Quantos volts um alto-falante de 1 Watt 8 ohm pode suportar?

10

Estou trabalhando em um projeto do Arduino e o som é muito baixo porque os pinos de saída no meu Arduino UNO são de apenas 40 mA. Posso conectar um transistor NPN para amplificar o som, mas não quero tocar no alto-falante. Quanta voltagem pode suportar um alto-falante de 1 watt e 8 ohm?

jardane
fonte
6
Tente uma resposta para si mesmo. Suponha que o alto-falante seja um resistor de 1 Watt e 8 ohm.
precisa
Como você ligaria o transistor?
EM Fields
Arduino saída para a base, colector e emissor de potência de chumbo positivo da caixa
Jardane
@jardane O uso desse circuito pode causar uma corrente de polarização DC permanente no alto-falante, o que também pode danificá-lo. Se sobreviver, é provável que os recursos de 1 watt do alto-falante precisem ser reduzidos de acordo. Então, em poucas palavras, é difícil responder à sua pergunta com alguma medida de confiança.
Andy aka
1
Tem que haver uma resposta melhor do que "é complicado"
Jardane

Respostas:

17

Pode levar 1W de potência. Tensão não é o problema.

Mais de 1W e a bobina superaquecerá e derreterá.

É 8Ω. Olhe para ele do ponto de vista de DC. Isso significa que podemos usar a Lei de Ohm simples para examiná-la.

Você tem 1W e 8Ω. Existem duas fórmulas que incorporam esses dois valores:

P=I²R

e

P=V²R

Estamos interessados ​​em tensão, então reorganize o segundo para fornecer:

V=P×R

Portanto, 1W a uma carga de 8Ω deve ser 2,83V. Reorganize o atual, por isso é:

I=PR

e obtemos um empate atual de .354A ou 353.55mA.

O fato de suas portas de E / S serem limitadas a 40mA (esse é o máximo absoluto , a propósito - a Atmel não recomenda mais de 20mA) significa:

P=VI=0.2W , é por isso que o alto-falante não derrete e não é muito alto.

Então o que você quer?

Bem, você quer 2,83V em seu alto-falante com corrente ilimitada disponível ou tensão ilimitada disponível com corrente de 353,55mA. O primeiro é mais viável, então faremos isso.

Um divisor de tensão simples pode limitar a tensão a 2,83V. A fórmula

VOUT=R2R1+R2VIN pode ser reorganizado para fornecer:

R1=R2(VINVOUT1)

Conhecemos R2, isso é 8Ω, Vin é 5V e Vout é 2,83V. Então substitua os valores e temos:

R1=8(52.831)

o que nos dá 6.134Ω. O E24 mais próximo seria 6,8Ω, o que seria ideal. Obviamente, você precisa de um bom resistor robusto, pelo menos 1W, de preferência um pouco mais.

Seu esquema pode ser semelhante a:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Ou, para o arranjo de amplificador classe A mais tradicional:

esquemático

simule este circuito

Obviamente, seu resistor de 6,8Ω precisaria lidar com os 5V completos, portanto, seria necessário um mínimo de 3,6W.

Majenko
fonte
Talvez eu esteja errado, mas achei que o alto-falante precisa estar conectado ao pino emissor do PNP e não do coletor.
jardane 15/09/14
Esse é um NPN, não um PNP. Se fosse PNP, o circuito estaria basicamente de cabeça para baixo.
Majenko 15/09/14
Oh não vi isso.
jardane 15/09/14
1
Um alto-falante de 8 ohms classificado em 1 watt pode ter uma amplitude de onda senoidal de 8 Vp-p antes que ele ocupe mais de 1 watt. Você tem uma fonte de 5V e está sugerindo que um resistor de 6,8 ohm seja usado para restringir a tensão a ~ 2,83 volts (que é o equivalente RMS de uma onda senoidal de 8Vp-p). Eu acho que estou confuso com sua lógica. Em um trilho de energia de 5 volts, a tensão máxima que poderia fornecer o alto-falante é 5Vp-p, que é um RMS de 1,77V e, portanto, uma potência de cerca de 390mW em uma carga de 8 ohm.
Andy aka
Vocês estão falando dez níveis acima do meu entendimento. Ainda estou aprendendo e vocês estão falando tão longe da minha cabeça.
jardane 15/09/14
2

Potência = tensão x corrente
atual = tensão / resistência
potência = tensão x (tensão / resistência)
tensão ^ 2 = potência x resistência
tensão = sqrt (potência x resistência) = sqrt (1 * 8) = sqrt (8) = 2,83 V

MrPhooky
fonte
Fico feliz em ver que você tem a mesma tensão como me - faz-me feliz a minha matemática é certo;)
Majenko
1

Não é uma pergunta fácil, porque as classificações dos alto-falantes às vezes são especificadas como potência de pico e outras como potência (média) RMS: http://www.bcae1.com/speakrat.htm

De qualquer forma, para calcular a corrente ou tensão máxima, você pode assumir que o alto-falante age como um resistor, então P = U ^ 2 * R. Para U, você precisará conectar o valor de amplitude ou RMS, dependendo da classificação do alto-falante.

Além disso, a amplificação com um único transistor pode causar muita distorção, exceto se você estiver usando um sinal de onda quadrada. Leia alguns circuitos básicos do amplificador, como o "amplificador emissor comum" ou circuitos operacionais do amplificador.

tdlrali
fonte
0

Se você estiver conectando dc ao alto-falante ao emissor de um transistor NPN e alimentando a base a partir de um arduino (presumivelmente lógica de 5v), é provável que você possa ver um pico de tensão CC de cerca de 4,3 volts no alto-falante, para que ele seja polarizado corretamente e então ele ficará em torno de 2,2 volts em condições de repouso (para maximizar o sinal AC sem distorção aplicado ao alto-falante).

Este 2,2 volts força uma corrente dc através do alto-falante de cerca de 370mA - isso se baseia na provável resistência dc do alto-falante de 8 ohms, sendo cerca de 6 ohms. Isso está gerando uma potência (calor) de 0,806 watts, portanto, a "potência de reposição" restante para o áudio é um pouco menor que 200mW. Isso é equivalente a uma amplitude de onda senoidal de 1,265 volts RMS ou cerca de 3,6 volts pp.

Se você usou um circuito push-pull e um desacoplador de capacitor, um alto-falante de 1 watt com impedância de 8 ohms pode suportar cerca de 2,828V RMS ou 8 volts pico a pico. O melhor circuito seria cerca de 7dB mais alto e teria menos distorção.

Andy aka
fonte