden.
Var försiktig med högtalareffekten annars kan högtalaren brännas såväl som skadas.
Ta inte bort klämman eller snubberkretsen, det är mycket viktigt för säkerheten för effekttransistorer och effektförstärkare.
Applicera inte stor förstärkt signal i förstärkaren, THD kommer att öka.