40 vatų garso stiprintuvas, naudojant tda2040 ir tranzistorių porą

Galios stiprintuvas yra garso elektronikos dalis. Jis skirtas maksimaliai padidinti duoto įvesties signalo galios dydį. Garso elektronikoje operacinis stiprintuvas padidina signalo įtampą, tačiau negali užtikrinti srovės, reikalingos apkrovai valdyti. Šioje pamokoje sukursime 40 W stiprintuvą naudodami „TDA2040“ galios stiprintuvo IC ir du galios tranzistorius su prie jo prijungtu 4 omų impedansiniu garsiakalbiu.

Stiprintuvų konstrukcijos topologija

Į stiprintuvo grandinės sistema, maitinimo stiprintuvas yra naudojamas ne paskutinę arba galutiniame etape prieš krūvį. Paprastai garso stiprintuvo sistema naudoja žemiau pateiktą topologiją, parodytą blokinėje diagramoje

Kaip matote aukščiau pateiktoje blokinėje diagramoje, galios stiprintuvas yra paskutinis etapas, tiesiogiai sujungtas su apkrova. Paprastai prieš galios stiprintuvą signalas koreguojamas naudojant išankstinius stiprintuvus ir įtampos valdymo stiprintuvus. Be to, kai kuriais atvejais, kai reikalingas tono valdymas, tono valdymo schema pridedama prieš galios stiprintuvą.

Žinok savo krūvį

Garso stiprintuvo sistemos atveju stiprintuvo apkrova ir apkrovos varomoji galia yra svarbus aspektas statyboje. Pagrindinė galios stiprintuvo apkrova yra garsiakalbis. Galios stiprintuvo išėjimas priklauso nuo apkrovos varžos, todėl netinkamos apkrovos prijungimas gali pakenkti galios stiprintuvo efektyvumui ir stabilumui.

Garsiakalbis yra didžiulė apkrova, kuri veikia kaip indukcinė ir varžinė apkrova. Galios stiprintuvas teikia kintamosios srovės išvestį, todėl garsiakalbio varža yra labai svarbus veiksnys norint tinkamai perduoti energiją.

Varža yra efektyvi kintamosios srovės elektroninės grandinės ar komponento varža, atsirandanti dėl bendro poveikio, susijusio su omine varža ir reaktyvumu.

„Audio electronics“ skirtingi garsiakalbių tipai yra skirtingos galios ir skirtingos impedanso. Garsiakalbio varža gali būti geriausiai suprantama naudojant vandens srauto santykį vamzdžio viduje. Tiesiog pagalvokite, kad garsiakalbis yra vandens vamzdis, o vamzdžiu tekantis vanduo yra kintamasis garso signalas. Dabar, jei vamzdis taps didesnis skersmens, vanduo lengvai tekės per vamzdį, vandens tūris bus didesnis, o jei mes sumažinsime skersmenį, tuo mažiau vandens tekės per vamzdį, taigi vandens tūris bus žemesnis. Skersmuo yra poveikis, kurį sukuria ominis atsparumas ir reaktyvumas. Jei vamzdis bus didesnis skersmens, varža bus maža,todėl garsiakalbis gali gauti daugiau galios, o stiprintuvas suteikia daugiau energijos perdavimo scenarijų, o jei varža padidės, stiprintuvas suteiks mažiau galios garsiakalbiui.

Rinkoje yra įvairių pasirinkimų, taip pat yra skirtingų garsiakalbių segmentų, paprastai su 4 omų, 8 omų, 16 omų ir 32 omų, iš kurių 4 ir 8 omų garsiakalbiai yra plačiai prieinami pigiais tarifais. Be to, turime suprasti, kad 5 W, 6 W ar 10 W ar dar daugiau stiprintuvas yra RMS (Root Mean Square) galia, kurią stiprintuvas teikia tam tikrai apkrovai nuolat veikdamas.

Taigi, turime būti atsargūs kalbėdami apie garsiakalbių reitingą, stiprintuvo reitingą, garsiakalbio efektyvumą ir varža.

Paprasto 40W stiprintuvo konstrukcija

Ankstesnėse mūsų pamokose mes sukūrėme 10 W stiprintuvą naudodami „Op-amp“ ir galios tranzistorius, taip pat sukonstravome 25 W stiprintuvą naudodami „TDA2040“. Tačiau šiai pamokai mes sukursime 40 W galios stiprintuvą, kuris valdys 4 omų impedansinį garsiakalbį. Mes naudosime tą patį „ TDA2040“, kuris buvo naudojamas 25 W galios stiprintuve, tačiau norėdami gauti 40 W galios išėjimą, naudosime papildomus galios tranzistorius.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta TDA2040. Jį galima įsigyti daugelyje bendrinių internetinių parduotuvių, taip pat „eBay“. Paketas vadinamas „ Pentawatt “ paketu su 5 išvesties kaiščiais. Pinouto schema yra gana paprasta ir prieinama duomenų lape,

Skirtukas yra prijungtas prie 3 kaiščio arba –Vs (neigiamas tiekimo šaltinis). Maža to, tą patį ryšį gauna ir su skirtuku sujungtas radiatorius.

Jei patikrinsime duomenų lapą, taip pat galime pamatyti šio galios stiprintuvo IC savybes

IC savybės yra gana geros. Tai užtikrina trumpojo jungimo apsaugą nuo žemės. Be to, šiluminė apsauga suteiks papildomų saugos funkcijų dėl perkrovos sąlygų. Kaip matome, „TDA2040“ gali užtikrinti 25 W išėjimą iki 4 omų apkrovos, jei prijungtas padalytas maitinimo šaltinis su +/- 17 V išėjimu. Tokiu atveju THD (bendrasis harmoninis iškraipymas) bus 0,5%. Ta pačia konfigūracija, jei gausime 30 W galios, THD taps 10%.

Be to, duomenų lape yra dar vienas grafikas, kuriame pateikiamas ryšys tarp maitinimo įtampos ir išėjimo galios.

Jei pamatysime grafiką, galime pasiekti daugiau nei 26 W išėjimo galią, jei naudosime padalytą maitinimo šaltinį, kurio išėjimas yra didesnis nei 15 V.

Taigi, kaip jau matėme, kad naudojant TDA2040 galima pasiekti 25 W nuolatinę galią. Bet mes norime pagaminti 40 W galios stiprintuvą. Taigi, papildomai 15 vatų, turime pridėti du galios tranzistorius NPN ir PNP, kad gautume papildomą stiprinimą ir išėjimo galią per 4 omų garsiakalbį.

Norėdami pasiekti šį papildomą galios stiprinimą, mes panaudojome suderintus porinius tranzistorius BD712 ir BD711. Abu tranzistoriai yra TO-220C pakuotėje.

BD711 ir BD712 kaiščių schema yra

Norint pasiekti puikų veikimą be kompromisų THD, mums reikia 36 V maitinimo šaltinio, kad galėtume pasiekti 40 W galią. Nors ši grandinė gali būti maitinama naudojant 15–40 V DC.

Reikalingi komponentai

Norėdami sukurti grandinę, turime šiuos komponentus:

„Vero“ lenta (gali būti naudojamas taškuotas ar prijungtas bet kas)
Lituoklis
Litavimo viela
„Nipper“ ir „Wire stripper“ įrankis
Laidai
Aliuminio šilumos kriauklė KS-58
36 V vieno maitinimo šaltinis
4 omų 40 vatų garsiakalbis
4 vnt 1,5R rezistoriai 1/2 vatų rezistoriai
4vnt 100k rezistorius 1/4 ^th vatas
12k rezistorius
1R rezistorius su 2 vatų galia
470nF kondensatorius
100uF kondensatorius
TDA2040
1N4148 Diodas du vnt
220nF kondensatorius
2200uF kondensatorius
4.7uF kondensatorius
BD711 ir BD712 tranzistorių pora.

Grandinės schema ir paaiškinimas

Schema yra gana paprastas 40 vatų garso stiprintuvas; „TDA2040“ stiprina signalą ir teikia 25 W RMS galią. Papildomas galios stiprinimas atliekamas naudojant BD711 ir BD712 tranzistorių poras. Įvesties kondensatorius 470nF yra nuolatinės srovės blokavimo kondensatorius, leidžiantis praleisti tik kintamosios srovės signalą. Vienas svarbiausių dalykų yra viena maitinimo įtampa. Kadangi stiprintuvas maitinamas naudojant vieną maitinimo šaltinį, įvesties signalą reikia pakelti virš kelių voltų, kad stiprintuvas galėtų sustiprinti signalą tiek teigiama, tiek neigiama smailėmis. Rezistoriai R6, R9 ir R7, R8 teikia įtampą maitinimo tranzistoriams ir galios stiprintuvams. R10 ir C5 yra „snubber“ arba „RC“ spaustuko grandinė, skirta apsaugoti stiprintuvą nuo didžiulės indukcinės garsiakalbio apkrovos.

40 vatų stiprintuvo grandinės testavimas

Mes naudojome proteus modeliavimo įrankius, kad patikrintume grandinės išvestį; matavome išėjimą virtualiame osciloskope. Galite patikrinti visą žemiau pateiktą demonstracinį vaizdo įrašą.

Mes maitiname grandinę naudodami 36 VDC ir pateikiamas sinusoidinis įvesties signalas. Osciloskopas yra sujungtas išėjime prieš 4 omų apkrovą kanale A (geltonas) ir įėjimo signalą, sujungtą per kanalą B (mėlynas).

Išvesties skirtumą tarp įvesties signalo ir sustiprintos išvesties galime pamatyti vaizdo įraše: -

Be to, mes patikrinome išėjimo galią, stiprintuvo galia labai priklauso nuo kelių dalykų, kaip aptarta anksčiau. Tai labai priklauso nuo garsiakalbio impedanso, garsiakalbio efektyvumo, stiprintuvo efektyvumo, konstrukcijos topologijų, visų harmoninių iškraipymų ir kt. Mes negalėjome apsvarstyti ar apskaičiuoti visų galimų veiksnių, kurie sukuria stiprintuvo galios priklausomybę. Tikrojo gyvenimo grandinė skiriasi nuo modeliavimo, nes tikrinant ar tikrinant išvestį reikia atsižvelgti į daugelį veiksnių.

Stiprintuvo galios apskaičiavimas

Mes naudojome paprastą formulę, kad apskaičiuotume stiprintuvo galią.

Stiprintuvo galia = V ² / R

Mes išėjime sujungėme kintamosios srovės kelių metrų skaitiklį. Kintama įtampa, rodoma keliuose matuokliuose, yra kintamosios ir kintamosios įtampos.

Mes teikėme labai žemo dažnio sinusinį signalą 200Hz. Kaip ir žemo dažnio atveju, stiprintuvas į apkrovą tieks daugiau srovės, o multimetras galės tinkamai aptikti kintamosios srovės įtampą.

Multimetras rodė + 12,5 V AC. Taigi pagal formulę galios stiprintuvo išėjimas esant 4 omų apkrovai yra

Stiprintuvas galia vatais = 12,5 ² /4 stiprintuvas galia vatais = 39.06 (40W apytiksliai)

Dalykai, kuriuos reikia atsiminti statant 40w stiprintuvą

Konstruojant grandinę, galios stiprintuvą TDA2040 reikia tinkamai prijungti prie radiatoriaus. Didesnis radiatorius suteikia geresnį rezultatą. Be to, norint naudoti geresnį rezultatą, gerai naudoti garso klasės reitingo dėžutės tipo kondensatorius.

Visada yra geras pasirinkimas naudoti PCB su garsu susijusioms programoms. Geriausias būdas sukurti PCB yra remtis IC gamintojo rekomendacijomis.

Padarykite garso signalo pėdsakus kuo trumpesnius, kad sumažintumėte nepageidaujamą triukšmo sukibimą.
Maitinimo tranzistoriai turi būti prijungti prie tinkamų šilumos šalintuvų. Galima naudoti KS-58 serijos radiatorių.
Nenaudokite vieno didelio radiatoriaus ir sutvarkykite TDA2040, BD711 ir BD712. Priešingu atveju naudokite atskirus radiatorius atskiriems komponentams, bus trumpojo jungimo sąlygos.
Kitu atveju būkite atsargūs kalbėdami apie garsiakalbio galią, nes garsiakalbis gali būti sudegintas ir sugadintas.
Nenuimkite spaustuko ar įtempiklio grandinės. Tai labai svarbu, norint saugiai maitinti tranzistorius ir stiprintuvą.
Nenaudokite didelio stiprintuvo signalo stiprintuve, THD padidės.