วงจรขยายเสียง 25 วัตต์ใช้ tda2040

แอมพลิฟายเออร์เป็นกระดูกสันหลังของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อนาล็อก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ แอมพลิฟายเออร์ถูกใช้เกือบทั้งหมดในแอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับเสียง

เพาเวอร์แอมป์เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านเสียง ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มขนาดของกำลังไฟที่ให้สัญญาณอินพุต ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านเสียงแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณ แต่ไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ซึ่งจำเป็นในการขับเคลื่อนโหลด ในบทช่วยสอนนี้เราจะสร้างแอมพลิฟายเออร์ 25W โดยใช้ไอซีเพาเวอร์แอมป์ TDA2040 ที่เชื่อมต่อกับลำโพงอิมพีแดนซ์ 4 โอห์ม

โครงสร้างโทโพโลยีการก่อสร้างสำหรับเครื่องขยายเสียง

ในเครื่องขยายเสียงระบบห่วงโซ่, ขยายกำลังถูกนำมาใช้ในขั้นตอนสุดท้ายหรือครั้งสุดท้ายก่อนที่จะโหลด โดยทั่วไประบบขยายเสียงจะใช้โทโพโลยีด้านล่างที่แสดงในแผนภาพบล็อก

ดังที่คุณเห็นในแผนภาพด้านบน Power Amplifier เป็นขั้นตอนสุดท้ายที่เชื่อมต่อโดยตรงกับโหลด โดยทั่วไปก่อน Power Amplifier สัญญาณจะถูกแก้ไขโดยใช้ Pre Amplifiers และ Voltage control amplifiers นอกจากนี้ในบางกรณีที่จำเป็นต้องมีการควบคุมโทนจะเพิ่มวงจรควบคุมโทนเสียงก่อนเครื่องขยายเสียง

รู้ภาระของคุณ

ในกรณีของระบบเครื่องขยายเสียงน้ำหนักบรรทุกและความสามารถในการขับเคลื่อนของเครื่องขยายเสียงเป็นสิ่งสำคัญในการก่อสร้าง โหลดที่สำคัญสำหรับอำนาจ Amplifier เป็นดังลำโพง เอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ของโหลดดังนั้นการเชื่อมต่อโหลดที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเพาเวอร์แอมป์และความเสถียร

ลำโพงดังเป็นโหลดขนาดใหญ่ซึ่งทำหน้าที่เป็นโหลดอุปนัยและต้านทาน เพาเวอร์แอมป์ให้เอาต์พุต AC ด้วยเหตุนี้อิมพีแดนซ์ของลำโพงจึงเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการถ่ายโอนพลังงานที่เหมาะสม

อิมพีแดนซ์คือความต้านทานที่มีประสิทธิภาพของวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือส่วนประกอบสำหรับกระแสสลับซึ่งเกิดจากผลรวมที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานโอห์มมิกและรีแอคแตนซ์

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับเสียงลำโพงประเภทต่างๆมีให้เลือกใช้ในจำนวนวัตต์ที่แตกต่างกันและมีอิมพีแดนซ์ต่างกัน ความต้านทานของลำโพงสามารถเข้าใจได้ดีที่สุดโดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่างการไหลของน้ำภายในท่อ แค่คิดว่าลำโพงเป็นท่อน้ำน้ำที่ไหลผ่านท่อก็คือสัญญาณเสียงที่สลับกัน ตอนนี้ถ้าท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นน้ำจะไหลผ่านท่อได้ง่ายปริมาตรน้ำจะใหญ่ขึ้นและถ้าเราลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้ำก็จะไหลผ่านท่อน้อยลงปริมาณน้ำก็จะมากขึ้น ต่ำกว่า เส้นผ่านศูนย์กลางคือผลที่สร้างขึ้นโดยความต้านทานโอห์มมิกและรีแอคแตนซ์ ถ้าท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นอิมพีแดนซ์จะต่ำดังนั้นลำโพงจึงสามารถรับกำลังวัตต์ได้มากขึ้นและแอมพลิฟายเออร์ให้สถานการณ์การถ่ายโอนพลังงานที่มากขึ้นและหากอิมพีแดนซ์สูงขึ้นแอมพลิฟายเออร์จะให้พลังงานแก่ลำโพงน้อยลง

มีตัวเลือกที่แตกต่างกันเช่นเดียวกับส่วนต่างๆของลำโพงที่มีอยู่ในตลาดโดยทั่วไปคือ 4 โอห์ม 8 โอห์ม 16 โอห์มและ 32 โอห์มซึ่งลำโพง 4 และ 8 โอห์มมีให้เลือกมากมายในราคาถูก นอกจากนี้เราต้องเข้าใจด้วยว่าแอมพลิฟายเออร์ที่มีกำลังไฟ 5 วัตต์ 6 วัตต์หรือ 10 วัตต์หรือมากกว่านั้นคือกำลังวัตต์ RMS (รูท Mean Square) ซึ่งส่งโดยแอมพลิฟายเออร์ไปยังโหลดเฉพาะในการทำงานต่อเนื่อง

ดังนั้นเราต้องระมัดระวังเกี่ยวกับระดับของลำโพงการจัดอันดับของเครื่องขยายเสียงประสิทธิภาพของลำโพงและความต้านทาน

โครงสร้างของเครื่องขยายเสียง 25W แบบธรรมดา

ในบทเรียนก่อนหน้านี้เราได้สร้างเครื่องขยายเสียง 10 วัตต์โดยใช้ Op-amp และทรานซิสเตอร์กำลัง แต่สำหรับการกวดวิชานี้เราจะสร้างเครื่องขยายเสียง 25W อำนาจซึ่งจะขับลำโพง เราจะใช้ไอซีเพาเวอร์แอมป์เฉพาะสำหรับสิ่งนี้ เราเลือกไอซีเพาเวอร์แอมป์TDA2040

ในภาพด้านบนแสดง TDA2040 มีจำหน่ายในร้านค้าออนไลน์ทั่วไปส่วนใหญ่และบน eBay แพคเกจนี้เรียกว่าแพ็คเกจ ' Pentawatt ' พร้อมขาออก 5 ขา แผนภาพพินเอาต์ค่อนข้างเรียบง่ายและมีอยู่ในแผ่นข้อมูล

แท็บเชื่อมต่อกับพิน 3 หรือ –Vs (แหล่งจ่ายเชิงลบ) ไม่ต้องพูดถึง Heatsink ที่เชื่อมต่อกับแท็บยังได้รับการเชื่อมต่อแบบเดียวกัน

หากเราตรวจสอบแผ่นข้อมูลเราจะเห็นคุณสมบัติของไอซีเพาเวอร์แอมป์นี้

คุณสมบัติของ IC นั้นค่อนข้างดี ให้การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรลงสู่พื้นดิน นอกจากนี้การป้องกันความร้อนจะส่งมอบคุณสมบัติด้านความปลอดภัยเพิ่มเติมเนื่องจากสภาวะที่มีน้ำหนักเกิน ดังที่เราเห็น TDA2040 สามารถให้เอาต์พุต 25Watt ไปยังโหลด 4 โอห์มได้หากเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟแยกที่มีเอาต์พุต +/- 17V ในกรณีเช่นนี้ THD (Total Harmonic Distortion) จะเท่ากับ 0.5% ในการกำหนดค่าเดียวกันถ้าเราได้รับกำลังขับ 30 วัตต์ THD จะกลายเป็น 10%

นอกจากนี้ยังมีกราฟอื่นในแผ่นข้อมูลซึ่งให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าและกำลังไฟขาออก

หากเราเห็นกราฟเราสามารถได้รับกำลังขับมากกว่า 26 วัตต์หากเราใช้แหล่งจ่ายไฟแยกที่มีเอาต์พุตมากกว่า 15V ดังนั้นเรามาทำให้เพาเวอร์แอมป์ทำงานร่วมกับลำโพงอิมพีแดนซ์ 4 โอห์มที่ 25Wattโดยไม่กระทบต่อ THD

ส่วนประกอบที่จำเป็น

ในการสร้างวงจรเราต้องการส่วนประกอบต่อไปนี้ -

บอร์ด Vero (จุดหรือเชื่อมต่อทุกคนสามารถใช้ได้)
หัวแร้ง
ลวดบัดกรี
เครื่องมือปอกก้ามและลวด
สายไฟ
อลูมิเนียมระบายความร้อน
แหล่งจ่ายไฟ 17V Rail to Rail พร้อมรางไฟ + 17V GND -17V
ลำโพง 4 โอห์ม 25 วัตต์
4.7R Resistor 1/2 วัตต์
680R Resistor 1/4 ^thวัตต์
ตัวต้านทาน 22k
ตัวต้านทาน 10k
ตัวเก็บประจุ 100nF /.1uF 4 ชิ้น
ตัวเก็บประจุ 22uF
TDA2040

แผนภาพวงจรขยายเสียง 25 วัตต์และคำอธิบาย

แผนผังสำหรับเครื่องขยายเสียง 25 วัตต์นั้นค่อนข้างเรียบง่าย TDA2040 จะขยายสัญญาณและให้25Watt RMS วัตต์ไป 4 โอห์มลำโพง C4 และ C5 ใช้เป็นตัวเก็บประจุตัวกรองแบบแยกส่วน C1 และ R1 ทำหน้าที่เป็นตัวกรอง R2, R3 และ C2 กำลังให้ข้อเสนอแนะที่จำเป็นกับเพาเวอร์แอมป์ R4 และ C3 เป็นวงจร snubber เพื่อยึดข้อเสนอแนะจากโหลดอุปนัย (Loud Speaker)

ทดสอบวงจรแอมพลิฟายเออร์ 25 วัตต์

เราใช้เครื่องมือจำลองโปรตีอุสเพื่อตรวจสอบเอาต์พุตของวงจร เราวัดผลลัพธ์ในออสซิลโลสโคปเสมือน คุณสามารถตรวจสอบวิดีโอสาธิตทั้งหมดที่ระบุด้านล่าง

เรากำลังเปิดวงจรโดยใช้ +/- 17V และให้สัญญาณไซน์อินพุท ออสซิลโลสโคปเชื่อมต่อผ่านเอาต์พุตกับโหลด 4 โอห์มที่ช่อง A (สีเหลือง) และสัญญาณอินพุตเชื่อมต่อผ่านช่อง B (สีน้ำเงิน)

เราสามารถเห็นความแตกต่างของเอาต์พุตระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตที่ขยายได้ในวิดีโอ: -

นอกจากนี้เราได้ตรวจสอบกำลังไฟขาออกแล้ววัตต์ของเครื่องขยายเสียงขึ้นอยู่กับหลาย ๆ อย่างดังที่ได้กล่าวไว้ก่อน ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ของลำโพงประสิทธิภาพของลำโพงประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์โครงสร้างทอพอโลยีการสร้างความเพี้ยนทั้งหมดเป็นต้นเราไม่สามารถพิจารณาหรือคำนวณปัจจัยที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่สร้างขึ้นในกำลังวัตต์ของเครื่องขยายเสียง วงจรชีวิตจริงแตกต่างจากการจำลองเนื่องจากต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างในขณะตรวจสอบหรือทดสอบเอาต์พุต

การคำนวณวัตต์ของเครื่องขยายเสียง

เราใช้สูตรง่ายๆในการคำนวณกำลังวัตต์ของเครื่องขยายเสียง -

กำลังวัตต์ของเครื่องขยายเสียง = V ² / R

เราเชื่อมต่อ AC แบบหลายเมตรผ่านเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่แสดงในหลายเมตรคือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสูงสุดถึงจุดสูงสุด

เราให้สัญญาณไซน์ความถี่ต่ำมากเพียงไม่กี่ 25-50Hz เช่นเดียวกับในความถี่ต่ำแอมพลิฟายเออร์จะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังโหลดมากขึ้นและมัลติมิเตอร์จะสามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้อย่างเหมาะสม

มัลติมิเตอร์แสดง + 10.1V AC ดังนั้นตามสูตรเอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์ที่โหลด 4 โอห์มคือ

เครื่องขยายเสียงวัตต์ = 10.1 ² /4เครื่องขยายเสียงวัตต์ = 25.50 (25W โดยประมาณ)

สิ่งที่ต้องจำขณะสร้างเครื่องขยายเสียง 25w

เมื่อสร้างวงจรเพาเวอร์แอมป์TDA2040จะต้องเชื่อมต่อกับฮีทซิงค์อย่างถูกต้อง ฮีทซิงค์ที่ใหญ่ขึ้นให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า นอกจากนี้ควรใช้ตัวเก็บประจุชนิดกล่องที่ได้รับการจัดอันดับเกรดเสียงเพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่า

เป็นทางเลือกที่ดีเสมอในการใช้ PCB สำหรับแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับเสียง วิธีที่ดีที่สุดในการสร้าง PCB คือการอ้างอิงหลักเกณฑ์ของผู้ผลิต IC มีการออกแบบ PCB อ้างอิงที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลของ TDA2040

ในภาพด้านบนจะแสดงวงจรตัวอย่างที่มีเค้าโครง PCB จะดีกว่าที่จะยึดติดกับเค้าโครงอ้างอิงและอยู่ในอัตราส่วน 1: 1 มันจะลดการเชื่อมต่อสัญญาณรบกวนในเอาต์พุต

ลองใช้ลำโพงประสิทธิภาพสูงกว่า 4 โอห์มที่มีกำลังวัตต์ที่เหมาะสมในการขับเคลื่อนด้วยเครื่องขยายเสียงนี้