如何使用TDA2040和功率晶體管構(gòu)建一個40W放大器

功率放大器是聲音電子的一部分。它旨在最大化給定輸入信號的功率幅度。在聲音電子學(xué)中，運算放大器增加了信號的電壓，但無法提供驅(qū)動負載所需的電流。在本教程中，我們將使用 TDA2040 功率放大器 IC 和兩個功率晶體管構(gòu)建一個 40W 放大器，并連接一個 4 歐姆阻抗揚聲器。

放大器的結(jié)構(gòu)拓撲

在放大器鏈系統(tǒng)中，功率放大器用于負載前的最后或最后階段。通常，聲音放大器系統(tǒng)使用以下拓撲結(jié)構(gòu)，如框圖所示

如上框圖所示，功率放大器是直接連接到負載的最后一級。通常，在功率放大器之前，使用前置放大器和電壓控制放大器校正信號。此外，在某些情況下，如果需要音調(diào)控制，則在功率放大器之前添加音調(diào)控制電路。

了解您的負載

在音頻放大器系統(tǒng)的情況下，放大器的負載和負載驅(qū)動能力是結(jié)構(gòu)中的一個重要方面。功率放大器的主要負載是揚聲器。功率放大器的輸出取決于負載阻抗，因此連接不正確的負載可能會影響功率放大器的效率和穩(wěn)定性。

揚聲器是一個巨大的負載，充當(dāng)感性和電阻性負載。功率放大器提供交流輸出，因此揚聲器的阻抗是正確功率傳輸?shù)年P(guān)鍵因素。

阻抗是電子電路或元件對交流電的有效電阻，由與歐姆電阻和電抗相關(guān)的綜合效應(yīng)產(chǎn)生。

在音頻電子中，不同類型的揚聲器具有不同的阻抗，具有不同的瓦數(shù)。揚聲器阻抗可以通過管道內(nèi)水流之間的關(guān)系來最好地理解。就把揚聲器想象成水管，流過水管的水就是交替的音頻信號?，F(xiàn)在，如果管道的直徑變大，水就很容易流過管道，水量就會變大，如果我們減小直徑，流過管道的水就越少，所以水量就會越小。直徑是由歐姆電阻和電抗產(chǎn)生的效應(yīng)。如果管道直徑變大，阻抗會很低，因此揚聲器可以獲得更多的瓦數(shù)，放大器提供更多的功率傳輸場景，如果阻抗變高，則放大器將為揚聲器提供更少的功率。

市場上有不同的選擇以及不同細分市場的揚聲器，通常有 4 歐姆、8 歐姆、16 歐姆和 32 歐姆，其中 4 歐姆和 8 歐姆揚聲器以便宜的價格廣泛可用。此外，我們需要了解，具有 5 瓦、6 瓦或 10 瓦甚至更高的放大器是 RMS（均方根）瓦數(shù)，由放大器在連續(xù)運行中輸送到特定負載。

因此，我們需要注意揚聲器額定值、放大器額定值、揚聲器效率和阻抗。

簡單40W放大器的結(jié)構(gòu)

在之前的教程中，我們使用運算放大器和功率晶體管制作了10瓦放大器，還使用TDA2040構(gòu)建了25瓦放大器。但在本教程中，我們將構(gòu)建一個40W 功率放大器，它將驅(qū)動一個 4 歐姆阻抗揚聲器。我們將使用與25瓦功率放大器相同的TDA2040，但要獲得40 瓦功率輸出，我們將使用額外的功率晶體管。

在上圖中，顯示了TDA2040。它可以在大多數(shù)通用的在線商店以及eBay上購買。該封裝稱為“Pentawatt”封裝，具有 5 個輸出引腳。引腳排列圖非常簡單，可在數(shù)據(jù)表中找到，

卡舌連接到引腳 3 或 –Vs（負電源）。更不用說，與選項卡連接的散熱器也獲得相同的連接。

如果我們查看數(shù)據(jù)表，我們還可以看到該功率放大器IC的功能

IC的功能非常好。它提供接地短路保護。此外，由于過載情況，熱保護將提供額外的安全功能。正如我們所看到的，如果連接了具有+/- 17V輸出的分離電源，TDA2040能夠為4歐姆負載提供25瓦輸出。在這種情況下，THD（總諧波失真）將為0.5%。在相同的配置中，如果我們獲得 30 瓦的功率輸出，THD 將變?yōu)?10%。

此外，數(shù)據(jù)表中還有另一個圖表，它提供了電源電壓和輸出功率之間的關(guān)系。

如果我們看到圖表，如果我們使用輸出超過 26V 的分體式電源，我們可以實現(xiàn) 15Watt 以上的輸出功率。

因此，正如我們已經(jīng)看到的那樣，通過TDA25可以實現(xiàn)2040瓦的連續(xù)輸出。但我們想制造40瓦功率放大器。因此，這額外的15瓦，我們需要添加兩個功率晶體管NPN和PNP，以在4歐姆揚聲器上提供額外的放大和輸出功率。

為了實現(xiàn)這種額外的功率放大，我們使用了配對對晶體管BD712和BD711功率晶體管。兩款晶體管均采用 TO-220C 封裝。

BD711 和 BD712 的引腳圖為

為了在不損害 THD 的情況下實現(xiàn)完美運行，我們需要一個 36V 電源來實現(xiàn) 40 瓦輸出。雖然該電路可以使用15V至40VDC供電。

必需組件

為了構(gòu)建電路，我們需要以下組件-

Vero 板（任何人都可以使用虛線或連接）

烙鐵

焊錫絲

鉗子和剝線鉗工具

電線

鋁制散熱器 KS-58

36V 單電源

4 歐姆 40 瓦揚聲器

4 個 1.5R 電阻器 1/2 瓦電阻器

4個100k電阻器1/4千瓦特

12k 電阻器

額定功率為 2 瓦的 1R 電阻器

470nF 電容器

100uF電容

TDA2040

1N4148 二極管兩個

220nF 電容器

2200uF電容

4.7uF電容

BD711 和 BD712 晶體管對。

電路圖及說明

原理圖是40瓦音頻放大器非常簡單;TDA2040正在放大信號并提供25瓦RMS瓦數(shù)。額外的功率放大是使用BD711和BD712晶體管對完成的。輸入電容470nF是隔直電容，只允許交流信號通過。一個主要問題是單電源電壓。由于放大器采用單電源供電，因此需要將輸入信號提升到幾伏以上，以便放大器可以在正負峰值中放大信號。電阻R6、R9和R7、R8為功率晶體管和功率放大器提供偏置電壓。R10 和 C5 是緩沖器或 RC 鉗位電路，用于保護放大器免受揚聲器的巨大電感負載的影響。

測試 40 瓦放大器電路

我們使用變形桿菌仿真工具來檢查電路的輸出;我們測量了虛擬示波器中的輸出。您可以查看下面給出的完整演示視頻。

我們使用36VDC為電路供電，并提供輸入正弦信號。示波器連接在輸出端，通道 A 上負載為 4 歐姆（黃色），輸入信號連接在通道 B（藍色）上。

我們可以在視頻中看到輸入信號和放大輸出之間的輸出差異：-

此外，我們檢查了輸出功率，如前所述，放大器功率高度依賴于多種因素。它高度依賴于揚聲器阻抗、揚聲器效率、放大器效率、結(jié)構(gòu)拓撲、總諧波失真等。我們無法考慮或計算所有可能的因素，這些因素都是在放大器功率中產(chǎn)生的依賴性。實際電路與仿真不同，因為在檢查或測試輸出時需要考慮許多因素。

放大器功率計算

我們用一個簡單的公式來計算放大器的瓦數(shù)-

Amplifier Wattage = V2 / R

我們在輸出端連接了一個交流萬用表。萬用表中顯示的交流電壓是峰峰值交流電壓。

我們提供了非常低頻正弦信號200Hz。與低頻一樣，放大器將向負載提供更多電流，萬用表將能夠正確檢測交流電壓。

萬用表顯示+12.5V AC。因此，根據(jù)公式，功率放大器在 4 歐姆負載下的輸出為

Amplifier Wattage = 12.52 / 4

Amplifier Wattage =

39.06?

(40W approximately)

構(gòu)建 40W 放大器時要記住的事情

在構(gòu)建電路時，功率放大器TDA2040需要與散熱器正確連接。散熱器越大，效果越好。此外，最好使用音頻級額定箱型電容器以獲得更好的效果。

將PCB用于音頻相關(guān)應(yīng)用始終是一個不錯的選擇.構(gòu)建PCB的最佳方法是參考IC制造商指南。

使音頻信號走線盡可能短，以減少不必要的噪聲耦合。

功率晶體管需要與適當(dāng)?shù)纳崞鬟B接?？梢允褂肒S-58系列散熱器。

請勿使用單個大散熱器并修復(fù)TDA2040、BD711和BD712。對單獨的組件使用單獨的散熱器，否則會出現(xiàn)短路情況。

小心揚聲器功率，否則揚聲器可能會被燒毀和損壞。

不要移除箝位或緩沖電路，這對功率晶體管和功率放大器的安全至關(guān)重要。

不要在放大器中施加大的放大信號，THD會增加。