- Topologia de construção para amplificadores
- Conheça sua carga
- Construção de amplificador simples de 40W
- Componentes Requeridos
- Diagrama de Circuito e Explicação
- Testando o circuito amplificador de 40 watts
- Cálculo de potência do amplificador
- Coisas para lembrar ao construir um amplificador de 40W
O amplificador de potência faz parte da eletrônica de som. Ele é projetado para maximizar a magnitude da potência de determinado sinal de entrada. 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 40W usando o CI do amplificador de potência TDA2040 e dois transistores de potência 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 40W
Em nossos tutoriais anteriores, fizemos um amplificador de 10 Watts usando amp-Op e transistores de potência, também construímos um amplificador de 25 watts usando TDA2040. Mas para este tutorial, iremos construir um amplificador de potência de 40W que irá acionar um alto-falante de impedância de 4 Ohms. Usaremos o mesmo TDA2040 usado no amplificador de potência de 25 Watts, mas para obter uma saída de potência de 40 Watts usaremos transistores de potência adicionais.
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 observarmos 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.
Portanto, como já vimos, é possível atingir uma saída contínua de 25 Watt através do TDA2040. Mas queremos fazer um amplificador de potência de 40 Watts. Portanto, esses 15 watts adicionais, precisamos adicionar dois transistores de potência NPN e PNP para fornecer amplificação adicional e potência de saída através do alto-falante de 4 Ohms.
Para conseguir essa amplificação de potência adicional, usamos os transistores de par combinado BD712 e os transistores de potência BD711. Ambos os transistores estão disponíveis no pacote TO-220C.
O diagrama de pinagem do BD711 e BD712 é
Para uma operação perfeita sem comprometer o THD, precisamos de uma fonte de alimentação de 36 V para atingir uma saída de 40 Watts. Embora este circuito possa ser alimentado com 15V a 40VDC.
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 KS-58
- Fonte de alimentação única 36V
- Alto-falante de 4 ohms e 40 watts
- 4 pcs 1.5R Resistor 1/2 Watt resistores
- Resistor 4pcs 100k 1/4 th Watt
- Resistor de 12k
- Um resistor de 1R com classificação de potência de 2 Watt
- Capacitor 470nF
- Capacitor 100uF
- TDA2040
- 1N4148 Diodo dois pcs
- Capacitor 220nF
- Capacitor 2200uF
- Capacitor 4.7uF
- Par de transistores BD711 e BD712.
Diagrama de Circuito e Explicação
O esquema é um amplificador de áudio de 40 watts bastante simples; o TDA2040 está amplificando o sinal e fornecendo 25 Watts RMS de potência. A amplificação de potência adicional é feita usando pares de transistores BD711 e BD712. O capacitor de entrada 470nF é o capacitor de bloqueio DC que só permitirá a passagem do sinal AC. Uma coisa importante é a tensão de alimentação única. Como o amplificador é alimentado por uma única fonte, o sinal de entrada precisa ser elevado acima de alguns volts para que o amplificador possa amplificar o sinal em um pico positivo e negativo. Os resistores R6, R9 e R7, R8 estão fornecendo uma tensão de polarização para os transistores e amplificadores de potência. O R10 e C5 é o snubber ou circuito de grampo RC para proteger o amplificador de uma enorme carga indutiva do alto-falante.
Testando o circuito amplificador de 40 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 36 VCC 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 200Hz. 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 + 12,5 V CA. Então, de acordo com a fórmula, a saída do amplificador de potência com carga de 4 Ohms é
Amplificador de Potência = 12,5 2 /4 amplificador Potência = 39,06 (40W aproximadamente)
Coisas para lembrar ao construir um amplificador de 40W
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.
- Faça os rastros do sinal de áudio o mais curto possível para reduzir o acoplamento de ruído indesejado.
- Os transistores de potência precisam ser conectados a dissipadores de calor adequados. O dissipador de calor da série KS-58 pode ser usado.
- Não use um único dissipador de calor grande e fixe o TDA2040, BD711 e BD712. Use dissipadores de calor separados para componentes separados, caso contrário, haverá condições de curto-circuito.
- Tenha cuidado com a potência do alto-falante, caso contrário, o alto-falante pode se queimar ou ser danificado.
- Não remova a braçadeira ou circuito de amortecimento, é altamente essencial para a segurança dos transistores de potência e amplificador de potência.
- Não aplique um grande sinal amplificado no amplificador, o THD aumentará.