40 Watt Audioverstärker mit tda2040 und Transistorpaar

Leistungsverstärker ist der Teil der Tonelektronik. Es wurde entwickelt, um die Stärke der Leistung eines bestimmten Eingangssignals zu maximieren. In der Tonelektronik erhöht der Operationsverstärker die Spannung des Signals, kann jedoch nicht den Strom liefern, der zum Ansteuern einer Last erforderlich ist. In diesem Tutorial bauen wir einen 40-W-Verstärker mit dem Leistungsverstärker-IC TDA2040 und zwei Leistungstransistoren mit einem daran angeschlossenen 4-Ohm-Impedanzlautsprecher.

Konstruktionstopologie für Verstärker

In einer Verstärkerkette System wird der Leistungsverstärker in der letzten oder abschließenden Stufe vor der Last verwendet. Im Allgemeinen verwendet das Schallverstärkersystem die im Blockdiagramm gezeigte Topologie

Wie Sie im obigen Blockdiagramm sehen können, ist der Leistungsverstärker die letzte Stufe, die direkt an die Last angeschlossen ist. Im Allgemeinen wird das Signal vor dem Leistungsverstärker unter Verwendung von Vorverstärkern und Spannungsverstärkern korrigiert. In einigen Fällen, in denen eine Tonsteuerung erforderlich ist, wird die Tonsteuerschaltung vor dem Leistungsverstärker hinzugefügt.

Kennen Sie Ihre Last

Im Falle eines Audioverstärkersystems ist die Last und die Lastantriebskapazität des Verstärkers ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion. Die Hauptlast für einen Leistungsverstärker ist der Lautsprecher. Die Leistung des Leistungsverstärkers hängt von der Lastimpedanz ab. Das Anschließen einer falschen Last kann daher den Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers sowie die Stabilität beeinträchtigen.

Lautsprecher ist eine große Last, die als induktive und resistive Last wirkt. Der Leistungsverstärker liefert einen Wechselstromausgang. Aus diesem Grund ist die Impedanz des Lautsprechers ein kritischer Faktor für eine ordnungsgemäße Leistungsübertragung.

Die Impedanz ist der effektive Widerstand einer elektronischen Schaltung oder Komponente für Wechselstrom, der sich aus den kombinierten Effekten in Bezug auf den ohmschen Widerstand und die Reaktanz ergibt.

In der Audioelektronik sind verschiedene Arten von Lautsprechern mit unterschiedlicher Leistung und unterschiedlicher Impedanz erhältlich. Die Lautsprecherimpedanz kann am besten anhand der Beziehung zwischen dem Wasserfluss in einem Rohr verstanden werden. Stellen Sie sich den Lautsprecher als Wasserleitung vor. Das durch die Leitung fließende Wasser ist das abwechselnde Audiosignal. Wenn das Rohr einen größeren Durchmesser hat, fließt das Wasser leicht durch das Rohr, das Wasservolumen wird größer, und wenn wir den Durchmesser verringern, fließt weniger Wasser durch das Rohr, sodass das Wasservolumen größer wird niedriger. Der Durchmesser ist der Effekt, der durch den ohmschen Widerstand und die Reaktanz erzeugt wird. Wenn das Rohr einen größeren Durchmesser hat, ist die Impedanz niedrig.So kann der Lautsprecher mehr Leistung erhalten und der Verstärker bietet mehr Leistungsübertragungsszenario. Wenn die Impedanz hoch wird, liefert der Verstärker weniger Leistung an den Lautsprecher.

Es gibt verschiedene Auswahlmöglichkeiten sowie verschiedene Lautsprechersegmente auf dem Markt, im Allgemeinen mit 4 Ohm, 8 Ohm, 16 Ohm und 32 Ohm, von denen 4 und 8 Ohm Lautsprecher zu günstigen Preisen erhältlich sind. Wir müssen auch verstehen, dass ein Verstärker mit 5 Watt, 6 Watt oder 10 Watt oder mehr die RMS-Leistung (Root Mean Square) ist, die der Verstärker im Dauerbetrieb an eine bestimmte Last liefert.

Wir müssen also vorsichtig mit der Lautsprecherbewertung, der Verstärkerbewertung, der Lautsprechereffizienz und der Impedanz sein.

Aufbau eines einfachen 40W Verstärkers

In unseren vorherigen Tutorials haben wir einen 10-Watt-Verstärker mit Operationsverstärker und Leistungstransistoren hergestellt und einen 25-Watt-Verstärker mit TDA2040 konstruiert. In diesem Tutorial werden wir jedoch einen 40-W-Leistungsverstärker bauen, der einen 4-Ohm-Impedanzlautsprecher ansteuert. Wir werden den gleichen TDA2040 verwenden, der auch für 25-Watt- Leistungsverstärker verwendet wird, aber um eine Leistung von 40 Watt zu erzielen, werden wir zusätzliche Leistungstransistoren verwenden.

Im obigen Bild ist TDA2040 dargestellt. Es ist in den meisten generischen Online-Shops sowie bei eBay erhältlich. Das Paket heißt " Pentawatt " -Paket mit 5 Ausgangspins. Das Pinbelegungsdiagramm ist ziemlich einfach und im Datenblatt verfügbar.

Die Lasche ist mit Pin 3 oder –Vs (negative Versorgungsquelle) verbunden. Ganz zu schweigen davon, dass der mit der Registerkarte verbundene Kühlkörper dieselbe Verbindung erhält.

Wenn wir das Datenblatt überprüfen, können wir auch die Merkmale dieses Leistungsverstärker-IC sehen

Die Eigenschaften des IC sind ziemlich gut. Es bietet Kurzschlussschutz gegen Masse. Außerdem bietet der Wärmeschutz aufgrund eines Überlastzustands zusätzliche Sicherheitsmerkmale. Wie wir sehen können, kann der TDA2040 eine 25-Watt-Leistung an eine 4-Ohm-Last liefern, wenn eine geteilte Stromversorgung mit +/- 17 V-Ausgang angeschlossen ist. In diesem Fall beträgt die THD (Total Harmonic Distortion) 0,5%. In der gleichen Konfiguration beträgt der THD 10%, wenn wir eine Leistung von 30 Watt erhalten.

Außerdem enthält das Datenblatt ein weiteres Diagramm, das die Beziehung zwischen der Versorgungsspannung und der Ausgangsleistung angibt.

Wenn wir die Grafik sehen, können wir eine Ausgangsleistung von mehr als 26 Watt erreichen, wenn wir ein geteiltes Netzteil mit mehr als 15 V Ausgangsleistung verwenden.

Wie wir bereits gesehen haben, ist es möglich, mit TDA2040 eine kontinuierliche Leistung von 25 Watt zu erreichen. Aber wir wollen 40 Watt Leistungsverstärker machen. Für diese zusätzlichen 15 Watt müssen also zwei Leistungstransistoren NPN und PNP hinzugefügt werden, um eine zusätzliche Verstärkung und Ausgangsleistung über den 4-Ohm-Lautsprecher bereitzustellen.

Um diese zusätzliche Leistungsverstärkung zu erreichen, haben wir Matched-Pair-Transistoren BD712 und BD711 verwendet. Beide Transistoren sind im TO-220C-Gehäuse erhältlich.

Das Pinbelegungsdiagramm des BD711 und BD712 ist

Für einen perfekten Betrieb ohne THD-Kompromisse benötigen wir ein 36-V-Netzteil, um eine Leistung von 40 Watt zu erreichen. Obwohl diese Schaltung mit 15V bis 40VDC betrieben werden kann.

Erforderliche Komponenten

Um die Schaltung aufzubauen, benötigen wir folgende Komponenten:

Vero Board (gepunktet oder verbunden, jeder kann verwendet werden)
Lötkolben
Lötdraht
Zangen- und Abisolierwerkzeug
Leitungen
Aluminiumkühlkörper KS-58
36V Einzelstromversorgung
4 Ohm 40 Watt Lautsprecher
4 Stk. 1.5R Widerstand 1/2 Watt Widerstände
4pcs 100k Widerstand 1/4 ^th Watt
12k Widerstand
Ein 1R-Widerstand mit 2 Watt Nennleistung
470nF Kondensator
100uF Kondensator
TDA2040
1N4148 Diode zwei Stck
220nF Kondensator
2200uF Kondensator
4,7 uF Kondensator
BD711 & BD712 Transistorpaar.

Schaltplan und Erklärung

Das Schema ist 40 Watt Audioverstärker ziemlich einfach; Der TDA2040 verstärkt das Signal und liefert eine RMS-Leistung von 25 Watt. Zusätzliche Leistungsverstärkung erfolgt mit BD711- und BD712-Transistorpaaren. Der Eingangskondensator 470nF ist der DC-Sperrkondensator, der nur das AC-Signal durchlässt. Eine wichtige Sache ist die Einzelversorgungsspannung. Da der Verstärker mit einer einzigen Versorgung versorgt wird, muss das Eingangssignal über einige Volt angehoben werden, damit der Verstärker das Signal sowohl in einer positiven als auch in einer negativen Spitze verstärken kann. Die Widerstände R6, R9 und R7, R8 liefern eine Vorspannung an die Leistungstransistoren und Leistungsverstärker. Der R10 und C5 ist die Dämpfungs- oder RC-Klemmschaltung, um den Verstärker vor einer großen induktiven Last des Lautsprechers zu schützen.

Testen der 40-Watt-Verstärkerschaltung

Wir haben Proteus-Simulationswerkzeuge verwendet, um die Ausgabe der Schaltung zu überprüfen. Wir haben die Ausgabe im virtuellen Oszilloskop gemessen. Sie können das unten gezeigte vollständige Demonstrationsvideo überprüfen.

Wir versorgen die Schaltung mit 36 VDC und das sinusförmige Eingangssignal wird bereitgestellt. Das Oszilloskop ist über den Ausgang gegen eine 4-Ohm-Last auf Kanal A (gelb) und das Eingangssignal über Kanal B (blau) angeschlossen.

Wir können den Ausgangsunterschied zwischen dem Eingangssignal und dem verstärkten Ausgang im Video sehen: -

Außerdem haben wir die Ausgangsleistung überprüft. Die Leistung des Verstärkers hängt stark von mehreren Faktoren ab, wie bereits erläutert. Es hängt stark von der Lautsprecherimpedanz, der Lautsprechereffizienz, der Verstärkereffizienz, den Konstruktionstopologien, den gesamten harmonischen Verzerrungen usw. ab. Wir konnten nicht alle möglichen Faktoren berücksichtigen oder berechnen, die zu Abhängigkeiten in der Verstärkerleistung führen. Die reale Schaltung unterscheidet sich von der Simulation, da beim Überprüfen oder Testen der Ausgabe viele Faktoren berücksichtigt werden müssen.

Berechnung der Verstärkerleistung

Wir haben eine einfache Formel verwendet, um die Leistung des Verstärkers zu berechnen.

Verstärkerleistung = V ² / R.

Wir haben ein Wechselstrom-Multimeter an den Ausgang angeschlossen. Die im Multimeter angezeigte Wechselspannung ist die Wechselspannung von Spitze zu Spitze.

Wir haben ein sehr niederfrequentes sinusförmiges Signal mit 200 Hz geliefert. Wie bei niedrigen Frequenzen liefert der Verstärker mehr Strom an die Last und das Multimeter kann die Wechselspannung richtig erfassen.

Das Multimeter zeigte +12,5 V AC. Entsprechend der Formel beträgt der Ausgang des Leistungsverstärkers bei 4 Ohm Last

Verstärker Leistung in Watt = 12.5 ² /4 - Verstärker Leistung in Watt = 39.06 (40W ungefähr)

Dinge, die Sie beim Bau eines 40-W-Verstärkers beachten sollten

Beim Aufbau der Schaltung muss der Leistungsverstärker TDA2040 ordnungsgemäß mit dem Kühlkörper verbunden sein. Ein größerer Kühlkörper liefert ein besseres Ergebnis. Für ein besseres Ergebnis ist es auch gut, Box-Kondensatoren mit Audioqualität zu verwenden.

Es ist immer eine gute Wahl, PCB für Audio-bezogene Anwendungen zu verwenden. Der beste Weg, die Leiterplatte zu konstruieren, besteht darin, die Richtlinien der IC-Hersteller zu beachten.

Machen Sie die Audiosignalspuren so kurz wie möglich, um unerwünschte Rauschkopplungen zu reduzieren.
Die Leistungstransistoren müssen mit geeigneten Kühlkörpern verbunden werden. Der Kühlkörper der Serie KS-58 kann verwendet werden.
Verwenden Sie keinen einzigen großen Kühlkörper und reparieren Sie TDA2040, BD711 und BD712. Verwenden Sie separate Kühlkörper für separate Komponenten, da sonst Kurzschlussbedingungen auftreten.
Achten Sie auf die Lautsprecherleistung, da der Lautsprecher sonst verbrannt oder beschädigt werden kann.
Entfernen Sie nicht die Klemme oder den Dämpfungsstromkreis. Dies ist für die Sicherheit von Leistungstransistoren und Leistungsverstärkern äußerst wichtig.
Legen Sie kein großes verstärktes Signal in den Verstärker ein, da sich der THD erhöht.