Circuito amplificador de áudio de 25 watts usando tda2040

Os amplificadores são a espinha dorsal da eletrônica analógica. Eles são amplamente utilizados no campo da indústria eletrônica. Os amplificadores são usados em quase todas as aplicações relacionadas a áudio.

O amplificador de potência faz parte da eletrônica de áudio. Ele é projetado para maximizar a magnitude da potência do sinal de entrada fornecido. Na eletrônica de som, o amplificador operacional aumenta a tensão do sinal, mas é incapaz de fornecer a corrente necessária para acionar uma carga. Neste tutorial, construiremos um amplificador de 25W usando um amplificador de potência IC TDA2040 com um alto-falante de impedância de 4 Ohms conectado a ele.

Topologia de construção para amplificadores

Em um sistema de cadeia de amplificadores, o amplificador de potência é usado no último ou último estágio antes da carga. Geralmente, o sistema Amplificador de som usa a topologia abaixo mostrada no diagrama de blocos

Como você pode ver no diagrama de blocos acima, o Amplificador de potência é o último estágio que está diretamente conectado à carga. Geralmente, antes do Amplificador de potência, o sinal é corrigido usando pré-amplificadores e amplificadores de controle de tensão. Além disso, em alguns casos, onde o controle de tom é necessário, o circuito de controle de tom é adicionado antes do Amplificador de potência.

Conheça sua carga

No caso do sistema de amplificador de áudio, a carga e a capacidade de condução de carga do amplificador é um aspecto importante na construção. A principal carga de um amplificador de potência é o alto-falante. A saída do amplificador de potência depende da impedância de carga, portanto, conectar uma carga inadequada pode comprometer a eficiência do amplificador de potência e também a estabilidade.

O alto-falante é uma carga enorme que atua como uma carga indutiva e resistiva. O amplificador de potência fornece saída CA, devido a isso, a impedância do alto-falante é um fator crítico para a transferência de potência adequada.

Impedância é a resistência efetiva de um circuito eletrônico ou componente de corrente alternada, que surge dos efeitos combinados relacionados à resistência ôhmica e reatância.

Na eletrônica de áudio, diferentes tipos de alto-falantes estão disponíveis em diferentes potências com diferentes impedâncias. A impedância do alto-falante pode ser melhor compreendida usando a relação entre o fluxo de água dentro de um tubo. Pense no alto-falante como um cano de água, a água que flui pelo cano é o sinal de áudio alternado. Agora, se o diâmetro do tubo ficar maior, a água irá fluir facilmente pelo tubo, o volume de água será maior e se diminuirmos o diâmetro, menos água irá fluir pelo tubo, então o volume de água será mais baixo. O diâmetro é o efeito criado pela resistência ôhmica e reatância. Se o diâmetro do tubo ficar maior, a impedância será baixa,para que o alto-falante possa obter mais potência e o amplificador forneça mais cenário de transferência de potência e se a impedância ficar alta, o amplificador fornecerá menos potência para o alto-falante.

Existem diferentes opções, bem como diferentes segmentos de alto-falantes disponíveis no mercado, geralmente com 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms e 32 ohms, dos quais alto-falantes de 4 e 8 ohms estão amplamente disponíveis a preços baratos. Além disso, precisamos entender que, um amplificador com 5 Watt, 6 Watt ou 10 Watt ou até mais é a potência RMS (Root Mean Square), entregue pelo amplificador a uma carga específica em operação contínua.

Portanto, precisamos ter cuidado com a classificação do alto-falante, classificação do amplificador, eficiência do alto-falante e impedância.

Construção de amplificador simples de 25 W

Em nossos tutoriais anteriores, fizemos um amplificador de 10 Watts usando amp-Op e transistor de potência. Mas para este tutorial, iremos construir um amplificador de potência de 25W que irá acionar um alto-falante de impedância de 4 Ohms. Usaremos um amplificador de potência específico para isso. Selecionamos o IC amplificador de potência TDA2040.

Na imagem acima, TDA2040 é mostrado. Ele está disponível na maioria das lojas online genéricas, bem como no eBay. O pacote é chamado de pacote ' Pentawatt ' com 5 pinos de saída. O diagrama da pinagem é bastante simples e está disponível na folha de dados,

A guia é conectada ao pino 3 ou –Vs (fonte de alimentação negativa). Sem falar que o dissipador de calor conectado com a aba também obtém a mesma conexão.

Se verificarmos a ficha técnica, também podemos ver as características deste amplificador de potência IC

As características do IC são bastante boas. Ele fornece proteção contra curto-circuito para o aterramento. Além disso, a proteção térmica fornecerá recursos de segurança extras devido a uma condição de sobrecarga. Como podemos ver, o TDA2040 é capaz de fornecer uma saída de 25 Watts para uma carga de 4 Ohms se uma fonte de alimentação dividida com saída de +/- 17 V estiver conectada. Nesse caso, o THD (Distorção Harmônica Total) será de 0,5%. Na mesma configuração, se obtivermos 30 Watt de potência, o THD será de 10%.

Além disso, há outro gráfico na folha de dados que fornece a relação entre a tensão de alimentação e a potência de saída.

Se virmos o gráfico, podemos alcançar mais de 26 Watts de potência de saída se usarmos uma fonte de alimentação dividida com mais de 15V de saída. Então, vamos fazer o amplificador de potência funcionar com alto-falante com impedância de 4 ohms a 25Watt sem comprometer o THD.

Componentes Requeridos

Para construir o circuito, precisamos dos seguintes componentes-

Placa Vero (pontilhada ou conectada, qualquer pessoa pode ser usada)
Ferro de solda
Fio de solda
Ferramenta alicate e descascador de fios
Fios
Dissipador de calor de alumínio
Fonte de alimentação 17V Rail to Rail com + 17V GND -17V power track
Alto-falante de 4 ohms e 25 watts
Resistor 4.7R 1/2 Watt
680R resistor 1/4 ^th Watt
Resistor de 22k
Resistor de 10k
Capacitor 100nF /.1uF 4pcs
Capacitor 22uF
TDA2040

Diagrama e explicação do circuito do amplificador de áudio de 25 watts

O esquema para amplificador de áudio de 25 watts é bastante simples; O TDA2040 está amplificando o sinal e fornecendo 25 Watts RMS de potência para o alto-falante de 4 ohms. C4 e C5 usados como condensador de filtro de desacoplamento. C1 e R1 atuam como um filtro. R2, R3 e C2 estão fornecendo o feedback necessário para o amplificador de potência. R4 e C3 são o circuito de amortecimento para bloquear o feedback da carga indutiva (alto-falante).

Testando o circuito amplificador de 25 watts

Usamos ferramentas de simulação proteus para verificar a saída do circuito; medimos a saída no osciloscópio virtual. Você pode verificar o vídeo de demonstração completo fornecido abaixo

Estamos alimentando o circuito usando +/- 17 V e o sinal sinusoidal de entrada é fornecido. O osciloscópio é conectado na saída contra carga de 4 ohms no canal A (amarelo) e o sinal de entrada é conectado no canal B (azul).

Podemos ver a diferença de saída entre o sinal de entrada e a saída amplificada no vídeo: -

Além disso, verificamos a potência de saída, a potência do amplificador é altamente dependente de várias coisas, como discutido antes. É altamente dependente da impedância do alto-falante, eficiência do alto-falante, eficiência do amplificador, topologias de construção, distorções harmônicas totais, etc. Não poderíamos considerar ou calcular todos os fatores possíveis que são dependências criadas na potência do amplificador. O circuito da vida real é diferente da simulação porque muitos fatores precisam ser considerados durante a verificação ou teste da saída.

Cálculo de potência do amplificador

Usamos uma fórmula simples para calcular a potência do amplificador -

Potência do amplificador = V ² / R

Conectamos um multímetro AC na saída. A tensão CA mostrada no multímetro é a tensão CA de pico a pico.

Fornecemos sinal sinusoidal de frequência muito baixa de alguns 25-50Hz. Como na baixa frequência, o amplificador fornecerá mais corrente à carga e o multímetro será capaz de detectar a tensão CA corretamente.

O multímetro mostrou + 10,1 V CA. Então, de acordo com a fórmula, a saída do amplificador de potência com carga de 4 Ohms é

Amplificador de Potência = 10,1 ² /4 amplificador Potência = 25,50 (25W aproximadamente)

Coisas para lembrar ao construir um amplificador de 25 W

Ao construir o circuito, o amplificador de potência TDA2040 precisa ser conectado ao dissipador de calor corretamente. Um dissipador de calor maior fornece um resultado melhor. Além disso, é bom usar capacitores do tipo caixa com classificação de áudio para um melhor resultado.

É sempre uma boa escolha usar PCB para aplicativos relacionados a áudio. A melhor maneira de construir o PCB é consultar as diretrizes do fabricante do IC. Há um projeto de placa de circuito impresso de referência fornecido na folha de dados do TDA2040.

Na imagem acima, um circuito de amostra com o layout PCB é mostrado. É melhor ficar com o layout de referência, e ele está na proporção de 1: 1. Isso diminuirá o acoplamento de ruído na saída.

Além disso, tente usar um alto-falante 4 Ohms de eficiência superior com potência adequada para conduzir com este amplificador de potência.