เครื่องขยายเสียง 40 วัตต์ใช้ tda2040 และคู่ทรานซิสเตอร์

เครื่องขยายเสียงเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านเสียง ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มขนาดของกำลังของสัญญาณอินพุตที่กำหนด ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านเสียงแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณ แต่ไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ซึ่งจำเป็นในการขับเคลื่อนโหลด ในบทช่วยสอนนี้เราจะสร้างแอมพลิฟายเออร์ 40W โดยใช้ไอซีเพาเวอร์แอมป์ TDA2040 และเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์สองตัวที่เชื่อมต่อกับลำโพงอิมพีแดนซ์ 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 40W แบบธรรมดา

ในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้เราได้สร้างแอมพลิฟายเออร์ 10 วัตต์โดยใช้ออปแอมป์และทรานซิสเตอร์กำลังสร้างแอมพลิฟายเออร์ 25 วัตต์โดยใช้ TDA2040 แต่สำหรับการกวดวิชานี้เราจะสร้างเครื่องขยายเสียง 40W อำนาจซึ่งจะขับลำโพง เราจะใช้TDA2040แบบเดียวกับที่ใช้กับเพาเวอร์แอมป์25 วัตต์แต่เพื่อให้ได้กำลังขับ40 วัตต์เราจะใช้ทรานซิสเตอร์กำลังเพิ่มเติม

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

ดังที่เราได้เห็นแล้วว่ามันเป็นไปได้ที่จะได้เอาต์พุตต่อเนื่อง 25 วัตต์ผ่าน TDA2040 แต่เราต้องการทำเพาเวอร์แอมป์ 40 วัตต์ ดังนั้น 15 วัตต์ที่เพิ่มขึ้นนี้เราจำเป็นต้องเพิ่มทรานซิสเตอร์กำลังสองตัว NPN และ PNP เพื่อให้กำลังขยายและกำลังขับเพิ่มเติมสำหรับลำโพง 4 โอห์ม

เพื่อให้บรรลุการขยายกำลังเพิ่มเติมนี้เราใช้ทรานซิสเตอร์คู่ที่ตรงกัน BD712 และ BD711 พาวเวอร์ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ทั้งสองมีอยู่ในแพ็คเกจ TO-220C

แผนภาพพินเอาต์ของ BD711 และ BD712 คือ

เพื่อการทำงานที่สมบูรณ์แบบโดยไม่ถูกทำลาย THD เราจำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟ 36V เพื่อให้ได้เอาต์พุต 40 วัตต์ แม้ว่าวงจรนี้สามารถใช้พลังงานจาก 15V ถึง 40VDC

ส่วนประกอบที่จำเป็น

ในการสร้างวงจรเราต้องการส่วนประกอบต่อไปนี้ -

1. บอร์ด Vero (จุดหรือเชื่อมต่อทุกคนสามารถใช้ได้)
2. หัวแร้ง
3. ลวดบัดกรี
4. เครื่องมือปอกก้ามและลวด
5. สายไฟ
6. อลูมิเนียมระบายความร้อน KS-58
7. 36V แหล่งจ่ายไฟเดี่ยว
8. ลำโพง 4 โอห์ม 40 วัตต์
9. 4 ชิ้น 1.5R Resistor ตัวต้านทาน 1/2 วัตต์
10. 4pcs 100k Resistor 1/4 ^thวัตต์
11. ตัวต้านทาน 12k
12. ตัวต้านทาน 1R พร้อมกำลังไฟ 2 วัตต์
13. ตัวเก็บประจุ 470nF
14. ตัวเก็บประจุ 100uF
15. TDA2040
16. 1N4148 ไดโอด 2 ชิ้น
17. ตัวเก็บประจุ 220nF
18. 2200uF ตัวเก็บประจุ
19. ตัวเก็บประจุ 4.7uF
20. BD711 & BD712 ทรานซิสเตอร์คู่

แผนภาพวงจรและคำอธิบาย

แผนผังเป็นเครื่องขยายเสียง 40 วัตต์ค่อนข้างเรียบง่าย TDA2040 กำลังขยายสัญญาณและให้กำลังไฟ 25Watt RMS การขยายอำนาจเพิ่มเติมจะกระทำโดยใช้BD711 และ BD712 คู่ทรานซิสเตอร์ ตัวเก็บประจุอินพุต 470nF เป็นตัวเก็บประจุปิดกั้น DC ซึ่งจะอนุญาตให้ส่งสัญญาณ AC เท่านั้น สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้าเดียว เนื่องจากแอมพลิฟายเออร์ขับเคลื่อนโดยใช้แหล่งจ่ายเดียวสัญญาณอินพุตจะต้องยกสูงกว่าสองสามโวลต์เพื่อให้แอมพลิฟายเออร์สามารถขยายสัญญาณได้ทั้งในด้านบวกและลบ ตัวต้านทาน R6, R9 และ R7, R8 ให้แรงดันไบอัสแก่ทรานซิสเตอร์กำลังและเพาเวอร์แอมป์ R10 และ C5 เป็นวงจรยึดแบบ snubber หรือ RC เพื่อป้องกันเครื่องขยายเสียงจากภาระอุปนัยขนาดใหญ่ของลำโพง

ทดสอบวงจรแอมพลิฟายเออร์ 40 วัตต์

เราใช้เครื่องมือจำลองโปรตีอุสเพื่อตรวจสอบเอาต์พุตของวงจร เราวัดผลลัพธ์ในออสซิลโลสโคปเสมือน คุณสามารถตรวจสอบวิดีโอสาธิตทั้งหมดที่ระบุด้านล่าง

เรากำลังจ่ายไฟให้วงจรโดยใช้ 36VDC และให้สัญญาณไซน์อินพุท ออสซิลโลสโคปเชื่อมต่อผ่านเอาต์พุตกับโหลด 4 โอห์มที่ช่อง A (สีเหลือง) และสัญญาณอินพุตที่เชื่อมต่อข้ามช่อง B (สีน้ำเงิน)

เราสามารถเห็นความแตกต่างของเอาต์พุตระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตที่ขยายได้ในวิดีโอ: -

นอกจากนี้เราได้ตรวจสอบกำลังไฟขาออกแล้ววัตต์ของเครื่องขยายเสียงขึ้นอยู่กับหลาย ๆ อย่างดังที่ได้กล่าวไว้ก่อน ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์ของลำโพงประสิทธิภาพของลำโพงประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์โครงสร้างทอพอโลยีการสร้างความเพี้ยนทั้งหมดเป็นต้นเราไม่สามารถพิจารณาหรือคำนวณปัจจัยที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่สร้างขึ้นในกำลังวัตต์ของเครื่องขยายเสียง วงจรชีวิตจริงแตกต่างจากการจำลองเนื่องจากต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างในขณะตรวจสอบหรือทดสอบเอาต์พุต

การคำนวณวัตต์ของเครื่องขยายเสียง

เราใช้สูตรง่ายๆในการคำนวณกำลังวัตต์ของเครื่องขยายเสียง -

กำลังวัตต์ของเครื่องขยายเสียง = V ² / R

เราเชื่อมต่อ AC แบบหลายเมตรผ่านเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่แสดงในหลายเมตรคือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสูงสุดถึงจุดสูงสุด

เราให้สัญญาณไซน์ความถี่ต่ำมาก 200Hz เช่นเดียวกับในความถี่ต่ำแอมพลิฟายเออร์จะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังโหลดมากขึ้นและมัลติมิเตอร์จะสามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้อย่างเหมาะสม

มัลติมิเตอร์แสดง + 12.5V AC ดังนั้นตามสูตรเอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์ที่โหลด 4 โอห์มคือ

เครื่องขยายเสียงวัตต์ = 12.5 ² /4เครื่องขยายเสียงวัตต์ = 39.06 (40W โดยประมาณ)

สิ่งที่ต้องจำขณะสร้างแอมพลิฟายเออร์ 40w

เมื่อสร้างวงจรเพาเวอร์แอมป์ TDA2040 จะต้องเชื่อมต่อกับฮีทซิงค์อย่างถูกต้อง ฮีทซิงค์ที่ใหญ่ขึ้นให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า นอกจากนี้ควรใช้คาปาซิเตอร์ชนิดกล่องที่ได้รับการจัดอันดับเกรดเสียงเพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่า

มันก็มักจะเป็นทางเลือกที่ดีที่จะใช้ PCB สำหรับการประยุกต์ใช้ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องเสียง วิธีที่ดีที่สุดในการสร้าง PCB คือการอ้างอิงหลักเกณฑ์ของผู้ผลิต IC

1. ทำให้ร่องรอยสัญญาณเสียงสั้นที่สุดเพื่อลดการเชื่อมต่อสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ
2. จำเป็นต้องเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์กำลังกับแผงระบายความร้อนที่เหมาะสม สามารถใช้ฮีทซิงค์ KS-58 ซีรีส์ได้
3. อย่าใช้ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ตัวเดียวและแก้ไข TDA2040, BD711 และ BD712 ใช้ฮีทซิงค์แยกต่างหากสำหรับส่วนประกอบที่แยกจากกันมิฉะนั้นจะเกิดสภาวะลัดวงจร
4. ระวังเกี่ยวกับกำลังไฟของลำโพงมิฉะนั้นลำโพงอาจไหม้และเสียหายได้
5. อย่าถอดแคลมป์หรือวงจรดูแคลนมันเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับความปลอดภัยของเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์และเพาเวอร์แอมป์
6. อย่าใช้สัญญาณขยายขนาดใหญ่ในเครื่องขยายเสียง THD จะเพิ่มขึ้น