40 Watt audioversterker met gebruik van tda2040 en transistorpaar

Eindversterker is het onderdeel van geluidselektronica. Het is ontworpen om de omvang van het vermogen van een bepaald ingangssignaal te maximaliseren. Bij geluidselektronica verhoogt de operationele versterker de spanning van het signaal, maar kan hij niet de stroom leveren die nodig is om een belasting aan te drijven. In deze tutorial zullen we een 40W-versterker bouwen met behulp van de TDA2040 Power Amplifier IC en twee Power Transistors met een 4 Ohm impedantie luidspreker erop aangesloten.

Constructietopologie voor versterkers

In een versterker kettingsysteem, wordt de vermogensversterker gebruikt de laatste of laatste fase voor de lading. Over het algemeen gebruikt het geluidsversterkersysteem de onderstaande topologie die in het blokschema wordt weergegeven

Zoals u kunt zien in het bovenstaande blokschema, is Power Amplifier de laatste trap die rechtstreeks op de belasting is aangesloten. Over het algemeen wordt het signaal vóór de Power Amplifier gecorrigeerd met behulp van voorversterkers en versterkers met spanningsregelaars. In sommige gevallen, waar toonregeling nodig is, wordt het toonregelcircuit toegevoegd vóór de Power Amplifier.

Ken uw lading

In het geval van een Audio Amplifier-systeem is de belasting en het laadvermogen van de versterker een belangrijk aspect in de constructie. De belangrijkste belasting voor een eindversterker is de luidspreker. De output van de eindversterker is afhankelijk van de belastingsimpedantie, dus het aansluiten van een onjuiste belasting kan zowel de efficiëntie van de eindversterker als de stabiliteit in gevaar brengen.

Luidspreker is een enorme belasting die fungeert als een inductieve en resistieve belasting. De eindversterker levert wisselstroom, hierdoor is de impedantie van de luidspreker een kritische factor voor een goede vermogensoverdracht.

Impedantie is de effectieve weerstand van een elektronisch circuit of component voor wisselstroom, die voortkomt uit de gecombineerde effecten die verband houden met ohmse weerstand en reactantie.

In audio-elektronica zijn verschillende soorten luidsprekers verkrijgbaar in verschillende wattages met verschillende impedanties. De luidsprekerimpedantie kan het best worden begrepen aan de hand van de relatie tussen de waterstroom in een buis. Denk maar aan een luidspreker als een waterpijp, het water dat door de pijp stroomt is het afwisselende audiosignaal. Als de buis nu groter wordt in diameter, zal het water gemakkelijk door de buis stromen, zal het watervolume groter zijn, en als we de diameter verkleinen, zal hoe minder water door de buis stromen, dus het watervolume zal zijn lager. De diameter is het effect dat wordt gecreëerd door de ohmse weerstand en reactantie. Als de buis in diameter groter wordt, zal de impedantie laag zijn,zodat de luidspreker meer wattage kan krijgen en de versterker meer vermogenoverdracht biedt en als de impedantie hoog wordt, zal de versterker minder vermogen aan de luidspreker leveren.

Er zijn verschillende keuzes en er zijn verschillende segmenten luidsprekers beschikbaar op de markt, meestal met 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm en 32 ohm, waarvan 4 en 8 ohm luidsprekers overal verkrijgbaar zijn tegen lage tarieven. We moeten ook begrijpen dat een versterker met 5 Watt, 6 Watt of 10 Watt of zelfs meer het RMS (Root Mean Square) wattage is, geleverd door de versterker aan een specifieke belasting in continu bedrijf.

We moeten dus voorzichtig zijn met de classificatie van de luidsprekers, de classificatie van de versterker, de efficiëntie van de luidsprekers en de impedantie.

Constructie van een eenvoudige 40W-versterker

In onze vorige tutorials hebben we een 10 Watt versterker gemaakt met Op-amp en vermogenstransistors, en ook een 25 Watt versterker gebouwd met TDA2040. Maar voor deze tutorial zullen we een 40W eindversterker bouwen die een luidspreker met een impedantie van 4 Ohm zal aansturen. We zullen dezelfde TDA2040 gebruiken die werd gebruikt in een 25 Watt eindversterker, maar om een vermogen van 40 Watt te krijgen zullen we extra vermogenstransistors gebruiken.

In de bovenstaande afbeelding wordt TDA2040 getoond. Het is beschikbaar in de meeste algemene online winkels en op eBay. Het pakket heet ' Pentawatt ' pakket met 5 output pin. Het pinout-diagram is vrij eenvoudig en beschikbaar in het gegevensblad,

De Tab is verbonden met pin 3 of de –Vs (negatieve voedingsbron). Om nog maar te zwijgen, de Heatsink die met het tabblad is verbonden, krijgt ook dezelfde verbinding.

Als we het gegevensblad controleren, kunnen we ook de kenmerken van dit eindversterker-IC zien

De eigenschappen van de IC zijn redelijk goed. Het biedt bescherming tegen kortsluiting naar aarde. Bovendien biedt thermische beveiliging extra veiligheidsvoorzieningen vanwege overbelasting. Zoals we kunnen zien is de TDA2040 in staat om 25Watt output te leveren aan een 4 Ohm belasting als een gesplitste voeding met +/- 17V output is aangesloten. In dat geval is de THD (Total Harmonic Distortion) 0,5%. Als we in dezelfde configuratie een uitgangsvermogen van 30 Watt krijgen, wordt de THD 10%.

Er is ook een andere grafiek in het gegevensblad die de relatie tussen de voedingsspanning en het uitgangsvermogen weergeeft.

Als we de grafiek zien, kunnen we meer dan 26 Watt uitgangsvermogen halen als we een gesplitste voeding gebruiken met meer dan 15V output.

Dus, zoals we al hebben gezien, is het mogelijk om via TDA2040 een continu vermogen van 25 Watt te behalen. Maar we willen een 40 Watt eindversterker maken. Dus voor deze extra 15 watt hebben we twee vermogenstransistors NPN en PNP nodig om extra versterking en uitgangsvermogen te leveren over de 4 Ohm-luidspreker.

Om deze extra vermogensversterking te bereiken, gebruikten we matched pair transistor BD712 en BD711 vermogenstransistors. Beide transistors zijn verkrijgbaar in TO-220C-verpakking.

Het pin-out diagram van de BD711 en BD712 is

Voor een perfecte werking zonder dat de THD in het gedrang komt, hebben we een 36V-voeding nodig om een vermogen van 40 Watt te bereiken. Hoewel dit circuit kan worden gevoed met 15V tot 40VDC.

Vereiste componenten

Om het circuit te bouwen hebben we de volgende componenten nodig:

Vero-bord (gestippeld of verbonden iedereen kan worden gebruikt)
Soldeerbout
Soldeerdraad
Tang en draadstripper
Draden
Aluminium koellichaam KS-58
36V enkele voeding
4 Ohm 40 Watt luidspreker
4 stuks 1.5R Weerstand 1/2 Watt weerstanden
4 stuks 100k Weerstand 1/4 ^ste Watt
12k weerstand
Een 1R-weerstand met een vermogen van 2 Watt
470nF condensator
100uF condensator
TDA2040
1N4148 Diode twee stuks
220nF condensator
2200uF condensator
4.7uF condensator
BD711 & BD712 transistorpaar.

Schakelschema en uitleg

Het schema is een 40 watt audioversterker vrij eenvoudig; de TDA2040 versterkt het signaal en levert 25 Watt RMS wattage. Extra vermogensversterking wordt gedaan met behulp van BD711- en BD712-transistorparen. Ingangscondensator 470nF is de DC-blokkeercondensator die alleen het AC-signaal doorlaat. Een belangrijk ding is de enkele voedingsspanning. Omdat de versterker wordt gevoed met een enkele voeding, moet het ingangssignaal boven een paar volt worden opgetild, zodat de versterker het signaal zowel in een positieve als in een negatieve piek kan versterken. Weerstanden R6, R9 en R7, R8 leveren een voorspanning aan de vermogenstransistors en vermogensversterkers. De R10 en C5 is het snubber- of RC-klemcircuit om de versterker te beschermen tegen een enorme inductieve belasting van de luidspreker.

Testen van het 40 watt versterkercircuit

We gebruikten proteus-simulatietools om de output van het circuit te controleren; we hebben de output gemeten in de virtuele oscilloscoop. U kunt de volledige demonstratievideo hieronder bekijken.

We voeden het circuit met 36VDC en het sinusvormige ingangssignaal wordt geleverd. De oscilloscoop is aangesloten op de uitgang tegen 4 ohm belasting op kanaal A (geel) en het ingangssignaal is aangesloten op kanaal B (blauw).

We kunnen het uitgangsverschil zien tussen het ingangssignaal en de versterkte uitgang in de video: -

We hebben ook het uitgangsvermogen gecontroleerd, het wattage van de versterker is sterk afhankelijk van meerdere dingen, zoals eerder besproken. Het is sterk afhankelijk van de luidsprekerimpedantie, luidsprekerefficiëntie, versterkerefficiëntie, constructietopologieën, totale harmonische vervormingen enz. We konden niet alle mogelijke factoren die tot afhankelijkheden in het versterkervermogen ontstaan, overwegen of berekenen. Het echte circuit is anders dan de simulatie omdat er veel factoren in overweging moeten worden genomen bij het controleren of testen van de uitvoer.

Berekening van het versterkervermogen

We gebruikten een eenvoudige formule om het wattage van de versterker te berekenen:

Versterker Wattage = V ² / R

We hebben een AC-multimeter over de uitgang aangesloten. Wisselspanning weergegeven in de multimeter is de piek-tot-piek wisselspanning.

We leverden een zeer laagfrequent sinusvormig signaal van 200 Hz. Net als bij lage frequentie, zal de versterker meer stroom leveren aan de belasting en kan de multimeter de wisselspanning correct detecteren.

De multimeter toonde + 12,5V AC. Dus, volgens de formule, is de output van de eindversterker bij een belasting van 4 Ohm

Versterker Vermogen = 12,5 ² /4 versterker Vermogen = 39,06 (ongeveer 40W)

Dingen om te onthouden tijdens het bouwen van een 40w-versterker

Bij het construeren van het circuit moet de eindversterker TDA2040 op de juiste manier op het koellichaam worden aangesloten. Een grotere heatsink zorgt voor een beter resultaat. Het is ook goed om condensatoren van audiokwaliteit te gebruiken voor een beter resultaat.

Het is altijd een goede keuze om PCB te gebruiken voor audiogerelateerde toepassingen. De beste manier om de PCB te construeren, is door te verwijzen naar de richtlijnen van de IC-fabrikant.

Maak de audiosignaalsporen zo kort mogelijk om ongewenste ruiskoppeling te verminderen.
De vermogenstransistors moeten worden aangesloten met de juiste koellichamen. Het koellichaam uit de KS-58-serie kan worden gebruikt.
Gebruik geen enkele grote heatsink en bevestig TDA2040, BD711 en BD712. Gebruik aparte koellichamen voor afzonderlijke componenten, anders treedt er kortsluiting op.
Wees voorzichtig met het wattage van de luidspreker, anders kan de luidspreker zowel verbrand als beschadigd raken.
Verwijder de klem of het snubbercircuit niet, het is zeer essentieel voor de veiligheid van vermogenstransistors en eindversterker.
Pas geen groot versterkt signaal toe in de versterker, de THD zal toenemen.