Prosty wzmacniacz audio 2x32 W z tda2050

Jeśli myślisz o zbudowaniu prostego, taniego i umiarkowanie dużej mocy obwodu wzmacniacza, który może dostarczyć do 50-watowej szczytowej mocy RMS do głośnika, to jesteś we właściwym miejscu. W tym artykule zamierzamy użyć najpopularniejszego układu scalonego TDA2050 do projektowania, demonstrowania, budowania i testowania układu scalonego w celu spełnienia powyższych wymagań. Więc bez dalszych ceregieli, zacznijmy.

Sprawdź również nasze inne obwody wzmacniacza audio, w których zbudowaliśmy obwód wzmacniacza audio 25w, 40w, 100w przy użyciu wzmacniaczy operacyjnych, tranzystorów MOSFET i układów scalonych, takich jak IC TDA2030, TDA2040.

Zanim zaczniemy

Zanim zaczniesz budować ten 32 + 32-watowy wzmacniacz audio, powinieneś wiedzieć, ile mocy może dostarczyć twój wzmacniacz. Musisz także wziąć pod uwagę impedancję obciążenia głośnika, głośnika niskotonowego lub czegokolwiek, co budujesz swój wzmacniacz. Aby uzyskać więcej informacji, przeczytaj arkusz danych.

Przeglądając arkusz danych odkryłem, że TDA2050 może wyprowadzać 28 W do głośników 4 Ω z 0,5% zniekształceniami przy zasilaniu 22 V. A ja będę zasilał 20-watowy głośnik niskotonowy o impedancji 4 Ω, co czyni układ TDA2050 idealnym wyborem.

Wybór transformatora

Przykładowy obwód w arkuszu danych dla TDA2050 mówi, że układ scalony może być zasilany z pojedynczego lub podzielonego zasilacza. W tym projekcie do zasilania obwodu zostanie użyty zasilacz o podwójnej polaryzacji.

Celem jest znalezienie odpowiedniego transformatora, który zapewni wystarczające napięcie i prąd do prawidłowego sterowania wzmacniaczem.

Jeśli weźmiemy pod uwagę transformator 12-0-12, będzie on wyprowadzał 12-0-12 V AC, jeśli napięcie wejściowe wynosi 230 V. Ale ponieważ wejście sieci AC zawsze dryfuje, więc wyjście również będzie dryfować. Mając to na uwadze, możemy teraz obliczyć napięcie zasilania wzmacniacza.

Transformator daje nam napięcie AC i jeśli zamienimy je na napięcie DC, otrzymamy:

VsupplyDC = 12 * (1,41) = 16,97VDC

Dzięki temu można jasno stwierdzić, że transformator może dostarczyć 16,97 V DC, gdy napięcie wejściowe jest 230 V AC

Teraz, jeśli weźmiemy pod uwagę dryf napięcia 15%, widzimy, że maksymalne napięcie wynosi:

VmaxDC = (16,97 +2,4) = 18,97V

Co mieści się w maksymalnym zakresie napięcia zasilania układu scalonego TDA2050.

Wymagania dotyczące zasilania dla obwodu wzmacniacza TDA2050

Teraz określmy, ile mocy zostanie zużyty przez wzmacniacz.

Jeśli weźmiemy pod uwagę moc znamionową mojego głośnika niskotonowego, wynosi ona 20 watów, więc wzmacniacz stereo zużyje 20 + 20 = 40 watów.

Musimy również wziąć pod uwagę straty mocy i prąd spoczynkowy wzmacniacza. Generalnie nie obliczam wszystkich tych parametrów, bo jest to dla mnie czasochłonne. Z reguły obliczam całkowitą zużytą moc i mnożę ją przez współczynnik 1,3, aby określić moc wyjściową.

Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 wata

Tak więc, aby zasilić obwód wzmacniacza, zamierzam użyć transformatora 12 - 0 - 12, o wartości 6 A, to trochę przesada. Ale w tej chwili nie mam ze sobą żadnego innego transformatora, więc zamierzam go użyć.

Wymagania termiczne

Teraz, gdy zapotrzebowanie na moc tego wzmacniacza audio Hifi jest na uboczu. Skoncentrujmy się na sprawdzeniu wymagań termicznych.

Do tej konstrukcji wybrałem aluminiowy radiator typu wytłaczanego. Aluminium jest dobrze znaną substancją do radiatorów, ponieważ jest stosunkowo niedrogie i wykazuje dobre właściwości termiczne.

Aby zweryfikować, że maksymalna temperatura złącza TDA2050 IC nie przekracza maksymalnej temperatury złącza, możemy skorzystać z popularnych równań termicznych, które można znaleźć w tym linku do Wikipedii.

Stosujemy ogólną zasadę, zgodnie z którą spadek temperatury ΔT na danym bezwzględnym oporze cieplnym R _Ř przy danym przepływie ciepła Q wynosi.

Δ T = Q * R _Ř

Tutaj Q to przepływ ciepła przez radiator, który można zapisać jako

Q = Δ T / R _Ř

Tutaj ΔT jest maksymalnym spadkiem temperatury od skrzyżowania do otoczenia

R _Ø to absolutny opór cieplny.

Q to moc rozpraszana przez urządzenie lub przepływ ciepła.

Teraz ze względu na obliczenia można uprościć formułę i zmienić jej układ na

T _jMax - (T _amb + Δ T _HS) = Q _max * (R _{średnicy JC} + R _{średnicy B} + P _średnicy _HA)

Zmiana układu

P _max = (T _jMax - (T _amb + hemibursztynianu T _HS)) / (R _{średnicy JC} + R _{średnicy B} + P _{średnicy HA})

Tutaj, T _Jmax to maksymalna temperatura złącza urządzenia

T _amb to temperatura powietrza otoczenia

T _Hs to temperatura, w której zamocowany jest radiator

R _ŘJC to absolutna odporność termiczna urządzenia od złącza do obudowy

R _ŘB to typowa wartość dla elastomerowej podkładki termoprzewodzącej dla pakietu TO-220

R _ØHA typowa wartość dla radiatora dla pakietu TO-220

Teraz umieśćmy rzeczywiste wartości z arkusza danych układu scalonego TDA2050

T _Jmax = 150 ° C (typowe dla urządzenia silikonowego)

T _amb = 29 ° C (temperatura pokojowa)

R _ŘJC = 1,5 ° C / W (dla typowego pakietu TO-220)

R _ŘB = 0,1 ° C / W (typowa wartość dla elastomerowej podkładki termoprzewodzącej dla pakietu TO-220)

R _ŘHA = 4 ° C / W (typowa wartość dla radiatora dla pakietu TO-220)

Tak więc ostateczny wynik staje się

Q = (150-29) / (1,5 + 0,1 + 4) = 17,14 W.

Oznacza to, że musimy rozproszyć 17,17 wata lub więcej, aby zapobiec przegrzaniu i uszkodzeniu urządzenia.

Obliczanie wartości komponentów dla obwodu wzmacniacza TDA2050

Ustawianie wzmocnienia

Ustawienie wzmocnienia dla wzmacniacza jest najważniejszym etapem budowy, ponieważ ustawienie niskiego wzmocnienia może nie zapewnić wystarczającej mocy. A ustawienie wysokiego wzmocnienia z pewnością zniekształci wzmocniony sygnał wyjściowy obwodu. Z mojego doświadczenia wynika, że ustawienie wzmocnienia od 30 do 35 dB jest dobre do odtwarzania dźwięku ze smartfona lub zestawu audio USB.

Przykładowy obwód w arkuszu danych zaleca ustawienie wzmocnienia na 32 dB i po prostu zostawię to tak, jak jest.

Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego można obliczyć za pomocą następującego wzoru

AV = 1+ (R6 / R7) AV = 1+ (22000/680) = 32,3 dB

Co działa dobrze dla tego wzmacniacza

Uwaga: Do ustawienia wzmacniacza należy użyć rezystorów 1% lub 0,5%, w przeciwnym razie kanały stereo będą generować różne wyjścia

Konfiguracja filtra wejściowego dla wzmacniacza

Kondensator C1 działa jako kondensator blokujący prąd stały, dzięki czemu zmniejsza szum.

Kondensator C1 i rezystor R7 tworzą filtr górnoprzepustowy RC, który określa dolną granicę szerokości pasma.

Częstotliwość odcięcia wzmacniacza można znaleźć za pomocą następującego wzoru pokazanego poniżej.

FC = 1 / (2πRC)

Gdzie R i C to wartości komponentów.

Aby znaleźć wartości C, musimy zmienić równanie na:

C = 1 / (2π x 22000R x 3,5 Hz) = 4,7 uF

Uwaga: W celu uzyskania najlepszej jakości dźwięku zaleca się stosowanie kondensatorów z metalową folią olejową.

Konfigurowanie przepustowości w pętli sprzężenia zwrotnego

Kondensator w pętli sprzężenia zwrotnego pomaga utworzyć filtr dolnoprzepustowy, który pomaga wzmocnić odpowiedź basową wzmacniacza. Im mniejsza wartość C15, tym bardziej miękki będzie bas. Większa wartość C15 zapewni mocniejszy bas.

Ustawianie filtra wyjściowego

Filtr wyjściowy lub powszechnie znany jako sieć Zobel zapobiega oscylacjom generowanym przez cewkę głośnika i przewody. Odrzuca również zakłócenia radiowe, które są przechwytywane przez długi przewód od głośnika do wzmacniacza; zapobiega również wejściu w pętlę sprzężenia zwrotnego.

Częstotliwość odcięcia sieci Zobel można obliczyć za pomocą następującego prostego wzoru

Arkusz danych podaje wartości R i C, które wynoszą R6 = 2,2R i C15 = 0,1uF. Jeśli umieścimy wartości we wzorze i obliczymy, uzyskamy częstotliwość graniczną równą

Fc = 1 / (2π x 2,2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723 kHz

723 kHz jest powyżej ludzkiego zakresu słyszalności 20 kHz, więc nie wpłynie to na odpowiedź częstotliwościową wyjściową, a także zapobiegnie hałasowi przewodowemu i oscylacjom.

Zasilanie

Do zasilania wzmacniacza wymagany jest zasilacz o podwójnej polaryzacji z odpowiednimi kondensatorami odsprzęgającymi, a schemat pokazano poniżej.

Wymagane składniki

TDA2050 IC - 2
100k Variable Pot - 1
Zacisk śrubowy 5mmx2 - 2
Zacisk śrubowy 5mmx3 - 1
Kondensator 0,1 µF - 6
Rezystor 22 kΩ - 4
Rezystor 2,2 omowy - 2
Rezystor 1k Ohm - 2
Kondensator 47 µF - 2
Kondensator 220 µF - 2
Kondensator 2,2 µF - 2
Gniazdo słuchawkowe 3,5 mm - 1
Płyta platerowana 50 x 50 mm - 1
Radiator - 1
Dioda 6 A - 4
Kondensator 2200 µF - 2

Schemat

Schemat obwodu dla obwodu wzmacniacza TDA2050 podano poniżej:

Budowa obwodu

W celu demonstracji tego 32-watowego wzmacniacza mocy obwód jest zbudowany na ręcznie wykonanej płytce drukowanej za pomocą plików schematów i projektów PCB. Należy pamiętać, że jeśli podłączymy duże obciążenie na wyjście wzmacniacza, przez ścieżki PCB przepłynie ogromna ilość prądu i jest szansa, że ślady się przepalą. Tak więc, aby zapobiec wypalaniu się śladów PCB, dołączyłem kilka zworek, które pomagają zwiększyć przepływ prądu.

Testowanie obwodu wzmacniacza TDA2050

Do testowania obwodu wykorzystano następującą aparaturę.

Transformator z zaczepem 13-0-13
Głośnik 4Ω 20W jako obciążenie
Multimetr Meco 108B + TRMS jako czujnik temperatury
I mój telefon Samsung jako źródło dźwięku

Jak widać powyżej, zamontowałem czujnik temperatury multimetru bezpośrednio do radiatora układu scalonego w celu pomiaru temperatury układu scalonego w czasie testu.

Można również zobaczyć, że w czasie testu temperatura w pomieszczeniu wynosiła 31 ° C. W tym momencie wzmacniacz był wyłączony, a multimetr wskazywał tylko temperaturę pokojową. W czasie testów dodałem trochę soli do membrany głośnika niskotonowego, aby pokazać bas, ponieważ w tym obwodzie bas będzie niski, ponieważ nie użyłem obwodu kontroli tonu do wzmocnienia basów. Zamierzam to zrobić w następnym artykule.

Na powyższym zdjęciu widać, że wyniki były mniej więcej świetne, a temperatura układu scalonego nie przekraczała 50 ° C podczas testów.

Dalsze ulepszenia

Obwód można dalej modyfikować, aby poprawić jego wydajność, tak jak możemy dodać dodatkowy filtr w celu odrzucenia szumów o wysokiej częstotliwości. Rozmiar radiatora musi być większy, aby osiągnąć stan pełnego obciążenia 32 W. Ale to temat na inny projekt, który niebawem nadejdzie.

Mam nadzieję, że spodobał Ci się ten artykuł i nauczyłeś się z niego czegoś nowego. Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości, możesz zapytać w komentarzach poniżej lub skorzystać z naszych forów w celu szczegółowej dyskusji.

Sprawdź także nasze inne obwody wzmacniacza audio.