- Konštrukčná topológia pre zosilňovače
- Poznaj svoju záťaž
- Konštrukcia jednoduchého 25W zosilňovača
- Požadované komponenty
- Obvodový diagram a vysvetlenie 25-wattového zosilňovača zvuku
- Testovanie obvodu zosilňovača 25 wattov
- Výpočet výkonu zosilňovača
- Na čo treba pamätať pri konštrukcii 25w zosilňovača
Zosilňovače sú chrbticou analógovej elektroniky. Obzvlášť sa používajú v oblasti elektronického priemyslu. Zosilňovače sa používajú takmer vo všetkých aplikáciách súvisiacich so zvukom.
Výkonový zosilňovač je súčasťou audio elektroniky. Je navrhnutý tak, aby maximalizoval veľkosť výkonu f daného vstupného signálu. V zvukovej elektronike operačný zosilňovač zvyšuje napätie signálu, ale nedokáže poskytnúť prúd, ktorý je potrebný na pohon záťaže. V tomto tutoriáli postavíme 25W zosilňovač pomocou výkonového zosilňovača TDA2040 IC s pripojeným impedančným reproduktorom 4 Ohmy.
Konštrukčná topológia pre zosilňovače
V zosilňovača reťazového systému, výkonový zosilňovač sa používa v poslednej alebo konečný stupeň pred zaťažením. Všeobecne platí, že systém zosilňovača zvuku používa nižšie uvedenú topológiu uvedenú v blokovej schéme
Ako vidíte na vyššie uvedenom blokovom diagrame, výkonový zosilňovač je posledným stupňom, ktorý je priamo pripojený k záťaži. Všeobecne je pred výkonovým zosilňovačom signál korigovaný pomocou predzosilňovačov a zosilňovačov riadenia napätia. Tiež v niektorých prípadoch, keď je potrebné riadenie tónu, sa obvod riadenia tónu pridá pred výkonový zosilňovač.
Poznaj svoju záťaž
V prípade systému zosilňovača zvuku je dôležitým aspektom v konštrukcii zaťaženie a kapacita zaťaženia zosilňovača. Major zaťaženie pre výkonový zosilňovač je Reproduktor. Výstup výkonového zosilňovača závisí od impedancie záťaže, takže pripojenie nesprávnej záťaže by mohlo ohroziť účinnosť výkonového zosilňovača aj jeho stabilitu.
Loud Speaker je veľká záťaž, ktorá funguje ako indukčná a odporová záťaž. Výkonový zosilňovač poskytuje striedavý výstup, kvôli čomu je impedancia reproduktora rozhodujúcim faktorom pre správny prenos energie.
Impedancia je efektívny odpor elektronického obvodu alebo komponentu na striedavý prúd, ktorý vzniká kombinovanými účinkami súvisiacimi s ohmickým odporom a reaktanciou.
V audio elektronike sú k dispozícii rôzne typy reproduktorov s rôznym príkonom a rôznou impedanciou. Impedanciu reproduktorov najlepšie pochopíme pomocou vzťahu medzi prietokom vody vo vnútri potrubia. Stačí si predstaviť reproduktor ako vodnú fajku, voda pretekajúca potrubím je striedavý zvukový signál. Teraz, ak bude mať potrubie väčší priemer, bude voda ľahko pretekať potrubím, objem vody bude väčší a ak zmenšíme priemer, tým menej vody pretečie potrubím, takže objem vody bude menší nižšie. Priemer je efekt vytvorený ohmickým odporom a reaktanciou. Ak bude mať potrubie väčší priemer, bude impedancia nízka,takže reproduktor môže získať väčší výkon a zosilňovač poskytuje vyšší scenár prenosu energie, a ak sa impedancia zvýši, zosilňovač poskytne reproduktoru menej energie.
Na trhu je k dispozícii rôzne možnosti a tiež rôzne segmenty reproduktorov, zvyčajne so 4 ohmami, 8 ohmami, 16 ohmami a 32 ohmami, z ktorých sú široko dostupné 4 a 8 ohmové reproduktory za lacné ceny. Musíme tiež pochopiť, že zosilňovač s výkonom 5 W, 6 W alebo 10 W alebo viac predstavuje príkon RMS (Root Mean Square), ktorý dodáva zosilňovač na konkrétnu záťaž v nepretržitej prevádzke.
Musíme si dávať pozor na hodnotenie reproduktorov, hodnotenie zosilňovačov, účinnosť reproduktorov a impedanciu.
Konštrukcia jednoduchého 25W zosilňovača
V našich predchádzajúcich tutoriáloch sme vyrobili 10Wattový zosilňovač pomocou operačného zosilňovača a výkonového tranzistora. Ale pre tento tutoriál postavíme 25W výkonový zosilňovač, ktorý bude poháňať 4 ohmový impedančný reproduktor. Použijeme na to konkrétny IC výkonového zosilňovača. Vybrali sme výkonový zosilňovač TDA2040 IC.
Na vyššie uvedenom obrázku je znázornený model TDA2040. Je k dispozícii vo väčšine všeobecných online obchodov aj na eBay. Balík sa nazýva balíček „ Pentawatt “ s 5 výstupnými pinmi. Schéma zapojenia je pomerne jednoduchá a je k dispozícii v údajovom liste,
Karta je pripojená na pin 3 alebo –Vs (záporný zdroj napájania). Nehovoriac o tom, že rovnaké spojenie získava aj chladič spojený s kartou.
Ak skontrolujeme údajový list, môžeme vidieť aj vlastnosti tohto výkonového zosilňovača IC
Vlastnosti IC sú celkom dobré. Poskytuje ochranu proti skratu k zemi. Tepelná ochrana tiež poskytne ďalšie bezpečnostné prvky v dôsledku preťaženia. Ako vidíme, TDA2040 je schopný poskytnúť výstup 25 Watt na záťaž 4 Ohmy, ak je pripojený rozdelený zdroj napájania s výstupom +/- 17V. V takom prípade bude THD (celkové harmonické skreslenie) 0,5%. V rovnakej konfigurácii, ak dosiahneme výkon 30 W, stane sa THD 10%.
V údajovom liste sa nachádza aj ďalší graf, ktorý poskytuje vzťah medzi napájacím napätím a výstupným príkonom.
Ak vidíme graf, môžeme dosiahnuť výstupný výkon viac ako 26 W, ak použijeme rozdelený zdroj s výstupom viac ako 15 V. Takže, poďme urobiť výkonový zosilňovač pre prácu s 4 ohm impedancia reproduktora pri 25Watt bez ohrozenia THD.
Požadované komponenty
Na zostrojenie obvodu potrebujeme nasledujúce komponenty -
- Doska Vero (môže byť použitý každý s bodkou alebo pripojený)
- Spájkovačka
- Spájkovací drôt
- Nástroj na odizolovanie a odizolovanie drôtov
- Drôty
- Hliníkový chladič
- 17V napájací zdroj Rail-Rail s napájacím vedením + 17V GND -17V
- 4 ohmový 25 W reproduktor
- 4.7R odpor 1/2 Watt
- 680R rezistor 1/4 th Watt
- 22k rezistor
- 10k rezistor
- 100nF /.1uF kondenzátor 4ks
- 22uF kondenzátor
- TDA2040
Obvodový diagram a vysvetlenie 25-wattového zosilňovača zvuku
Schéma zosilňovača zvuku s výkonom 25 W je dosť jednoduchá; TDA2040 zosilňuje signál a poskytuje 25 Watt RMS príkon do 4 ohmového reproduktora. C4 a C5 použité ako oddeľovací filtračný kondenzátor. C1 a R1 pôsobia ako filter. R2, R3 a C2 poskytujú potrebnú spätnú väzbu výkonovému zosilňovaču. R4 a C3 sú tlmiace obvody na upnutie spätnej väzby z indukčnej záťaže (Loud Speaker).
Testovanie obvodu zosilňovača 25 wattov
Na kontrolu výstupu obvodu sme použili nástroje na simuláciu proteus; namerali sme výstup vo virtuálnom osciloskope. Môžete si pozrieť kompletné ukážkové video uvedené nižšie
Napájame obvod pomocou +/- 17V a je zabezpečený vstupný sínusový signál. Osciloskop je pripojený na výstup proti zaťaženiu 4 ohmy na kanáli A (žltý) a vstupný signál je pripojený na kanál B (modrý).
Na videu môžeme vidieť výstupný rozdiel medzi vstupným signálom a zosilneným výstupom: -
Tiež sme skontrolovali výstupný výkon, výkon zosilňovača je vysoko závislý na viacerých veciach, ako už bolo uvedené. Je to veľmi závislé od impedancie reproduktora, účinnosti reproduktora, účinnosti zosilňovača, konštrukčných topológií, celkového harmonického skreslenia atď. Nemohli sme brať do úvahy alebo vypočítať všetky možné faktory, z ktorých sa vytvárajú závislosti vo príkone zosilňovača. Obvod skutočného života sa líši od simulácie, pretože pri kontrole alebo testovaní výstupu je potrebné zohľadniť veľa faktorov.
Výpočet výkonu zosilňovača
Použili sme jednoduchý vzorec na výpočet príkonu zosilňovača -
Príkon zosilňovača = V 2 / R
Cez výstup sme pripojili AC multimetr. Striedavé napätie zobrazené na multimetri je špičkové striedavé napätie.
Poskytli sme veľmi nízkofrekvenčný sínusový signál niekoľkých 25 - 50 Hz. Rovnako ako pri nízkej frekvencii, zosilňovač dodá do záťaže väčší prúd a multimetr bude schopný správne detekovať striedavé napätie.
Multimetr ukazoval + 10,1 V AC. Takže podľa vzorca je výstup výkonového zosilňovača pri zaťažení 4 Ohmy
Zosilňovač Výkon = 10,1 2 /4 Zosilňovač Príkon = 25,50 (25W približne)
Na čo treba pamätať pri konštrukcii 25w zosilňovača
Pri konštrukcii obvodu je potrebné výkonový zosilňovač TDA2040 správne prepojiť s chladičom. Väčší chladič poskytuje lepší výsledok. Pre lepší výsledok je tiež dobré použiť kondenzátorové skrinky kondenzátora.
Pre aplikáciu súvisiacu so zvukom je vždy dobrá voľba použiť PCB. Najlepším spôsobom, ako zostaviť PCB, je odkazovať na pokyny výrobcu IC. V údajovom liste TDA2040 je uvedený referenčný dizajn PCB.
Na vyššie uvedenom obrázku je znázornený vzorový obvod s usporiadaním PCB. Je lepšie držať sa referenčného rozloženia a je v pomere 1: 1. Zníži sa šumová väzba na výstupe.
Skúste tiež použiť 4 ohmový reproduktor s vyššou účinnosťou a správnym príkonom na pohon s týmto výkonovým zosilňovačom.