Circuito di amplificazione audio da 25 Watt utilizzando tda2040

Gli amplificatori sono la spina dorsale dell'elettronica analogica. Sono ampiamente utilizzati nel campo dell'industria elettronica. Gli amplificatori sono utilizzati quasi in tutte le applicazioni relative all'audio.

L'amplificatore di potenza è la parte dell'elettronica audio. È progettato per massimizzare l'ampiezza della potenza f dato il segnale di ingresso. Nell'elettronica del suono, l'amplificatore operazionale aumenta la tensione del segnale, ma non è in grado di fornire la corrente necessaria per pilotare un carico. In questo tutorial, costruiremo un amplificatore da 25 W utilizzando l'IC dell'amplificatore di potenza TDA2040 con un altoparlante di impedenza da 4 Ohm collegato ad esso.

Topologia di costruzione per amplificatori

In un sistema a catena di amplificatori, l'amplificatore di potenza viene utilizzato nella fase finale o finale prima del carico. Generalmente, il sistema Sound Amplifier utilizza la topologia sottostante mostrata nel diagramma a blocchi

Come puoi vedere nello schema a blocchi sopra, l'amplificatore di potenza è l'ultimo stadio che è direttamente collegato al carico. Generalmente, prima dell'amplificatore di potenza, il segnale viene corretto utilizzando preamplificatori e amplificatori di controllo della tensione. Inoltre, in alcuni casi, dove è necessario il controllo del tono, il circuito di controllo del tono viene aggiunto prima dell'amplificatore di potenza.

Conosci il tuo carico

Nel caso del sistema Audio Amplifier, il carico e la capacità di pilotaggio del carico dell'amplificatore sono un aspetto importante nella costruzione. Il carico principale per un amplificatore di potenza è l'altoparlante. L'uscita dell'amplificatore di potenza dipende dall'impedenza del carico, quindi il collegamento di un carico improprio potrebbe compromettere l'efficienza dell'amplificatore di potenza e la stabilità.

L'altoparlante è un carico enorme che funge da carico induttivo e resistivo. L'amplificatore di potenza fornisce un'uscita CA, per questo l'impedenza dell'altoparlante è un fattore critico per il corretto trasferimento di potenza.

L'impedenza è la resistenza effettiva di un circuito o componente elettronico per la corrente alternata, che deriva dagli effetti combinati legati alla resistenza ohmica e alla reattanza.

Nell'elettronica audio, sono disponibili diversi tipi di altoparlanti di diversa potenza con diversa impedenza. L'impedenza dell'altoparlante può essere meglio compresa utilizzando la relazione tra il flusso d'acqua all'interno di un tubo. Basti pensare che l'altoparlante è un tubo dell'acqua, l'acqua che scorre attraverso il tubo è il segnale audio alternato. Ora, se il tubo diventa più grande di diametro, l'acqua scorrerà facilmente attraverso il tubo, il volume dell'acqua sarà maggiore e se diminuiamo il diametro, meno acqua scorrerà attraverso il tubo, quindi il volume dell'acqua sarà inferiore. Il diametro è l'effetto creato dalla resistenza e reattanza ohmica. Se il tubo diventa più grande di diametro, l'impedenza sarà bassa,così l'altoparlante può ottenere più potenza e l'amplificatore fornisce più scenario di trasferimento di potenza e se l'impedenza diventa alta, l'amplificatore fornirà meno potenza all'altoparlante.

Sul mercato sono disponibili diverse scelte e diversi segmenti di altoparlanti, generalmente con 4 ohm, 8 ohm, 16 ohm e 32 ohm, di cui 4 e 8 ohm sono ampiamente disponibili a prezzi economici. Inoltre, dobbiamo capire che un amplificatore con 5 Watt, 6 Watt o 10 Watt o anche di più è il wattaggio RMS (Root Mean Square), erogato dall'amplificatore a un carico specifico in funzionamento continuo.

Quindi, dobbiamo stare attenti alla valutazione degli altoparlanti, alla valutazione dell'amplificatore, all'efficienza degli altoparlanti e all'impedenza.

Costruzione di un semplice amplificatore da 25 W.

Nei nostri tutorial precedenti, abbiamo realizzato un amplificatore da 10 Watt utilizzando amplificatore operazionale e transistor di potenza. Ma per questo tutorial, costruiremo un amplificatore di potenza da 25 W che guiderà un altoparlante con impedenza da 4 Ohm. Per questo utilizzeremo un amplificatore di potenza IC specifico. Abbiamo selezionato l' IC dell'amplificatore di potenza TDA2040.

Nell'immagine sopra, è mostrato TDA2040. È disponibile nella maggior parte dei negozi online generici e su eBay. Il pacchetto si chiama pacchetto " Pentawatt " con 5 pin di uscita. Lo schema di pinout è piuttosto semplice e disponibile nella scheda tecnica,

Il Tab è collegato al pin 3 o –Vs (Negative supply source). Per non parlare del fatto che anche il dissipatore di calore collegato alla scheda ottiene la stessa connessione.

Se controlliamo la scheda tecnica, possiamo anche vedere le caratteristiche di questo amplificatore di potenza IC

Le caratteristiche dell'IC sono abbastanza buone. Fornisce protezione da cortocircuito a terra. Inoltre, la protezione termica fornirà funzionalità di sicurezza aggiuntive a causa di una condizione di sovraccarico. Come possiamo vedere, il TDA2040 è in grado di fornire un'uscita di 25 Watt a un carico di 4 Ohm se è collegato un alimentatore separato con un'uscita di +/- 17 V. In tal caso, il THD (Total Harmonic Distortion) sarà dello 0,5%. Nella stessa configurazione, se otteniamo una potenza di 30 Watt, il THD diventerà del 10%.

Inoltre, c'è un altro grafico nella scheda tecnica che fornisce la relazione tra la tensione di alimentazione e la potenza di uscita.

Se vediamo il grafico, possiamo ottenere più di 26 Watt di potenza in uscita se usiamo un alimentatore split con più di 15 V di uscita. Quindi, facciamo in modo che l'amplificatore di potenza funzioni con un altoparlante di impedenza da 4 ohm a 25 Watt senza compromettere il THD.

Componenti richiesti

Per costruire il circuito abbiamo bisogno dei seguenti componenti:

1. Scheda Vero (tratteggiata o collegata a chiunque può essere utilizzata)
2. Saldatore
3. Filo di saldatura
4. Pinza e strumento spelafili
5. Fili
6. Dissipatore di calore in alluminio
7. Alimentatore Rail to Rail 17V con binario di alimentazione + 17V GND -17V
8. Altoparlante 4 Ohm 25 Watt
9. Resistore 4.7R 1/2 Watt
10. 680R Resistenza di 1/4 ^° Watt
11. Resistenza da 22k
12. Resistenza da 10k
13. Condensatore 100nF /.1uF 4 pezzi
14. Condensatore da 22uF
15. TDA2040

Schema e spiegazione del circuito dell'amplificatore audio da 25 Watt

Lo schema per l'amplificatore audio da 25 watt è piuttosto semplice; Il TDA2040 sta amplificando il segnale e fornendo 25 Watt di potenza RMS all'altoparlante da 4 ohm. C4 e C5 utilizzati come condensatori di filtro di disaccoppiamento. C1 e R1 agiscono da filtro. R2, R3 e C2 forniscono il feedback necessario all'amplificatore di potenza. R4 e C3 sono il circuito snubber per bloccare il feedback dal carico induttivo (Loud Speaker).

Test del circuito dell'amplificatore da 25 watt

Abbiamo utilizzato strumenti di simulazione di proteo per controllare l'output del circuito; abbiamo misurato l'uscita nell'oscilloscopio virtuale. È possibile controllare il video dimostrativo completo fornito di seguito

Stiamo alimentando il circuito usando +/- 17V e viene fornito il segnale sinusoidale in ingresso. L'oscilloscopio è collegato all'uscita contro un carico di 4 ohm sul canale A (giallo) e il segnale di ingresso è collegato al canale B (blu).

Possiamo vedere la differenza di uscita tra il segnale di ingresso e l'uscita amplificata nel video: -

Inoltre, abbiamo controllato la potenza in uscita, la potenza dell'amplificatore dipende fortemente da più cose, come discusso prima. È fortemente dipendente dall'impedenza dell'altoparlante, dall'efficienza dell'altoparlante, dall'efficienza dell'amplificatore, dalle topologie di costruzione, dalle distorsioni armoniche totali ecc. Non abbiamo potuto considerare o calcolare tutti i possibili fattori che si creano dipendenze nella potenza dell'amplificatore. Il circuito della vita reale è diverso dalla simulazione perché è necessario considerare molti fattori durante il controllo o il test dell'output.

Calcolo della potenza dell'amplificatore

Abbiamo usato una semplice formula per calcolare il wattaggio dell'amplificatore -

Potenza amplificatore = V ² / R

Abbiamo collegato un multimetro AC sull'uscita. La tensione CA mostrata nel multimetro è la tensione CA da picco a picco.

Abbiamo fornito un segnale sinusoidale a frequenza molto bassa di pochi 25-50Hz. Come in bassa frequenza, l'amplificatore fornirà più corrente al carico e il multimetro sarà in grado di rilevare correttamente la tensione CA.

Il multimetro ha mostrato + 10,1 V CA. Quindi, secondo la formula, l'uscita dell'amplificatore di potenza con un carico di 4 Ohm è

Amplificatore Potenza = 10,1 ² /4 amplificatore Potenza = 25.50 (25W circa)

Cose da ricordare durante la costruzione di un amplificatore da 25 W.

Quando si costruisce il circuito, l'amplificatore di potenza TDA2040 deve essere collegato correttamente al dissipatore di calore. Un dissipatore di calore più grande fornisce un risultato migliore. Inoltre, è bene utilizzare condensatori di tipo box di grado audio per un risultato migliore.

È sempre una buona scelta utilizzare PCB per applicazioni relative all'audio. Il modo migliore per costruire il PCB è fare riferimento alle linee guida del produttore del circuito integrato. C'è un progetto di PCB di riferimento fornito nella scheda tecnica di TDA2040.

Nell'immagine sopra, viene mostrato un circuito di esempio con il layout PCB. È meglio attenersi al layout di riferimento ed è in un rapporto 1: 1. Ridurrà l'accoppiamento del rumore in uscita.

Inoltre, prova a utilizzare un altoparlante ad alta efficienza di 4 Ohm con un wattaggio adeguato per guidare con questo amplificatore di potenza.