- 증폭기를위한 구성 토폴로지
- 부하 파악
- 간단한 40W 증폭기 구성
- 필수 구성 요소
- 회로도 및 설명
- 40 와트 증폭기 회로 테스트
- 증폭기 와트 계산
- 40w 앰프를 구성 할 때 기억해야 할 사항
파워 앰프는 사운드 전자 장치의 일부입니다. 주어진 입력 신호의 전력 크기를 최대화하도록 설계되었습니다. 음향 전자 장치에서 연산 증폭기는 신호의 전압을 증가 시키지만 부하를 구동하는 데 필요한 전류를 제공 할 수 없습니다. 이 튜토리얼에서는 TDA2040 전력 증폭기 IC와 4 옴 임피던스 스피커가 연결된 두 개의 전력 트랜지스터 를 사용하여 40W 증폭기를 구축 합니다.
증폭기를위한 구성 토폴로지
에서 증폭기 체인 시스템, 전력 증폭기 부하 전의 마지막 또는 최종 단계에서 사용된다. 일반적으로 Sound Amplifier 시스템은 블록 다이어그램에 표시된 아래 토폴로지를 사용합니다.
위의 블록 다이어그램에서 볼 수 있듯이 전력 증폭기는 부하에 직접 연결된 마지막 단계입니다. 일반적으로 파워 앰프 이전에 신호는 프리 앰프 및 전압 제어 앰프를 사용하여 수정됩니다. 또한 톤 컨트롤이 필요한 경우에는 톤 컨트롤 회로가 파워 앰프 앞에 추가됩니다.
부하 파악
오디오 앰프 시스템의 경우 앰프의 부하 및 부하 구동 용량은 구성에서 중요한 측면입니다. 파워 앰프 의 주요 부하는 시끄러운 스피커 입니다. 파워 앰프 출력은로드 임피던스에 따라 달라 지므로 부적절한로드를 연결하면 파워 앰프의 효율성과 안정성이 저하 될 수 있습니다.
Loud Speaker는 유도 성 및 저항성 부하로 작용하는 거대한 부하입니다. 파워 앰프는 AC 출력을 제공하기 때문에 스피커의 임피던스는 적절한 전력 전송을위한 중요한 요소입니다.
임피던스는 옴 저항 및 리액턴스와 관련된 결합 된 효과로 인해 발생하는 교류에 대한 전자 회로 또는 구성 요소의 유효 저항입니다.
오디오 전자 장치에서 다양한 유형의 라우드 스피커는 임피던스가 다른 다양한 와트로 제공됩니다. 스피커 임피던스는 파이프 내부의 물 흐름 사이의 관계를 사용하여 가장 잘 이해할 수 있습니다. 라우드 스피커를 수도관이라고 생각하면 파이프를 통해 흐르는 물은 교대 오디오 신호입니다. 이제 파이프의 직경이 커지면 물이 파이프를 통해 쉽게 흐르고 물의 양이 커지고 직경을 줄이면 파이프를 통해 흐르는 물이 적어 지므로 물의 양은 보다 낮은. 직경은 옴 저항과 리액턴스에 의해 생성되는 효과입니다. 파이프의 직경이 커지면 임피던스가 낮아지고스피커는 더 많은 와트를 얻을 수 있고 증폭기는 더 많은 전력 전송 시나리오를 제공하며 임피던스가 높아지면 증폭기는 스피커에 더 적은 전력을 제공합니다.
일반적으로 4ohms, 8ohms, 16ohms 및 32ohms와 함께 다양한 선택의 스피커가 시장에 나와 있으며, 그중 4ohm 및 8ohm 스피커는 저렴한 가격으로 널리 제공됩니다. 또한 5 와트, 6 와트 또는 10 와트 이상의 앰프는 연속 작동에서 앰프가 특정 부하에 전달하는 RMS (Root Mean Square) 와트라는 것을 이해해야합니다.
따라서 스피커 등급, 앰프 등급, 스피커 효율 및 임피던스에주의해야합니다.
간단한 40W 증폭기 구성
이전 튜토리얼에서는 연산 증폭기와 전력 트랜지스터를 사용하여 10W 증폭기를 만들고 TDA2040을 사용하여 25W 증폭기도 구성했습니다. 그러나이 튜토리얼에서는 4 Ohms 임피던스 스피커를 구동 할 40W 전력 증폭기를 구축합니다. 우리는 같은 사용 TDA2040 에 사용되는 25 와트의 파워 앰프를하지만, 얻을 수 40 와트의 출력을 우리는 추가 전력 트랜지스터를 사용합니다.
위 이미지에는 TDA2040이 표시되어 있습니다. 대부분의 일반적인 온라인 상점과 eBay에서 구할 수 있습니다. 이 패키지는 5 개의 출력 핀이있는 ' 펜타 와트 '패키지 라고 합니다. 핀아웃 다이어그램은 매우 간단하며 데이터 시트에서 사용할 수 있습니다.
탭은 핀 3 또는 –V (음극 공급 소스)에 연결됩니다. 말할 것도없이 탭과 연결된 방열판도 동일한 연결을 얻습니다.
데이터 시트를 확인하면이 전력 증폭기 IC의 기능도 볼 수 있습니다.
IC의 기능은 꽤 좋습니다. 접지에 단락 보호 기능을 제공합니다. 또한 열 보호는 과부하 상태로 인해 추가 안전 기능을 제공합니다. 보시다시피 TDA2040은 +/- 17V 출력의 분할 전원 공급 장치가 연결되어있는 경우 4 Ohms 부하에 25Watt 출력을 제공 할 수 있습니다. 이 경우 THD (Total Harmonic Distortion)는 0.5 %가됩니다. 동일한 구성에서 30 와트 전력 출력을 얻으면 THD는 10 %가됩니다.
또한 데이터 시트에는 공급 전압과 출력 와트 간의 관계를 제공하는 또 다른 그래프가 있습니다.
그래프를 보면 15V 이상의 출력을 가진 분할 전원 공급 장치를 사용하면 26W 이상의 출력 전력을 얻을 수 있습니다.
따라서 우리는 이미 TDA2040을 통해 25W 연속 출력을 달성 할 수 있음을 확인했습니다. 하지만 우리는 40W 전력 증폭기를 만들고 싶습니다. 따라서이 추가 15 와트에는 2 개의 전력 트랜지스터 NPN과 PNP를 추가 하여 4 옴 라우드 스피커에 추가 증폭 및 출력 와트 를 제공해야합니다.
이 추가 전력 증폭을 달성하기 위해 정합 쌍 트랜지스터 BD712 및 BD711 전력 트랜지스터를 사용했습니다. 두 트랜지스터 모두 TO-220C 패키지로 제공됩니다.
BD711 및 BD712의 핀아웃 다이어그램은 다음과 같습니다.
THD가 손상되지 않고 완벽하게 작동하려면 40W 출력을 달성하기 위해 36V 전원 공급 장치가 필요합니다. 이 회로는 15V ~ 40VDC를 사용하여 전원을 공급할 수 있습니다.
필수 구성 요소
회로를 구성하려면 다음 구성 요소가 필요합니다.
- Vero 보드 (점선 또는 연결된 누구나 사용 가능)
- 납땜 인두
- 솔더 와이어
- 니퍼 및 와이어 스트리퍼 도구
- 전선
- 알루미늄 방열판 KS-58
- 36V 단일 전원 공급 장치
- 4 Ohms 40W 스피커
- 4 개의 1.5R 저항기 1 / 2W 저항기
- 4pcs 100k 저항기 1/4 th 와트
- 12k 저항
- 정격 전력이 2W 인 1R 저항기
- 470nF 커패시터
- 100uF 커패시터
- TDA2040
- 1N4148 다이오드 2 개
- 220nF 커패시터
- 2200uF 커패시터
- 4.7uF 커패시터
- BD711 및 BD712 트랜지스터 쌍.
회로도 및 설명
회로도는 40 와트 오디오 증폭기로 매우 간단합니다. TDA2040은 신호를 증폭하고 25W RMS 와트를 제공합니다. 추가 전력 증폭은 BD711 및 BD712 트랜지스터 쌍을 사용하여 수행됩니다. 입력 커패시터 470nF는 AC 신호 만 통과시키는 DC 차단 커패시터입니다. 한 가지 중요한 것은 단일 공급 전압입니다. 증폭기는 단일 공급 장치를 사용하여 전원을 공급 받으므로 증폭기가 양 및 음 피크 모두에서 신호를 증폭 할 수 있도록 입력 신호를 몇 볼트 이상으로 올려야합니다. 저항 R6, R9 및 R7, R8은 전력 트랜지스터와 전력 증폭기에 바이어스 전압을 제공합니다. R10 및 C5는 라우드 스피커의 막대한 유도 부하로부터 증폭기를 보호하는 스 너버 또는 RC 클램프 회로입니다.
40 와트 증폭기 회로 테스트
우리는 회로의 출력을 확인하기 위해 proteus 시뮬레이션 도구를 사용했습니다. 가상 오실로스코프에서 출력을 측정했습니다. 아래 주어진 전체 데모 비디오를 확인할 수 있습니다.
36VDC를 사용하여 회로에 전원을 공급하고 입력 사인파 신호가 제공됩니다. 오실로스코프는 채널 A (노란색)의 4 옴 부하에 대해 출력에 연결되고 채널 B (파란색)에 연결된 입력 신호에 대해 연결됩니다.
비디오에서 입력 신호와 증폭 된 출력 간의 출력 차이를 볼 수 있습니다.
또한 출력 전력량을 확인했습니다. 증폭기 전력량은 앞에서 설명한 것처럼 여러 가지에 크게 의존합니다. 그것은 스피커 임피던스, 스피커 효율, 앰프 효율, 구조 토폴로지, 총 고조파 왜곡 등에 크게 의존합니다. 우리는 앰프 와트의 의존성을 생성하는 모든 가능한 요소를 고려하거나 계산할 수 없었습니다. 실제 회로는 출력을 확인하거나 테스트하는 동안 많은 요소를 고려해야하기 때문에 시뮬레이션과 다릅니다.
증폭기 와트 계산
우리는 증폭기의 전력량을 계산하기 위해 간단한 공식을 사용했습니다.
증폭기 와트 = V 2 / R
출력에 AC 멀티 미터를 연결했습니다. 멀티 미터에 표시된 AC 전압은 피크 대 피크 AC 전압입니다.
우리는 매우 저주파 정현파 신호 200Hz를 제공했습니다. 저주파에서와 마찬가지로 증폭기는 부하에 더 많은 전류를 전달하고 멀티 미터는 AC 전압을 올바르게 감지 할 수 있습니다.
멀티 미터는 + 12.5V AC를 보여주었습니다. 따라서 공식에 따라 4 Ohms 부하에서 전력 증폭기의 출력은 다음과 같습니다.
앰프 와트 = 12.5 2 / 4 앰프 와트 = 39.06 (약 40W)
40w 앰프를 구성 할 때 기억해야 할 사항
회로를 구성 할 때 파워 앰프 TDA2040을 히트 싱크와 올바르게 연결해야합니다. 더 큰 방열판은 더 나은 결과를 제공합니다. 또한 더 나은 결과를 위해 오디오 등급 정격 박스형 커패시터를 사용하는 것이 좋습니다.
오디오 관련 응용 프로그램에 PCB 를 사용 하는 것은 항상 좋은 선택 입니다. PCB를 구성하는 가장 좋은 방법은 IC 제조업체 지침을 참조하는 것입니다.
- 원하지 않는 노이즈 커플 링을 줄이기 위해 오디오 신호 트레이스를 가능한 짧게 만드십시오.
- 전력 트랜지스터는 적절한 방열판과 연결되어야합니다. KS-58 시리즈 히트 싱크를 사용할 수 있습니다.
- 하나의 대형 방열판을 사용하지 말고 TDA2040, BD711 및 BD712를 수정하십시오. 별도의 구성 요소에 대해 별도의 방열판을 사용하십시오. 그렇지 않으면 단락 상태가 발생합니다.
- 스피커 와트에주의하십시오. 그렇지 않으면 스피커가 타거나 손상 될 수 있습니다.
- 클램프 또는 스 너버 회로를 제거하지 마십시오. 파워 트랜지스터 및 파워 앰프의 안전을 위해 매우 중요합니다.
- 증폭기에 큰 증폭 신호를 적용하지 마십시오. THD가 증가합니다.