- Konštrukčná topológia pre zosilňovače
- Poznaj svoju záťaž
- Konštrukcia jednoduchého 40W zosilňovača
- Požadované komponenty
- Schéma zapojenia a vysvetlenie
- Testovanie 40-wattového obvodu zosilňovača
- Výpočet výkonu zosilňovača
- Na čo treba pamätať pri konštrukcii 40w zosilňovača
Výkonový zosilňovač je súčasťou zvukovej elektroniky. Je navrhnutý tak, aby maximalizoval veľkosť výkonu daného vstupného signálu. V zvukovej elektronike operačný zosilňovač zvyšuje napätie signálu, ale nedokáže poskytnúť prúd, ktorý je potrebný na pohon záťaže. V tomto výučbe zostavíme 40W zosilňovač pomocou výkonového zosilňovača TDA2040 IC a dva výkonové tranzistory 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 40W zosilňovača
V našich predchádzajúcich tutoriáloch sme vyrobili 10 Wattový zosilňovač pomocou operačného zosilňovača a výkonových tranzistorov, taktiež sme skonštruovali 25 Wattový zosilňovač pomocou TDA2040. Ale pre tento tutoriál postavíme 40W výkonový zosilňovač, ktorý bude poháňať 4 ohmový impedančný reproduktor. Použijeme ten istý TDA2040, ktorý sa použil v 25 Wattovom zosilňovači výkonu, ale aby sme dostali 40 Wattový výkon, použijeme ďalšie výkonové tranzistory.
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.
Ako sme už videli, je možné dosiahnuť nepretržitý výkon 25 Watt cez TDA2040. Ale chceme vyrobiť 40 Wattový zosilňovač. Takže k týmto ďalším 15 wattom musíme pridať dva výkonové tranzistory NPN a PNP, aby sme zaistili ďalšie zosilnenie a výstupný výkon cez 4 ohmový reproduktor.
Aby sme dosiahli toto ďalšie zosilnenie výkonu, použili sme výkonové tranzistory párovaného páru BD712 a BD711. Oba tranzistory sú k dispozícii v balení TO-220C.
Schéma zapojenia BD711 a BD712 je
Pre dokonalú prevádzku bez kompromisov THD potrebujeme napájanie 36V, aby sme dosiahli výkon 40 W. Aj keď tento obvod môže byť napájaný pomocou 15V až 40VDC.
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 KS-58
- 36 V Jeden napájací zdroj
- 4 ohmový 40 Wattový reproduktor
- 4 ks 1,5R rezistor 1/2 Wattové rezistory
- 4ks 100k rezistor 1/4 th Watt
- 12k rezistor
- Rezistor 1R s výkonom 2 W
- 470nF kondenzátor
- 100uF kondenzátor
- TDA2040
- 1N4148 Dióda dva kusy
- Kondenzátor 220nF
- Kondenzátor 2200uF
- 4,7uF kondenzátor
- Pár tranzistorov BD711 a BD712.
Schéma zapojenia a vysvetlenie
Schéma je 40-wattový audio zosilňovač, veľmi jednoduchý; TDA2040 zosilňuje signál a poskytuje výkon 25 W RMS. Dodatočné zosilnenie výkonu sa vykonáva pomocou párov tranzistorov BD711 a BD712. Vstupný kondenzátor 470nF je jednosmerný blokujúci kondenzátor, ktorý umožňuje prechod iba striedavého signálu. Jednou z hlavných vecí je jediné napájacie napätie. Pretože je zosilňovač napájaný z jediného zdroja, je potrebné zdvihnúť vstupný signál nad niekoľko voltov, aby mohol zosilňovač zosilniť signál v kladnom aj zápornom smere. Rezistory R6, R9 a R7, R8 poskytujú predpäté napätie pre výkonové tranzistory a výkonové zosilňovače. R10 a C5 sú tlmiace alebo RC kliešťové obvody na ochranu zosilňovača pred veľkou indukčnou záťažou reproduktora.
Testovanie 40-wattového obvodu zosilňovača
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 36VDC a je zabezpečený vstupný sínusový signál. Osciloskop je pripojený na výstup proti zaťaženiu 4 ohmy na kanáli A (žltý) a vstupný signál 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 200 Hz. Rovnako ako pri nízkej frekvencii, zosilňovač dodá do záťaže väčší prúd a multimetr bude schopný správne detekovať striedavé napätie.
Multimetr ukazoval + 12,5 V AC. Takže podľa vzorca je výstup výkonového zosilňovača pri zaťažení 4 Ohmy
Zosilňovač Výkon = 12,5 2 /4 Zosilňovač Príkon = 39,06 (40W približne)
Na čo treba pamätať pri konštrukcii 40w 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.
- Urobte stopy zvukového signálu čo najkratšie, aby sa znížilo nežiaduce prepojenie šumu.
- Výkonové tranzistory musia byť pripojené k správnym chladičom. Môže sa použiť chladič série KS-58.
- Nepoužívajte jediný veľký chladič a zafixujte TDA2040, BD711 a BD712. V opačnom prípade použite samostatné chladiče pre samostatné komponenty, mohlo by dôjsť ku skratu.
- V opačnom prípade buďte opatrní pri výkone reproduktora, ktorý môže byť spálený alebo poškodený.
- Neodstraňujte svorku ani tlmiaci obvod. Je to veľmi dôležité pre bezpečnosť výkonových tranzistorov a výkonového zosilňovača.
- Nepoužívajte do zosilňovača veľký zosilnený signál, THD sa zvýši.