Circuit d'amplificador d'àudio de 25 watts mitjançant tda2040

Els amplificadors són l’eix vertebrador de l’electrònica analògica. S'utilitzen molt en el camp de la indústria electrònica. Els amplificadors s’utilitzen gairebé a totes les aplicacions relacionades amb l’àudio.

L’amplificador de potència és la part de l’electrònica d’àudio. Està dissenyat per maximitzar la magnitud de la potència del senyal d'entrada donat. En electrònica de so, l'amplificador operacional augmenta el voltatge del senyal, però no pot proporcionar el corrent, que és necessari per conduir una càrrega. En aquest tutorial, crearem un amplificador de 25W amb amplificador de potència TDA2040 IC amb un altaveu d’impedància de 4 Ohms connectat.

Topologia constructiva per a amplificadors

En un sistema de cadena d' amplificadors, l'amplificador de potència s'utilitza en l'última o última etapa abans de la càrrega. Generalment, el sistema d'amplificador de so utilitza la topologia següent que es mostra al diagrama de blocs

Com podeu veure al diagrama de blocs anterior, l'amplificador de potència és l'última etapa que està directament connectada a la càrrega. Generalment, abans de l’amplificador de potència, el senyal es corregeix mitjançant amplificadors pre amplificadors i controls de tensió. A més, en alguns casos, on es necessita un control de to, s’afegeix el circuit de control de to abans de l’amplificador de potència.

Conegueu la vostra càrrega

En el cas del sistema amplificador d'àudio, la càrrega i la capacitat de càrrega de l'amplificador són un aspecte important en la construcció. La càrrega principal d’un amplificador de potència és l’altaveu alt. La sortida de l'amplificador de potència depèn de la impedància de càrrega, de manera que connectar una càrrega incorrecta pot comprometre l'eficiència de l'amplificador de potència, així com l'estabilitat.

Loud Speaker és una càrrega enorme que actua com a càrrega inductiva i resistiva. L'amplificador de potència proporciona sortida de CA, a causa d'això, la impedància de l'altaveu és un factor crític per a una correcta transferència de potència.

La impedància és la resistència efectiva d’un circuit o component electrònic per al corrent altern, que sorgeix dels efectes combinats relacionats amb la resistència òhmica i la reactància.

A l’electrònica d’àudio, hi ha diferents tipus d’altaveus disponibles en diferents potències amb impedància diferent. La impedància dels altaveus es pot entendre millor utilitzant la relació entre el flux d’aigua dins d’una canonada. Penseu que l’altaveu és una canonada d’aigua, l’aigua que flueix per la canonada és el senyal d’àudio alternatiu. Ara, si la canonada es fa més gran de diàmetre, l’aigua fluirà fàcilment per la canonada, el volum d’aigua serà més gran i, si disminuïm el diàmetre, menys aigua fluirà per la canonada, de manera que el volum d’aigua serà més baix. El diàmetre és l’efecte creat per la resistència òhmica i la reactància. Si la canonada es fa més gran de diàmetre, la impedància serà baixa,de manera que l’altaveu pot obtenir més potència i l’amplificador proporciona més escenari de transferència de potència i, si la impedància augmenta, l’amplificador proporcionarà menys potència a l’altaveu.

Hi ha diferents opcions, així com diferents segments d’altaveus disponibles al mercat, generalment amb 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms i 32 ohms, dels quals els altaveus de 4 i 8 ohms estan àmpliament disponibles a preus econòmics. A més, hem d’entendre que un amplificador de 5 watts, 6 watts o 10 watts o més és la potència RMS (Root Mean Square), subministrada per l’amplificador a una càrrega específica en funcionament continu.

Per tant, hem d’anar amb compte amb la classificació dels altaveus, la classificació de l’amplificador, l’eficiència dels altaveus i la impedància.

Construcció d'un amplificador simple de 25W

En els nostres tutorials anteriors, vam fabricar un amplificador de 10 watts amb amplificador operatiu i transistor de potència. Però per a aquest tutorial, crearem un amplificador de potència de 25W que accionarà un altaveu d’impedància de 4 Ohms. Utilitzarem un amplificador de potència específic IC per a això. Hem seleccionat l’ amplificador de potència TDA2040 IC.

A la imatge superior, es mostra TDA2040. Està disponible a la majoria de botigues en línia genèriques i a eBay. El paquet s'anomena paquet " Pentawatt " amb 5 pins de sortida. El diagrama de pinout és bastant senzill i està disponible al full de dades,

La pestanya està connectada al pin 3 o al –Vs (font d'alimentació negativa). Per no parlar, el dissipador de calor connectat a la pestanya també obté la mateixa connexió.

Si comprovem el full de dades, també podem veure les característiques d’aquest CI d’amplificador de potència

Les característiques de l’IC són força bones. Proporciona protecció contra el curtcircuit a terra. A més, la protecció tèrmica proporcionarà característiques de seguretat addicionals a causa d’una condició de sobrecàrrega. Com podem veure, el TDA2040 és capaç de proporcionar una sortida de 25 Watts a una càrrega de 4 Ohms si es connecta una font d'alimentació dividida amb sortida de +/- 17V. En aquest cas, el THD (Distorsió Harmònica Total) serà del 0,5%. En la mateixa configuració, si obtenim una potència de 30 watts, el THD passarà al 10%.

A més, hi ha un altre gràfic al full de dades que proporciona la relació entre la tensió de subministrament i la potència de sortida.

Si veiem el gràfic, podem aconseguir una potència de sortida superior a 26 Watts si fem servir una font d’alimentació dividida amb una sortida de més de 15 V. Per tant, fem que l’amplificador de potència funcioni amb altaveus d’impedància de 4 ohms a 25 Watt sense comprometre el THD.

Components necessaris

Per construir el circuit necessitem els components següents:

1. Tauler Vero (es pot utilitzar qualsevol persona punteada o connectada)
2. Soldador
3. Filferro de soldadura
4. Eina per separar filferro i filferro
5. Filferros
6. Dissipador de calor d'alumini
7. Font d'alimentació de rail a ferrocarril de 17V amb via elèctrica de + 17V GND -17V
8. Altaveu de 4 ohms de 25 watts
9. 4.7R resistència de 1/2 watt
10. 680R Resistència 1/4 ^º watts
11. Resistència de 22 k
12. 10k resistència
13. Condensador 100nF /.1uF 4pcs
14. Condensador de 22uF
15. TDA2040

Diagrama i explicació del circuit de l’amplificador d’àudio de 25 watts

L’esquema de l’amplificador d’àudio de 25 watts és bastant senzill; El TDA2040 amplifica el senyal i proporciona una potència RMS de 25 Watts a l'altaveu de 4 ohms. C4 i C5 s’utilitzen com a condensador de filtre de desacoblament. C1 i R1 actuen com a filtre. R2, R3 i C2 proporcionen la retroalimentació necessària a l'amplificador de potència. R4 i C3 són el circuit descontrolat per frenar la retroalimentació de la càrrega inductiva (Loud Speaker).

Prova del circuit d'amplificació de 25 watts

Hem utilitzat eines de simulació de proteus per comprovar la sortida del circuit; hem mesurat la sortida a l'oscil·loscopi virtual. Podeu consultar el vídeo de demostració complet que es mostra a continuació

Estem alimentant el circuit mitjançant +/- 17V i es proporciona el senyal sinusoïdal d’entrada. L'oscil·loscopi està connectat a la sortida contra una càrrega de 4 ohms al canal A (groc) i el senyal d'entrada es connecta al canal B (blau).

Podem veure la diferència de sortida entre el senyal d’entrada i la sortida amplificada al vídeo: -

A més, hem comprovat la potència de sortida; la potència de l'amplificador depèn en gran mesura de diverses coses, com s'ha comentat abans. Depèn en gran mesura de la impedància dels altaveus, l’eficiència dels altaveus, l’eficiència de l’amplificador, les topologies de construcció, les distorsions harmòniques totals, etc. El circuit de la vida real és diferent del de la simulació, ja que cal tenir en compte molts factors en comprovar o provar la sortida.

Càlcul de potència de l'amplificador

Hem utilitzat una fórmula senzilla per calcular la potència de l'amplificador:

Potència de l'amplificador = V ² / R

Hem connectat un multímetre de corrent altern a la sortida. La tensió de corrent altern que es mostra al multímetre és de voltatge altern de pic a pic.

Vam proporcionar un senyal sinusoïdal de baixa freqüència de pocs 25-50 Hz. Com passa amb la freqüència baixa, l’amplificador subministrarà més corrent a la càrrega i el multímetre serà capaç de detectar correctament la tensió de corrent altern.

El multímetre mostrava + 10,1 V CA. Per tant, segons la fórmula, la sortida de l’amplificador de potència a 4 Ohms de càrrega és

Amplificador de Potència = 10,1 ² /4 Amplificador de Potència = 25,50 (25W aproximadament)

Coses que cal recordar mentre es construeix un amplificador de 25w

Quan es construeix el circuit, l’amplificador de potència TDA2040 s’ha de connectar correctament amb el dissipador de calor. Un dissipador de calor més gran proporciona un millor resultat. A més, és bo utilitzar condensadors tipus caixa de qualitat sonora per obtenir un millor resultat.

Sempre és una bona opció utilitzar PCB per a aplicacions relacionades amb l'àudio. La millor manera de construir el PCB és fent referència a les directrius del fabricant de CI. Hi ha un disseny de referència de PCB proporcionat a la fitxa tècnica de TDA2040.

A la imatge anterior, es mostra un circuit de mostra amb el disseny de PCB. És millor quedar-se amb el disseny de referència i té una proporció 1: 1. Disminuirà l'acoblament del soroll a la sortida.

A més, proveu d’utilitzar altaveus de 4 ohms d’eficiència superior amb potència adequada per conduir amb aquest amplificador de potència.