Bộ khuếch đại âm thanh 40 Watt sử dụng tda2040 và cặp bóng bán dẫn

Bộ khuếch đại công suất là một phần của điện tử âm thanh. Nó được thiết kế để tối đa hóa độ lớn của công suất của tín hiệu đầu vào nhất định. Trong thiết bị điện tử âm thanh, bộ khuếch đại hoạt động làm tăng điện áp của tín hiệu, nhưng không thể cung cấp dòng điện cần thiết để truyền tải. Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ chế tạo Bộ khuếch đại 40W sử dụng IC khuếch đại công suất TDA2040 và hai bóng bán dẫn nguồn với loa trở kháng 4 Ohms được kết nối với nó.

Cấu trúc liên kết xây dựng cho bộ khuếch đại

Trong hệ thống chuỗi khuếch đại, bộ khuếch đại công suất được sử dụng ở giai đoạn cuối cùng hoặc cuối cùng trước khi tải. Nói chung, hệ thống Bộ khuếch đại âm thanh sử dụng cấu trúc liên kết dưới đây được hiển thị trong sơ đồ khối

Như bạn thấy trong sơ đồ khối trên, Bộ khuếch đại công suất là giai đoạn cuối cùng được kết nối trực tiếp với tải. Nói chung, trước Bộ khuếch đại công suất, tín hiệu được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng Bộ khuếch đại tiền và bộ khuếch đại điều khiển điện áp. Ngoài ra, trong một số trường hợp, khi cần điều khiển âm sắc, mạch điều chỉnh âm sắc sẽ được thêm vào trước Bộ khuếch đại công suất.

Biết tải của bạn

Trong trường hợp của hệ thống Bộ khuếch đại âm thanh, tải và khả năng truyền tải của bộ khuếch đại là một khía cạnh quan trọng trong xây dựng. Các phụ tải lớn cho một sức mạnh Amplifier là Loud Speaker. Đầu ra của bộ khuếch đại công suất phụ thuộc vào trở kháng tải, vì vậy việc kết nối một tải không phù hợp có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của Bộ khuếch đại công suất cũng như độ ổn định.

Loa Loud là một tải rất lớn hoạt động như một tải Cảm ứng và Điện trở. Bộ khuếch đại công suất cung cấp đầu ra AC, do đó, trở kháng của loa là yếu tố quan trọng để truyền công suất thích hợp.

Trở kháng là điện trở hiệu dụng của mạch điện tử hoặc linh kiện đối với dòng điện xoay chiều, phát sinh từ các hiệu ứng tổng hợp liên quan đến điện trở và điện kháng ohmic.

Trong Điện tử âm thanh, các loại Loa khác nhau có công suất khác nhau với trở kháng khác nhau. Trở kháng của loa có thể được hiểu rõ nhất bằng cách sử dụng mối quan hệ giữa lưu lượng nước bên trong ống. Cứ nghĩ loa là một ống nước, nước chảy qua ống chính là tín hiệu âm thanh xoay chiều. Lúc này, nếu đường kính ống càng lớn thì nước sẽ dễ dàng chảy qua ống, thể tích nước sẽ lớn hơn, và nếu ta giảm đường kính thì lượng nước chảy qua ống càng ít, do đó thể tích nước sẽ là thấp hơn. Đường kính là hiệu ứng được tạo ra bởi điện trở và điện trở ohmic. Nếu ống có đường kính lớn hơn, trở kháng sẽ thấp,vì vậy loa có thể nhận được nhiều công suất hơn và bộ khuếch đại cung cấp nhiều kịch bản truyền công suất hơn và nếu trở kháng cao thì Bộ khuếch đại sẽ cung cấp ít công suất hơn cho loa.

Có nhiều sự lựa chọn khác nhau cũng như phân khúc loa khác nhau có sẵn trên thị trường, thường có 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms và 32 ohms, trong đó loa 4 và 8 ohms được bán rộng rãi với mức giá rẻ. Ngoài ra, chúng ta cần hiểu rằng, một bộ khuếch đại có 5 Watt, 6 Watt hoặc 10 Watt hoặc thậm chí hơn là công suất RMS (Root Mean Square), được bộ khuếch đại phân phối đến một tải cụ thể trong hoạt động liên tục.

Vì vậy, chúng ta cần phải cẩn thận về xếp hạng loa, xếp hạng bộ khuếch đại, hiệu suất loa và trở kháng.

Cấu tạo Bộ khuếch đại 40W đơn giản

Trong các hướng dẫn trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã chế tạo Bộ khuếch đại 10Watt bằng Op-amp và bóng bán dẫn công suất, cũng đã chế tạo bộ khuếch đại 25 Watt bằng TDA2040. Nhưng đối với hướng dẫn này, chúng tôi sẽ xây dựng một bộ khuếch đại công suất 40W sẽ điều khiển một loa trở kháng 4 Ohms. Chúng tôi sẽ sử dụng cùng một TDA2040 được sử dụng trong bộ khuếch đại công suất 25 Watt, nhưng để có được công suất đầu ra 40 Watt, chúng tôi sẽ sử dụng các bóng bán dẫn công suất bổ sung.

Trong hình trên, TDA2040 được hiển thị. Nó có sẵn trong hầu hết các cửa hàng trực tuyến nói chung cũng như trên eBay. Gói này được gọi là gói ' Pentawatt ' với 5 chân đầu ra. Sơ đồ sơ đồ chân khá đơn giản và có sẵn trong biểu dữ liệu,

Tab được kết nối với chân 3 hoặc –Vs (Nguồn cung cấp âm). Chưa kể, Heatsink kết nối với tab cũng nhận được kết nối tương tự.

Nếu chúng ta kiểm tra datasheet, chúng ta cũng có thể thấy các tính năng của IC khuếch đại công suất này

Các tính năng của IC khá tốt. Nó cung cấp bảo vệ ngắn mạch xuống đất. Ngoài ra, bảo vệ nhiệt sẽ cung cấp các tính năng an toàn bổ sung do tình trạng quá tải. Như chúng ta có thể thấy, TDA2040 có khả năng cung cấp đầu ra 25Watt cho tải 4 Ohms nếu nguồn điện phân chia với đầu ra +/- 17V được kết nối. Trong trường hợp đó, THD (Tổng méo hài) sẽ là 0,5%. Trong cùng một cấu hình, nếu chúng ta nhận được công suất đầu ra 30 Watt, THD sẽ trở thành 10%.

Ngoài ra, có một biểu đồ khác trong biểu dữ liệu cung cấp mối quan hệ giữa Điện áp nguồn và công suất đầu ra.

Nếu chúng ta nhìn thấy biểu đồ, chúng ta có thể đạt được công suất đầu ra hơn 26Watt nếu chúng ta sử dụng bộ nguồn chia nhỏ với đầu ra hơn 15V.

Vì vậy, như chúng ta đã thấy rằng có thể đạt được công suất 25 Watt liên tục thông qua TDA2040. Nhưng chúng tôi muốn làm bộ khuếch đại công suất 40 Watt. Vì vậy, 15 watt bổ sung này, chúng ta cần thêm hai bóng bán dẫn công suất NPN và PNP để cung cấp thêm khuếch đại và công suất đầu ra trên loa 4 Ohms.

Để đạt được sự khuếch đại công suất bổ sung này, chúng tôi đã sử dụng cặp bóng bán dẫn BD712 và bóng bán dẫn công suất BD711 phù hợp. Cả hai bóng bán dẫn đều có sẵn trong gói TO-220C.

Sơ đồ chân ra của BD711 và BD712 là

Để hoạt động hoàn hảo mà không bị ảnh hưởng đến THD, chúng tôi cần nguồn điện 36V để đạt công suất 40 Watt. Mặc dù mạch này có thể được cấp nguồn bằng cách sử dụng 15V đến 40VDC.

Các thành phần bắt buộc

Để xây dựng mạch, chúng ta cần các thành phần sau:

Bảng Vero (chấm hoặc kết nối bất kỳ ai cũng có thể sử dụng được)
Sắt hàn
Dây hàn
Kềm và dụng cụ tuốt dây
Dây điện
Tản nhiệt nhôm KS-58
Nguồn cung cấp duy nhất 36V
Loa 4 Ohms 40 Watt
4 cái Điện trở 1,5R Điện trở 1/2 Watt
4 cái Điện trở 100k 1/4 ^th Watt
Điện trở 12k
Điện trở 1R với định mức công suất 2 Watt
Tụ điện 470nF
Tụ điện 100uF
TDA2040
1N4148 Diode hai chiếc
Tụ điện 220nF
Tụ 2200uF
Tụ điện 4,7uF
Cặp Transistor BD711 & BD712.

Sơ đồ mạch và giải thích

Sơ đồ là bộ khuếch đại âm thanh 40 watt khá đơn giản; TDA2040 đang khuếch đại tín hiệu và cung cấp công suất RMS 25Watt. Khuếch đại công suất bổ sung được thực hiện bằng cách sử dụng cặp bóng bán dẫn BD711 và BD712. Tụ điện đầu vào 470nF là tụ điện chặn DC sẽ chỉ cho phép tín hiệu AC đi qua. Một điều quan trọng là điện áp cung cấp duy nhất. Vì bộ khuếch đại được cấp nguồn bằng cách sử dụng một nguồn cung cấp duy nhất, tín hiệu đầu vào cần phải được nâng lên trên một vài volt để bộ khuếch đại có thể khuếch đại tín hiệu ở cả đỉnh âm và dương. Điện trở R6, R9 và R7, R8 cung cấp điện áp phân cực cho bóng bán dẫn công suất và bộ khuếch đại công suất. R10 và C5 là mạch kẹp chặt chẽ hoặc RC để bảo vệ bộ khuếch đại khỏi tải cảm ứng rất lớn của Loa.

Kiểm tra mạch Khuếch đại 40watt

Chúng tôi đã sử dụng các công cụ mô phỏng proteus để kiểm tra đầu ra của mạch; chúng tôi đã đo đầu ra trong máy hiện sóng ảo. Bạn có thể kiểm tra Video trình diễn đầy đủ được cung cấp bên dưới.

Chúng tôi đang cấp nguồn cho mạch sử dụng 36VDC và tín hiệu hình sin đầu vào được cung cấp. Máy hiện sóng được kết nối qua đầu ra với tải 4 ohms trên kênh A (Màu vàng) và tín hiệu đầu vào được kết nối qua kênh B (Màu xanh lam).

Chúng ta có thể thấy sự khác biệt đầu ra giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra khuếch đại trong video: -

Ngoài ra, chúng tôi đã kiểm tra công suất đầu ra, công suất của Bộ khuếch đại phụ thuộc nhiều vào nhiều thứ, như đã thảo luận trước đây. Nó phụ thuộc nhiều vào trở kháng của loa, hiệu suất của loa, hiệu suất của Bộ khuếch đại, cấu trúc cấu trúc, tổng độ méo hài, v.v. Chúng tôi không thể xem xét hoặc tính toán tất cả các yếu tố có thể tạo ra sự phụ thuộc vào công suất bộ khuếch đại. Mạch đời thực khác với mô phỏng vì cần xem xét nhiều yếu tố trong khi kiểm tra hoặc thử nghiệm đầu ra.

Tính toán công suất bộ khuếch đại

Chúng tôi đã sử dụng một công thức đơn giản để tính toán công suất của bộ khuếch đại-

Công suất bộ khuếch đại = V ² / R

Chúng tôi đã kết nối một đồng hồ đa AC trên đầu ra. Điện áp xoay chiều được hiển thị trong đồng hồ đa năng là điện áp xoay chiều đỉnh đến đỉnh.

Chúng tôi đã cung cấp tín hiệu hình sin tần số rất thấp 200Hz. Như ở tần số thấp, bộ khuếch đại sẽ cung cấp nhiều dòng điện hơn cho tải và đồng hồ vạn năng sẽ có thể phát hiện đúng điện áp AC.

Đồng hồ vạn năng hiển thị + 12,5V AC. Vì vậy, theo công thức, đầu ra của bộ khuếch đại công suất ở tải 4 Ohms là

Khuếch đại Công suất = 12,5 ² /4 khuếch đại Công suất = 39,06 (40W xấp xỉ)

Những điều cần nhớ khi chế tạo bộ khuếch đại 40w

Khi xây dựng mạch, Bộ khuếch đại công suất TDA2040 cần được kết nối đúng cách với bộ tản nhiệt. Bộ tản nhiệt lớn hơn mang lại kết quả tốt hơn. Ngoài ra, bạn nên sử dụng tụ điện loại hộp xếp hạng âm thanh để có kết quả tốt hơn.

Sử dụng PCB cho ứng dụng liên quan đến Âm thanh luôn là một lựa chọn tốt. Cách tốt nhất để cấu tạo PCB là tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất vi mạch.

Làm cho dấu vết tín hiệu âm thanh càng ngắn càng tốt để giảm sự ghép nối tiếng ồn không mong muốn.
Các bóng bán dẫn nguồn cần phải được kết nối với bộ tản nhiệt thích hợp. Có thể sử dụng bộ tản nhiệt dòng KS-58.
Không sử dụng một bộ tản nhiệt lớn duy nhất và sửa chữa TDA2040, BD711 và BD712. Sử dụng bộ tản nhiệt riêng biệt cho các thành phần riêng biệt, nếu không, sẽ có tình trạng ngắn mạch.
Hãy cẩn thận về công suất của loa nếu không, loa có thể bị cháy cũng như bị hỏng.
Không tháo kẹp hoặc mạch snubber, Điều này rất cần thiết cho sự an toàn của bóng bán dẫn nguồn và bộ khuếch đại công suất.
Không áp dụng tín hiệu khuếch đại lớn trong bộ khuếch đại, THD sẽ tăng.