Amplificador d'àudio de 40 watts amb parell de transistors i tda2040

L’amplificador de potència és la part de l’electrònica de so. 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 40W amb amplificador de potència TDA2040 IC i dos transistors de potència 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 40W

En els nostres tutorials anteriors, vam fabricar un amplificador de 10 watts amb amplificadors d’Op i transistors de potència, també vam construir un amplificador de 25 watts amb TDA2040. Però per a aquest tutorial, crearem un amplificador de potència de 40W que accionarà un altaveu d’impedància de 4 Ohms. Utilitzarem el mateix TDA2040 que s’utilitzava a l’ amplificador de potència de 25 watts, però per obtenir una potència de sortida de 40 watts utilitzarem transistors de potència addicionals.

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 més de 15 V.

Per tant, com ja hem vist que és possible aconseguir una sortida contínua de 25 watts mitjançant TDA2040. Però volem fabricar un amplificador de potència de 40 watts. Per tant, aquest 15 watts addicionals, hem d’afegir dos transistors de potència NPN i PNP per proporcionar amplificació addicional i potència de sortida a través de l’altaveu de 4 Ohms.

Per aconseguir aquesta amplificació de potència addicional, hem utilitzat transistors de potència de parell BD712 i BD711. Tots dos transistors estan disponibles en el paquet TO-220C.

El diagrama de fixació del BD711 i el BD712 és

Per a un funcionament perfecte sense comprometre THD, necessitem una font d’alimentació de 36V per aconseguir una sortida de 40 watts. Tot i que aquest circuit es pot alimentar utilitzant 15V a 40VDC.

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 KS-58
7. Alimentació única de 36V
8. Altaveu de 4 ohms de 40 watts
9. 4 unitats de resistència 1.5R resistències de 1/2 watt
10. 4pcs 100k Resistència 1/4 ^º watts
11. Resistència de 12 k
12. Una resistència 1R amb una potència nominal de 2 watts
13. Condensador 470nF
14. Condensador de 100uF
15. TDA2040
16. 1N4148 Diodo dos pcs
17. Condensador de 220 nF
18. Condensador de 2200uF
19. Condensador de 4,7 uF
20. Parell de transistors BD711 i BD712.

Diagrama del circuit i explicació

L’esquema és amplificador d’àudio de 40 watts força senzill; el TDA2040 amplifica el senyal i proporciona una potència RMS de 25W. L’amplificació de potència addicional es fa mitjançant parells de transistors BD711 i BD712. El condensador d’entrada 470nF és el condensador de bloqueig de CC que només permetrà passar el senyal de corrent altern. Una cosa important és la tensió d'alimentació única. Com que l'amplificador s'alimenta mitjançant una única font, el senyal d'entrada ha de ser elevat per sobre d'uns quants volts perquè l'amplificador pugui amplificar el senyal tant en un pic positiu com negatiu. Els resistors R6, R9 i R7, R8 proporcionen una tensió de polarització als transistors de potència i als amplificadors de potència. El R10 i el C5 són el circuit de pinça de protecció o RC que protegeix l'amplificador d'una enorme càrrega inductiva de l'altaveu.

Prova del circuit d'amplificació de 40 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 36VDC i es proporciona el senyal sinusoïdal d’entrada. L'oscil·loscopi està connectat a la sortida amb una càrrega de 4 ohms al canal A (groc) i al senyal d'entrada connectat 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 200 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 + 12,5V AC. Per tant, segons la fórmula, la sortida de l’amplificador de potència a 4 Ohms de càrrega és

Amplificador de Potència = 12,5 ² /4 Amplificador de Potència = 39,06 (40W aproximadament)

Coses que cal recordar mentre es construeix un amplificador de 40w

En construir el circuit, cal que l’amplificador de potència TDA2040 estigui connectat 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.

1. Feu que el traç del senyal d’àudio sigui el més curt possible per reduir l’acoblament de soroll no desitjat.
2. Els transistors de potència han d’estar connectats amb dissipadors de calor adequats. Es pot utilitzar el dissipador de calor de la sèrie KS-58.
3. No utilitzeu un sol dissipador de calor gran i fixeu TDA2040, BD711 i BD712. Utilitzeu dissipadors de calor separats per a components independents, en cas contrari, hi haurà condicions de curtcircuit.
4. Altrament, tingueu cura de la potència dels altaveus, ja que es pot cremar i danyar.
5. No traieu la pinça ni el circuit de barres, és molt essencial per a la seguretat dels transistors de potència i l'amplificador de potència.
6. No apliqueu un senyal amplificat gran a l’amplificador, el THD augmentarà.