- Topologia di costruzione per amplificatori
- Conosci il tuo carico
- Costruzione di un semplice amplificatore da 40 W.
- Componenti richiesti
- Schema del circuito e spiegazione
- Test del circuito dell'amplificatore da 40 watt
- Calcolo della potenza dell'amplificatore
- Cose da ricordare durante la costruzione di un amplificatore da 40 W.
L'amplificatore di potenza è la parte dell'elettronica del suono. È progettato per massimizzare l'ampiezza della potenza di un dato 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 40 W utilizzando il circuito integrato dell'amplificatore di potenza TDA2040 e due transistor di potenza con un altoparlante di impedenza da 4 Ohm ad esso collegato.
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 40 W.
Nei nostri tutorial precedenti, abbiamo realizzato un amplificatore da 10 Watt utilizzando amplificatore operazionale e transistor di potenza, inoltre abbiamo costruito un amplificatore da 25 Watt utilizzando TDA2040. Ma per questo tutorial, costruiremo un amplificatore di potenza da 40 W che guiderà un altoparlante con impedenza da 4 Ohm. Useremo lo stesso TDA2040 utilizzato nell'amplificatore di potenza da 25 Watt, ma per ottenere una potenza di uscita di 40 Watt utilizzeremo transistor di potenza aggiuntivi.
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 15V di uscita.
Quindi, come abbiamo già visto, è possibile ottenere una potenza continua di 25 Watt tramite TDA2040. Ma vogliamo realizzare un amplificatore di potenza da 40 Watt. Quindi, per questi 15 watt aggiuntivi, dobbiamo aggiungere due transistor di potenza NPN e PNP per fornire ulteriore amplificazione e potenza in uscita attraverso l'altoparlante da 4 Ohm.
Per ottenere questa ulteriore amplificazione di potenza, abbiamo utilizzato transistor a coppia abbinata BD712 e transistor di potenza BD711. Entrambi i transistor sono disponibili nel pacchetto TO-220C.
Lo schema dei pin di BD711 e BD712 è
Per un funzionamento perfetto senza THD compromesso, abbiamo bisogno di un alimentatore da 36 V per ottenere una potenza di 40 Watt. Sebbene questo circuito possa essere alimentato da 15 V a 40 V CC.
Componenti richiesti
Per costruire il circuito abbiamo bisogno dei seguenti componenti:
- Scheda Vero (tratteggiata o collegata a chiunque può essere utilizzata)
- Saldatore
- Filo di saldatura
- Pinza e strumento spelafili
- Fili
- Dissipatore di calore in alluminio KS-58
- 36V Alimentazione singola
- Altoparlante 4 Ohm 40 Watt
- 4 resistori 1.5R Resistori da 1/2 Watt
- 4pcs 100k resistenza di 1/4 ° Watt
- Resistenza 12k
- Una resistenza 1R con potenza nominale di 2 Watt
- Condensatore 470nF
- Condensatore 100uF
- TDA2040
- 1N4148 Diodo due pz
- Condensatore 220nF
- Condensatore da 2200uF
- Condensatore 4.7uF
- Coppia di transistor BD711 e BD712.
Schema del circuito e spiegazione
Lo schema è un amplificatore audio da 40 watt piuttosto semplice; il TDA2040 sta amplificando il segnale e fornendo una potenza di 25 Watt RMS. L'amplificazione di potenza aggiuntiva viene eseguita utilizzando coppie di transistor BD711 e BD712. Il condensatore di ingresso 470nF è il condensatore di blocco CC che consentirà solo il passaggio del segnale CA. Una cosa importante è la tensione di alimentazione singola. Poiché l'amplificatore è alimentato utilizzando una singola alimentazione, il segnale di ingresso deve essere innalzato al di sopra di alcuni volt in modo che l'amplificatore possa amplificare il segnale sia con un picco positivo che negativo. I resistori R6, R9 e R7, R8 forniscono una tensione di polarizzazione ai transistor di potenza e agli amplificatori di potenza. L'R10 e il C5 sono lo snubber o il circuito a morsetto RC per proteggere l'amplificatore da un enorme carico induttivo dell'altoparlante.
Test del circuito dell'amplificatore da 40 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 utilizzando 36VDC 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 la potenza 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 bassissima frequenza 200Hz. 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 + 12,5 V CA. Quindi, secondo la formula, l'uscita dell'amplificatore di potenza con un carico di 4 Ohm è
Amplificatore Potenza = 12.5 2 /4 Amplificatore Potenza = 39.06 (40W circa)
Cose da ricordare durante la costruzione di un amplificatore da 40 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.
- Rendi le tracce del segnale audio più brevi possibile per ridurre l'accoppiamento di rumore indesiderato.
- I transistor di potenza devono essere collegati con dissipatori di calore adeguati. È possibile utilizzare il dissipatore della serie KS-58.
- Non utilizzare un singolo dissipatore di calore di grandi dimensioni e fissare TDA2040, BD711 e BD712. Utilizzare dissipatori di calore separati per componenti separati, altrimenti si verificheranno condizioni di cortocircuito.
- Fai attenzione al wattaggio dell'altoparlante altrimenti l'altoparlante può essere bruciato e danneggiato.
- Non rimuovere il morsetto o il circuito dello snubber, è estremamente essenziale per la sicurezza dei transistor di potenza e dell'amplificatore di potenza.
- Non applicare un segnale amplificato di grandi dimensioni nell'amplificatore, il THD aumenterà.