tda2040を使用した25ワットのオーディオアンプ回路

アンプはアナログエレクトロニクスのバックボーンです。それらは、エレクトロニクス産業の分野で広く使用されています。アンプは、ほとんどすべてのオーディオ関連アプリケーションで使用されています。

パワーアンプはオーディオエレクトロニクスの一部です。これは、与えられた入力信号のパワーfの大きさを最大化するように設計されています。サウンドエレクトロニクスでは、オペアンプは信号の電圧を上げますが、負荷を駆動するために必要な電流を供給することができません。このチュートリアルでは、4オームのインピーダンススピーカーが接続されたTDA2040パワーアンプICを使用して25Wアンプを構築します。

アンプの構造トポロジー

増幅器チェーンシステム、電力増幅器は、負荷前の最後又は最終段階で使用されます。一般的に、サウンドアンプシステムはブロック図に示されている以下のトポロジーを使用します

上のブロック図でわかるように、パワーアンプは負荷に直接接続されている最後のステージです。一般的に、パワーアンプの前に、信号はプリアンプと電圧制御アンプを使用して補正されます。また、トーンコントロールが必要な場合は、パワーアンプの前にトーンコントロール回路を追加します。

あなたの負荷を知る

オーディオアンプシステムの場合、アンプの負荷と負荷駆動能力は構造上の重要な側面です。パワーアンプの主な負荷はラウドスピーカーです。パワーアンプの出力は負荷インピーダンスに依存するため、不適切な負荷を接続すると、パワーアンプの効率と安定性が損なわれる可能性があります。

ラウドスピーカーは、誘導性および抵抗性の負荷として機能する巨大な負荷です。パワーアンプはAC出力を提供します。このため、スピーカーのインピーダンスは適切な電力伝達にとって重要な要素です。

インピーダンスは、交流に対する電子回路またはコンポーネントの実効抵抗であり、オーム抵抗とリアクタンスに関連する複合効果から生じます。

オーディオエレクトロニクスでは、さまざまなタイプのスピーカーがさまざまなワット数でさまざまなインピーダンスで利用できます。スピーカーのインピーダンスは、パイプ内の水の流れの関係を使用して最もよく理解できます。スピーカーを水道管と考えてください。パイプを流れる水は交流オーディオ信号です。さて、パイプの直径が大きくなると、水がパイプを流れやすくなり、水の量が多くなります。直径を小さくすると、パイプを流れる水が少なくなるため、水の量は次のようになります。下。直径は、オーム抵抗とリアクタンスによって作成される効果です。パイプの直径が大きくなると、インピーダンスが低くなりますが、そのため、スピーカーはより多くのワット数を得ることができ、アンプはより多くの電力伝達シナリオを提供し、インピーダンスが高くなると、アンプはスピーカーに提供する電力が少なくなります。

さまざまな選択肢があり、スピーカーのさまざまなセグメントが市場で入手可能です。一般に、4オーム、8オーム、16オーム、および32オームで、そのうち4オームと8オームのスピーカーが安価で広く入手できます。また、5ワット、6ワット、または10ワット以上のアンプは、連続動作で特定の負荷にアンプから供給されるRMS（二乗平均平方根）ワット数であることを理解する必要があります。

したがって、スピーカーの定格、アンプの定格、スピーカーの効率、およびインピーダンスに注意する必要があります。

シンプルな25Wアンプの構築

以前のチュートリアルでは、オペアンプとパワートランジスタを使用して10ワットのアンプを作成しました。ただし、このチュートリアルでは、4オームのインピーダンススピーカーを駆動する25Wパワーアンプを作成します。これには特定のパワーアンプICを使用します。TDA2040パワーアンプICを選びました。

上の画像では、TDA2040が示されています。これは、ほとんどの一般的なオンラインショップとeBayで入手できます。このパッケージは、5つの出力ピンを備えた「ペンタワット」パッケージと呼ばれます。ピン配置図は非常にシンプルで、データシートで入手できます。

タブはピン3または–V（負の電源）に接続されています。言うまでもなく、タブに接続されているヒートシンクも同じ接続になります。

データシートを確認すると、このパワーアンプICの特徴もわかります。

ICの機能はかなり良いです。アースへの短絡保護を提供します。また、熱保護は、過負荷状態のために追加の安全機能を提供します。ご覧のとおり、TDA2040は、+ / -17V出力の分割電源が接続されている場合、4オームの負荷に25ワットの出力を提供できます。このような場合、THD（Total Harmonic Distortion）は0.5％になります。同じ構成で、30ワットの出力が得られた場合、THDは10％になります。

また、データシートには、供給電圧と出力ワット数の関係を示す別のグラフがあります。

グラフを見ると、15V以上の出力の分割電源を使用すると、26W以上の出力電力を実現できます。それでは、THDを損なうことなく、パワーアンプを25ワットで4オームのインピーダンススピーカーで動作させるようにしましょう。

必要なコンポーネント

回路を構築するには、次のコンポーネントが必要です-

Veroボード（点線または接続されている人なら誰でも使用できます）
はんだごて
はんだワイヤー
ニッパーとワイヤーストリッパーツール
ワイヤー
アルミヒートシンク
+ 17V GND-17V電源トラックを備えた17Vレールツーレール電源
4オーム25ワットスピーカー
4.7R抵抗器1/2ワット
680R抵抗1/4^番目のワット
22k抵抗
10k抵抗
100nF /.1uFコンデンサ4個
22uFコンデンサ
TDA2040

25ワットオーディオアンプの回路図と説明

25ワットのオーディオアンプの回路図は非常に単純です。TDA2040は信号を増幅し、4オームのスピーカーに25ワットのRMSワット数を提供します。デカップリングフィルタコンデンサとして使用されるC4およびC5。C1とR1はフィルターとして機能します。R2、R3、C2は、パワーアンプに必要なフィードバックを提供しています。R4とC3は、誘導性負荷（ラウドスピーカー）からのフィードバックをクランプするためのスナバ回路です。

25ワットのアンプ回路のテスト

プロテウスシミュレーションツールを使用して、回路の出力を確認しました。仮想オシロスコープで出力を測定しました。以下に示す完全なデモビデオを確認できます

+/- 17Vを使用して回路に電力を供給しており、入力正弦波信号が提供されます。オシロスコープは、チャネルA（黄色）の4オームの負荷に対して出力の両端に接続され、入力信号はチャネルB（青色）の両端に接続されます。

ビデオで入力信号と増幅された出力の出力差を見ることができます：-

また、出力ワット数を確認しました。前述のように、アンプのワット数は複数のものに大きく依存します。これは、スピーカーのインピーダンス、スピーカーの効率、アンプの効率、構造トポロジー、全高調波歪みなどに大きく依存します。アンプのワット数に依存する可能性のあるすべての要因を考慮または計算することはできませんでした。出力をチェックまたはテストする際に多くの要因を考慮する必要があるため、実際の回路はシミュレーションとは異なります。

アンプのワット数の計算

簡単な式を使用して、アンプのワット数を計算しました-

アンプのワット数= V ² / R

ACマルチメータを出力に接続しました。マルチメータに表示されるAC電圧は、ピークツーピークのAC電圧です。

25〜50Hzの非常に低周波の正弦波信号を提供しました。低周波数の場合と同様に、アンプはより多くの電流を負荷に供給し、マルチメータはAC電圧を適切に検出できるようになります。

マルチメータは+ 10.1VACを示しました。したがって、式によると、4オームの負荷でのパワーアンプの出力は次のようになります。

増幅器ワット数= 10.1 ² /4増幅器ワット数= 25.50（約25W）

25wアンプを構築する際に覚えておくべきこと

回路を構築するときは、パワーアンプTDA2040をヒートシンクに正しく接続する必要があります。ヒートシンクが大きいほど、より良い結果が得られます。また、より良い結果を得るために、オーディオグレード定格のボックスタイプのコンデンサを使用することをお勧めします。

オーディオ関連のアプリケーションにはPCBを使用することをお勧めします。PCBを構築する最良の方法は、ICメーカーのガイドラインを参照することです。TDA2040のデータシートに提供されているリファレンスPCB設計があります。

上の画像では、PCBレイアウトのサンプル回路が示されています。参照レイアウトを使用することをお勧めします。比率は1：1です。これにより、出力のノイズ結合が減少します。

また、このパワーアンプで駆動するには、適切なワット数の4オームの高効率スピーカーを使用してみてください。