Amplificador de audio de 40 vatios con tda2040 y par de transistores

El amplificador de potencia es parte de la electrónica de sonido. Está diseñado para maximizar la magnitud de la potencia de una señal de entrada dada. En electrónica de sonido, el amplificador operacional aumenta el voltaje de la señal, pero no puede proporcionar la corriente necesaria para impulsar una carga. En este tutorial, construiremos un amplificador de 40 W utilizando el IC del amplificador de potencia TDA2040 y dos transistores de potencia con un altavoz de impedancia de 4 ohmios conectado.

Topología de construcción para amplificadores

En un sistema de cadena de amplificadores, el amplificador de potencia se utiliza en la última o última etapa antes de la carga. Generalmente, el sistema de amplificador de sonido utiliza la siguiente topología que se muestra en el diagrama de bloques

Como puede ver en el diagrama de bloques anterior, el amplificador de potencia es la última etapa que está directamente conectada a la carga. Generalmente, antes del amplificador de potencia, la señal se corrige utilizando preamplificadores y amplificadores de control de voltaje. Además, en algunos casos, donde se necesita control de tono, el circuito de control de tono se agrega antes del amplificador de potencia.

Conoce tu carga

En el caso del sistema de amplificador de audio, la carga y la capacidad de conducción de carga del amplificador es un aspecto importante en la construcción. La carga principal de un amplificador de potencia es el altavoz. La salida del amplificador de potencia depende de la impedancia de la carga, por lo que conectar una carga inadecuada podría comprometer la eficiencia del amplificador de potencia y la estabilidad.

Loud Speaker es una carga enorme que actúa como carga inductiva y resistiva. El amplificador de potencia ofrece salida de CA, debido a esto, la impedancia del altavoz es un factor crítico para una transferencia de potencia adecuada.

La impedancia es la resistencia efectiva de un circuito o componente electrónico para corriente alterna, que surge de los efectos combinados relacionados con la resistencia óhmica y la reactancia.

En la electrónica de audio, hay diferentes tipos de altavoces disponibles en diferentes potencias con diferente impedancia. La impedancia de los altavoces se puede entender mejor utilizando la relación entre el flujo de agua dentro de una tubería. Piense en el altavoz como una tubería de agua, el agua que fluye a través de la tubería es la señal de audio alterna. Ahora, si la tubería aumenta de diámetro, el agua fluirá fácilmente a través de la tubería, el volumen de agua será mayor y si disminuimos el diámetro, menos agua fluirá por la tubería, por lo que el volumen de agua será inferior. El diámetro es el efecto creado por la resistencia óhmica y la reactancia. Si la tubería aumenta de diámetro, la impedancia será baja,para que el altavoz pueda obtener más potencia y el amplificador proporcione más escenario de transferencia de potencia y, si la impedancia aumenta, el amplificador proporcionará menos potencia al altavoz.

Hay diferentes opciones, así como diferentes segmentos de altavoces disponibles en el mercado, generalmente con 4 ohmios, 8 ohmios, 16 ohmios y 32 ohmios, de los cuales los altavoces de 4 y 8 ohmios están ampliamente disponibles a precios económicos. Además, debemos entender que, un amplificador con 5 vatios, 6 vatios o 10 vatios o incluso más es el vataje RMS (Root Mean Square), entregado por el amplificador a una carga específica en funcionamiento continuo.

Por lo tanto, debemos tener cuidado con la clasificación de los altavoces, la clasificación del amplificador, la eficiencia de los altavoces y la impedancia.

Construcción de un amplificador simple de 40 W

En nuestros tutoriales anteriores, hicimos un amplificador de 10 vatios con amplificador operacional y transistores de potencia, también construimos un amplificador de 25 vatios con TDA2040. Pero para este tutorial, construiremos un amplificador de potencia de 40 W que impulsará un altavoz de impedancia de 4 ohmios. Usaremos el mismo TDA2040 que usamos en el amplificador de potencia de 25 Watt, pero para obtener una potencia de salida de 40 Watt usaremos transistores de potencia adicionales.

En la imagen de arriba, se muestra TDA2040. Está disponible en la mayoría de las tiendas online genéricas, así como en eBay. El paquete se llama paquete ' Pentawatt ' con 5 pines de salida. El diagrama de distribución de pines es bastante simple y está disponible en la hoja de datos,

La lengüeta está conectada al pin 3 o al –Vs (fuente de alimentación negativa). Sin mencionar que el disipador de calor conectado con la pestaña también obtiene la misma conexión.

Si revisamos la hoja de datos, también podemos ver las características de este amplificador de potencia IC

Las características del IC son bastante buenas. Proporciona protección contra cortocircuitos a tierra. Además, la protección térmica proporcionará características de seguridad adicionales debido a una condición de sobrecarga. Como podemos ver, el TDA2040 es capaz de proporcionar una salida de 25 vatios a una carga de 4 ohmios si se conecta una fuente de alimentación dividida con una salida de +/- 17 V. En tal caso, la THD (distorsión armónica total) será del 0,5%. En la misma configuración, si obtenemos una potencia de salida de 30 Watt, la THD se convertirá en 10%.

Además, hay otro gráfico en la hoja de datos que proporciona la relación entre el voltaje de suministro y la potencia de salida.

Si vemos el gráfico, podemos lograr una potencia de salida de más de 26W si usamos una fuente de alimentación dividida con una salida de más de 15V.

Entonces, como ya hemos visto, es posible lograr una salida continua de 25 Watt a través de TDA2040. Pero queremos hacer un amplificador de potencia de 40 vatios. Por lo tanto, a estos 15 vatios adicionales, debemos agregar dos transistores de potencia NPN y PNP para proporcionar amplificación adicional y potencia de salida en el altavoz de 4 ohmios.

Para lograr esta amplificación de potencia adicional, utilizamos transistores de potencia de transistores de pares combinados BD712 y BD711. Ambos transistores están disponibles en paquete TO-220C.

El diagrama de pines del BD711 y BD712 es

Para un funcionamiento perfecto sin comprometer la THD, necesitamos una fuente de alimentación de 36 V para lograr una salida de 40 vatios. Aunque este circuito se puede alimentar usando 15V a 40VDC.

Componentes requeridos

Para construir el circuito necesitamos los siguientes componentes:

1. Tablero Vero (con puntos o conectado se puede usar cualquiera)
2. Soldador
3. Alambre de soldar
4. Herramienta de pinza y pelacables
5. Alambres
6. Disipador de calor de aluminio KS-58
7. Fuente de alimentación única de 36 V
8. Altavoz de 4 ohmios y 40 vatios
9. 4 resistencias 1.5R de 1/2 Watt
10. 4pcs 100k Resistencia 1/4 ^º vatios
11. Resistencia 12k
12. Una resistencia 1R con potencia nominal de 2 vatios
13. Condensador 470nF
14. Condensador 100uF
15. TDA2040
16. 1N4148 Diodo dos piezas
17. Condensador 220nF
18. Condensador 2200uF
19. Condensador 4.7uF
20. Par de transistores BD711 y BD712.

Diagrama de circuito y explicación

El esquema es un amplificador de audio de 40 vatios bastante simple; el TDA2040 amplifica la señal y proporciona una potencia de 25 vatios RMS. La amplificación de potencia adicional se realiza utilizando pares de transistores BD711 y BD712. El condensador de entrada 470nF es el condensador de bloqueo de CC que solo permitirá que pase la señal de CA. Una cosa importante es la tensión de alimentación única. Como el amplificador se alimenta con una sola fuente, la señal de entrada debe elevarse por encima de unos pocos voltios para que el amplificador pueda amplificar la señal en un pico tanto positivo como negativo. Las resistencias R6, R9 y R7, R8 proporcionan un voltaje de polarización a los transistores de potencia y amplificadores de potencia. El R10 y C5 es el circuito de amortiguación o abrazadera RC para proteger el amplificador de una enorme carga inductiva del altavoz.

Prueba del circuito del amplificador de 40 vatios

Usamos herramientas de simulación de proteus para verificar la salida del circuito; medimos la salida en el osciloscopio virtual. Puede consultar el video de demostración completo que se muestra a continuación.

Estamos alimentando el circuito usando 36VDC y se proporciona la señal sinusoidal de entrada. El osciloscopio está conectado a través de la salida contra una carga de 4 ohmios en el canal A (amarillo) y la señal de entrada conectada a través del canal B (azul).

Podemos ver la diferencia de salida entre la señal de entrada y la salida amplificada en el video: -

Además, verificamos la potencia de salida, la potencia del amplificador depende en gran medida de varias cosas, como se discutió anteriormente. Depende en gran medida de la impedancia de los altavoces, la eficiencia de los altavoces, la eficiencia del amplificador, las topologías de construcción, las distorsiones armónicas totales, etc. No pudimos considerar ni calcular todos los posibles factores que crean dependencias en la potencia del amplificador. El circuito de la vida real es diferente a la simulación porque se deben considerar muchos factores al verificar o probar la salida.

Cálculo de potencia del amplificador

Usamos una fórmula simple para calcular la potencia del amplificador:

Potencia del amplificador = V ² / R

Conectamos un multímetro de CA a través de la salida. El voltaje de CA que se muestra en el multímetro es un voltaje de CA de pico a pico.

Proporcionamos una señal sinusoidal de muy baja frecuencia de 200Hz. Al igual que en baja frecuencia, el amplificador entregará más corriente a la carga y el multímetro podrá detectar el voltaje de CA correctamente.

El multímetro mostró + 12,5 V AC. Entonces, según la fórmula, la salida del amplificador de potencia a una carga de 4 ohmios es

Amplificador de Potencia = 12,5 ² /4 Amplificador de Potencia = 39,06 (40W aproximadamente)

Cosas para recordar al construir un amplificador de 40w

Al construir el circuito, el amplificador de potencia TDA2040 debe conectarse correctamente con el disipador de calor. Un disipador de calor más grande proporciona un mejor resultado. Además, es bueno usar condensadores tipo caja con clasificación de grado de audio para un mejor resultado.

Siempre es una buena opción utilizar PCB para aplicaciones relacionadas con audio. La mejor manera de construir la PCB es consultando las pautas del fabricante de IC.

1. Haga que las trazas de la señal de audio sean lo más cortas posible para reducir el acoplamiento de ruido no deseado.
2. Los transistores de potencia deben estar conectados con disipadores de calor adecuados. Se puede utilizar el disipador térmico de la serie KS-58.
3. No utilice un solo disipador de calor grande y repare TDA2040, BD711 y BD712. Use disipadores de calor separados para componentes separados, de lo contrario, habrá condiciones de cortocircuito.
4. Tenga cuidado con la potencia del altavoz, de lo contrario, el altavoz puede quemarse o dañarse.
5. No retire la abrazadera o el circuito amortiguador, es muy esencial para la seguridad de los transistores de potencia y el amplificador de potencia.
6. No aplique una gran señal amplificada en el amplificador, la THD aumentará.