Amplificateur audio de 40 watts utilisant le tda2040 et une paire de transistors

L'amplificateur de puissance fait partie de l'électronique sonore. Il est conçu pour maximiser l'amplitude de la puissance d'un signal d'entrée donné. Dans l'électronique sonore, l'amplificateur opérationnel augmente la tension du signal, mais incapable de fournir le courant nécessaire pour entraîner une charge. Dans ce didacticiel, nous allons construire un amplificateur de 40 W en utilisant un amplificateur de puissance TDA2040 IC et deux transistors de puissance avec un haut-parleur d'impédance de 4 Ohms connecté.

Topologie de construction pour amplificateurs

Dans un système à chaîne d' amplificateurs, l'amplificateur de puissance est utilisé au dernier ou dernier étage avant la charge. En règle générale, le système d'amplificateur de son utilise la topologie ci-dessous indiquée dans le diagramme

Comme vous pouvez le voir dans le schéma de principe ci-dessus, l'amplificateur de puissance est le dernier étage directement connecté à la charge. Généralement, avant l'amplificateur de puissance, le signal est corrigé à l'aide de préamplificateurs et d'amplificateurs de contrôle de tension. De plus, dans certains cas, où une commande de tonalité est nécessaire, le circuit de commande de tonalité est ajouté avant l'amplificateur de puissance.

Connaissez votre charge

Dans le cas d'un système d'amplificateur audio, la charge et la capacité de commande de charge de l'amplificateur sont un aspect important de la construction. La charge principale d'un amplificateur de puissance est le haut-parleur. La sortie de l'amplificateur de puissance dépend de l'impédance de la charge, donc la connexion d'une charge incorrecte peut compromettre l'efficacité de l'amplificateur de puissance ainsi que la stabilité.

Le haut-parleur est une charge énorme qui agit comme une charge inductive et résistive. L'amplificateur de puissance délivre une sortie CA, c'est pourquoi l'impédance du haut-parleur est un facteur critique pour un transfert de puissance correct.

L'impédance est la résistance effective d'un circuit électronique ou d'un composant pour courant alternatif, qui résulte des effets combinés liés à la résistance ohmique et à la réactance.

Dans l'électronique audio, différents types de haut-parleurs sont disponibles en différentes puissances avec différentes impédances. L'impédance des enceintes peut être mieux comprise en utilisant la relation entre le débit d'eau à l'intérieur d'un tuyau. Pensez simplement au haut-parleur comme à un tuyau d'eau, l'eau qui coule à travers le tuyau est le signal audio alterné. Maintenant, si le diamètre du tuyau devient plus grand, l'eau s'écoulera facilement à travers le tuyau, le volume d'eau sera plus grand, et si nous diminuons le diamètre, moins d'eau coulera dans le tuyau, donc le volume d'eau sera inférieur. Le diamètre est l'effet créé par la résistance ohmique et la réactance. Si le diamètre du tuyau augmente, l'impédance sera faible,ainsi le haut-parleur peut obtenir plus de puissance et l'amplificateur fournit plus de scénario de transfert de puissance et si l'impédance devient élevée, l'amplificateur fournira moins de puissance au haut-parleur.

Il existe différents choix ainsi que différents segments de haut-parleurs sont disponibles sur le marché, généralement avec 4 ohms, 8 ohms, 16 ohms et 32 ​​ohms, parmi lesquels les haut-parleurs 4 et 8 ohms sont largement disponibles à des tarifs bon marché. En outre, nous devons comprendre qu'un amplificateur de 5 watts, 6 watts ou 10 watts ou même plus est la puissance RMS (Root Mean Square), fournie par l'amplificateur à une charge spécifique en fonctionnement continu.

Nous devons donc faire attention à la puissance nominale des enceintes, à la puissance nominale de l'amplificateur, à l'efficacité des enceintes et à l'impédance.

Construction d'un amplificateur simple de 40 W

Dans nos tutoriels précédents, nous avons fabriqué un amplificateur de 10 watts à l'aide d'un amplificateur opérationnel et des transistors de puissance, ainsi que d'un amplificateur de 25 watts utilisant le TDA2040. Mais pour ce tutoriel, nous allons construire un amplificateur de puissance de 40W qui pilotera un haut-parleur d'impédance de 4 Ohms. Nous utiliserons le même TDA2040 que celui utilisé dans l' amplificateur de puissance de 25 watts, mais pour obtenir une puissance de sortie de 40 watts, nous utiliserons des transistors de puissance supplémentaires.

Dans l'image ci-dessus, TDA2040 est affiché. Il est disponible dans la plupart des boutiques en ligne génériques ainsi que sur eBay. Le paquet s'appelle le paquet « Pentawatt » avec 5 broches de sortie. Le schéma de brochage est assez simple et disponible dans la fiche technique,

L'onglet est connecté à la broche 3 ou à –Vs (source d'alimentation négative). Sans oublier que le radiateur connecté à l'onglet obtient également la même connexion.

Si nous vérifions la fiche technique, nous pouvons également voir les caractéristiques de cet amplificateur de puissance IC

Les fonctionnalités du CI sont assez bonnes. Il fournit une protection contre les courts-circuits à la terre. De plus, la protection thermique offrira des fonctions de sécurité supplémentaires en raison d'une condition de surcharge. Comme nous pouvons le voir, le TDA2040 est capable de fournir une sortie de 25 watts à une charge de 4 ohms si une alimentation séparée avec une sortie +/- 17V est connectée. Dans ce cas, le THD (Distorsion Harmonique Totale) sera de 0,5%. Dans la même configuration, si nous obtenons une puissance de sortie de 30 watts, le THD deviendra 10%.

En outre, il existe un autre graphique dans la fiche technique qui fournit la relation entre la tension d'alimentation et la puissance de sortie.

Si nous voyons le graphique, nous pouvons obtenir une puissance de sortie supérieure à 26 watts si nous utilisons une alimentation séparée avec une sortie supérieure à 15 V.

Ainsi, comme nous l'avons déjà vu, il est possible d'atteindre une puissance continue de 25 watts via TDA2040. Mais nous voulons faire un amplificateur de puissance de 40 watts. Donc, pour ces 15 watts supplémentaires, nous devons ajouter deux transistors de puissance NPN et PNP pour fournir une amplification supplémentaire et une puissance de sortie sur le haut-parleur 4 Ohms.

Pour réaliser cette amplification de puissance supplémentaire, nous avons utilisé des transistors de puissance à paire appariée BD712 et BD711. Les deux transistors sont disponibles dans le boîtier TO-220C.

Le schéma de brochage des BD711 et BD712 est

Pour un fonctionnement parfait sans compromis THD, nous avons besoin d'une alimentation 36V pour atteindre une puissance de 40 watts. Bien que ce circuit puisse être alimenté en utilisant 15V à 40VDC.

Composants requis

Pour construire le circuit, nous avons besoin des composants suivants:

1. Tableau Vero (tout le monde en pointillé ou connecté peut être utilisé)
2. Fer à souder
3. Fil de soudure
4. Pince à dénuder et outil à dénuder
5. Fils
6. Dissipateur thermique en aluminium KS-58
7. Alimentation simple 36V
8. Haut-parleur 4 Ohms 40 Watt
9. 4 résistances 1.5R résistances 1/2 Watt
10. Résistance 4pcs 100k 1/4 ^ème Watt
11. Résistance 12k
12. Une résistance 1R avec une puissance nominale de 2 watts
13. Condensateur 470nF
14. Condensateur 100uF
15. TDA2040
16. 1N4148 Diode deux pièces
17. Condensateur 220nF
18. Condensateur 2200uF
19. Condensateur 4.7uF
20. Paire de transistors BD711 et BD712.

Schéma de circuit et explication

Le schéma est un amplificateur audio de 40 watts assez simple; le TDA2040 amplifie le signal et fournit une puissance de 25 watts RMS. L'amplification de puissance supplémentaire est effectuée à l'aide de paires de transistors BD711 et BD712. Le condensateur d'entrée 470nF est le condensateur de blocage CC qui permettra uniquement au signal CA de passer. Une chose importante est la tension d'alimentation unique. Comme l'amplificateur est alimenté en utilisant une seule alimentation, le signal d'entrée doit être élevé au-dessus de quelques volts afin que l'amplificateur puisse amplifier le signal à la fois dans un pic positif et négatif. Les résistances R6, R9 et R7, R8 fournissent une tension de polarisation aux transistors de puissance et aux amplificateurs de puissance. Le R10 et C5 est le circuit d'amortissement ou de pince RC pour protéger l'amplificateur d'une énorme charge inductive du haut-parleur.

Test du circuit d'amplificateur de 40 watts

Nous avons utilisé des outils de simulation proteus pour vérifier la sortie du circuit; nous avons mesuré la sortie dans l'oscilloscope virtuel. Vous pouvez consulter la vidéo de démonstration complète ci-dessous.

Nous alimentons le circuit en utilisant 36VDC et le signal sinusoïdal d'entrée est fourni. L'oscilloscope est connecté sur la sortie contre une charge de 4 ohms sur le canal A (jaune) et le signal d'entrée connecté sur le canal B (bleu).

Nous pouvons voir la différence de sortie entre le signal d'entrée et la sortie amplifiée dans la vidéo: -

En outre, nous avons vérifié la puissance de sortie, la puissance de l'amplificateur dépend fortement de plusieurs choses, comme indiqué précédemment. Cela dépend fortement de l'impédance du haut-parleur, de l'efficacité du haut-parleur, de l'efficacité de l'amplificateur, des topologies de construction, des distorsions harmoniques totales, etc. Le circuit réel est différent de la simulation car de nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de la vérification ou du test de la sortie.

Calcul de la puissance de l'amplificateur

Nous avons utilisé une formule simple pour calculer la puissance de l'amplificateur -

Puissance de l'amplificateur = V ² / R

Nous avons connecté un multimètre AC sur la sortie. La tension alternative indiquée dans le multimètre est la tension alternative crête à crête.

Nous avons fourni un signal sinusoïdal très basse fréquence 200Hz. Comme en basse fréquence, l'amplificateur fournira plus de courant à la charge et le multimètre pourra détecter correctement la tension alternative.

Le multimètre a montré + 12,5V AC. Ainsi, selon la formule, la sortie de l'amplificateur de puissance à une charge de 4 Ohms est

Amplificateur Puissance = 12,5 ^deux / quatre Amplificateur Puissance = 39,06 (40W environ)

Choses à retenir lors de la construction d'un amplificateur de 40 W

Lors de la construction du circuit, l'amplificateur de puissance TDA2040 doit être correctement connecté au dissipateur thermique. Un dissipateur thermique plus grand offre un meilleur résultat. En outre, il est bon d'utiliser des condensateurs de type boîte de qualité audio pour un meilleur résultat.

C'est toujours un bon choix d' utiliser des PCB pour les applications liées à l'audio. La meilleure façon de construire le PCB est de se référer aux directives du fabricant de circuits intégrés.

1. Rendez les traces de signal audio aussi courtes que possible pour réduire le couplage de bruit indésirable.
2. Les transistors de puissance doivent être connectés avec des dissipateurs de chaleur appropriés. Le dissipateur thermique de la série KS-58 peut être utilisé.
3. N'utilisez pas un seul grand dissipateur thermique et fixez les TDA2040, BD711 et BD712. Utilisez des dissipateurs séparés pour des composants séparés, sinon, il y aura des conditions de court-circuit.
4. Faites attention à la puissance du haut-parleur, sinon le haut-parleur peut être brûlé ou endommagé.
5. Ne retirez pas la pince ou le circuit d'amortissement, il est hautement essentiel pour la sécurité des transistors de puissance et de l'amplificateur de puissance.
6. N'appliquez pas de gros signal amplifié dans l'amplificateur, le THD augmentera.