Wie viele Volt kann ein 1 Watt 8 Ohm Lautsprecher aufnehmen?

Ich arbeite an einem Arduino-Projekt und der Ton ist zu leise, da die Ausgangspins meines Arduino UNO nur 40 mA betragen. Ich kann einen NPN-Transistor anschließen, um den Ton zu verstärken, aber ich möchte den Lautsprecher nicht blasen. Wie viel Spannung kann ein 1 Watt 8 Ohm Lautsprecher verarbeiten?

Es kann 1 W Leistung benötigen. Spannung ist nicht das Problem.

Bei mehr als 1 W wird die Spule überhitzt und schmilzt.

Es ist 8Ω. Betrachten Sie es aus der Sicht von DC. Das heißt, wir können das einfache Ohmsche Gesetz verwenden, um es zu untersuchen.

Sie haben 1W und 8Ω. Es gibt zwei Formeln, die diese beiden Werte enthalten:

$P=I²R$

und

$P=\frac{V²}{R}$

Wir sind an Spannung interessiert, also ordnen Sie die zweite neu an, um Folgendes zu geben:

$V=\sqrt{P×R}$

1 W durch eine 8Ω-Last muss also 2,83 V betragen. Ordnen Sie die aktuelle neu an, so ist es:

$I=\sqrt{\frac{P}{R}}$

und wir erhalten eine Stromaufnahme von 0,354 A oder 353,55 mA.

Die Tatsache, dass Ihre E / A-Ports auf 40 mA begrenzt sind ( das ist übrigens das absolute Maximum - Atmel empfiehlt nicht mehr als 20 mA), bedeutet:

$P=VI = 0.2W$ , weshalb Ihr Lautsprecher nicht schmilzt und nicht sehr laut ist.

Also was willst du?

Nun, Sie möchten 2,83 V über Ihren Lautsprecher mit unbegrenztem Strom oder unbegrenzte Spannung mit 353,55 mA Strom. Ersteres ist besser erreichbar, also werden wir das tun.

Ein einfacher Spannungsteiler kann die Spannung auf 2,83 V begrenzen. Die Formel

$V_{OUT}=\frac{R_2}{R_1+R_2}V_{IN}$ kann neu angeordnet werden, um Folgendes zu ergeben:

$R_1=R_2(\frac{V_{IN}}{V_{OUT}}-1)$

Wir kennen R2, das sind 8 Ω, Vin ist 5 V und Vout ist 2,83 V. Ersetzen Sie also die Werte und wir haben:

$R_1=8(\frac{5}{2.83}-1)$

das gibt uns 6,134 Ω. Der nächste E24 wäre 6,8 Ω, was ideal wäre. Natürlich benötigen Sie einen schönen, klobigen Widerstand, mindestens 1 W, vorzugsweise etwas mehr.

Ihr Schaltplan könnte folgendermaßen aussehen:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Oder für die traditionellere Klasse-A-Verstärkeranordnung:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Natürlich müsste Ihr 6,8 Ω-Widerstand dann die vollen 5 V über ihn hinweg bewältigen, also müsste er mindestens 3,6 W betragen.

Leistung = Spannung x Strom
Strom = Spannung / Widerstand
Leistung = Spannung x (Spannung / Widerstand)
Spannung ^ 2 = Leistung x Widerstandsspannung
= sqrt (Leistung x Widerstand) = sqrt (1 * 8) = sqrt (8) = 2,83 V.

Dies ist keine einfache Frage, da die Lautsprecherbewertungen manchmal als Spitzenleistung und manchmal als RMS-Leistung (Durchschnittsleistung) angegeben werden: http://www.bcae1.com/speakrat.htm

In beiden Fällen können Sie zur Berechnung des maximalen Stroms oder der maximalen Spannung davon ausgehen, dass der Lautsprecher wie ein Widerstand wirkt, also P = U ^ 2 * R. Für U müssen Sie je nach Lautsprecherbewertung entweder die Amplitude oder den Effektivwert eingeben.

Das Verstärken mit einem einzelnen Transistor kann auch zu starken Verzerrungen führen, es sei denn, Sie verwenden ein Rechtecksignal. Informieren Sie sich über einige grundlegende Verstärkerschaltungen wie die "Common Emitter Amplifier" - oder Operationsverstärkerschaltungen.

Wenn Sie den Lautsprecher mit Gleichstrom an den Emitter eines NPN-Transistors anschließen und die Basis von einem Arduino speisen (vermutlich 5-V-Logik), ist es wahrscheinlich, dass Sie eine Spitzengleichspannung von etwa 4,3 Volt über dem Lautsprecher sehen, sodass dieser korrekt vorgespannt werden muss dann liegt es im Ruhezustand bei etwa 2,2 Volt (um das unverzerrte Wechselstromsignal zu maximieren, das an den Lautsprecher angelegt wird).

Diese 2,2 Volt erzwingen einen Gleichstrom durch den Lautsprecher von ungefähr 370 mA - dies basiert auf dem wahrscheinlichen Gleichstromwiderstand des 8-Ohm-Lautsprechers von ungefähr 6 Ohm. Dies erzeugt eine Leistung (Wärme) von 0,806 Watt, daher beträgt die für Audio verbleibende "Ersatzleistung" etwas weniger als 200 mW. Dies entspricht einer Sinuswellenamplitude von 1,265 Volt RMS oder etwa 3,6 Volt pp.

Wenn Sie eine Gegentaktschaltung und einen Kondensatorentkoppler verwenden, kann erwartet werden, dass ein 1-Watt-Lautsprecher mit einer Impedanz von 8 Ohm etwa 2,828 V RMS oder 8 Volt von Spitze zu Spitze verarbeitet. Die bessere Schaltung wäre etwa 7 dB lauter und hätte weniger Verzerrungen.