Транзисторный усилитель для управления динамиком с использованием ШИМ Arduino

Ваша схема усилителя в корне ошибочна. В данный момент вы «щекочете» верхний конец электромагнита в динамике — то есть вы подаете на него питание, когда Arduino выдает ВЫСОКИЙ уровень, и оставляете его включенным, чтобы он отключился сам по себе, когда Arduino выдает НИЗКИЙ уровень. В сочетании с тем фактом, что файл PCM выводит ШИМ с несущей частотой, намного превышающей частоту функцииtone() (и в идеале выше частот человеческого слуха), в динамике практически ничего не происходит.

Классический усилитель класса А имеет другое устройство:

При таком расположении транзистор и R1 образуют простой инвертор RTL. Размер R1, чтобы обеспечить выходной ток, необходимый для вашего динамика (меньше резистор = больше мощности = больше тепла = также больший транзистор). R3 и C2 устраняют высокочастотное переключение ШИМ (вы также можете заменить R3 подходящим дросселем, если хотите уменьшить потери на резисторе). C1 удаляет смещение постоянного тока из сигнала, чтобы обеспечить полную мощность динамика и предотвратить чрезмерное ограничение и нагрев.

Это ни в коем случае не эффективный дизайн. Лучшей «первой ступенью» (заменяющей R1 и Q1) был бы логический вентиль с высоким выходным напряжением (один из серии CD4000, поскольку он может работать от напряжения 12 В). Я видел использование логических элементов И раньше - это также дает то преимущество, что вы можете использовать второй вход логического элемента И в качестве сигнала MUTE. Остальное (R3, C1, C2) остается прежним.

Преимущество использования логической микросхемы вместо схемы RTL заключается в том, что она обеспечивает более эффективный двухтактный выходной сигнал, который может выдавать гораздо больший ток при гораздо меньших тепловых потерях.

Вместо динамика вы можете подключить к выходу C1 усилитель мощности звука, чтобы затем управлять более мощным динамиком. В этом случае вы, скорее всего, можете удалить первый каскад (Q1/R1/R2) и управлять RC-фильтром напрямую от Arduino.

Вы можете попробовать включить в схему аудиотрансформатор, а затем использовать фильтр нижних частот для сглаживания сигнала PCM. Вот фото подходящих недорогих трансформаторов (с сайта alexnld. com; но аналогичные трансформеры доступны на Ebay и т. д.):

Эффект трансформатора в схеме преобразует высокое напряжение и высокий импеданс на выходе схемы управления транзистором в низкое напряжение и низкий импеданс, необходимый для динамика. Соотношение импедансов трансформаторов на рисунке составляет от 1300 Ом до 8 Ом.

"Это 16000Гц"

Это довольно высокая частота. Достаточно ли для этого у тебя хороший слух? Многие люди этого не услышали.

Во-первых, не дайте себя обмануть тем, кто ответит, что 16 кГц — это довольно высокая, почти неслышимая частота. Здесь вы говорите о частоте дискретизации. Тогда 16 кГц — это довольно низкий уровень (хотя, возможно, это предел возможностей микроконтроллера, я не знаю, насколько это возможно).

Я бы порекомендовал ввести отрицательную шину питания в конструкцию Маженко, поскольку нельзя ожидать, что схема будет выдавать отрицательное напряжение (т.е. отрицательные полуволны аудиосигнала) без отрицательного питания...

Как уже отмечали другие, используемый вами транзистор — довольно плохой выбор. Руководство по выбору транзисторов доступно здесь. Там есть аудиораздел, обратите на него внимание!