Обикновен аудио усилвател 2x32 вата с tda2050

Ако мислите за изграждане на проста, евтина и умерено висока усилвателна верига, която може да достави до 50 вата върхова RMS мощност в високоговорител, тогава сте на правилното място. В тази статия ще използваме най-популярната интегрална схема TDA2050, за да проектираме, демонстрираме, изградим и тестваме интегралната схема за постигане на горните изисквания. Така че без повече шум, нека започнем.

Също така проверете другите ни аудио усилвателни вериги, където сме изградили 25w, 40w, 100w аудио усилвателна схема, използвайки оп-усилватели, MOSFET и IC като IC TDA2030, TDA2040.

Преди да започнем

Преди да започнете да изграждате този 32 + 32 ватов аудио усилвател, трябва да знаете колко мощност може да достави вашият усилвател. Също така трябва да вземете предвид импеданса на натоварване на високоговорителя, басовия говорител или каквото и да е, което изграждате вашия усилвател. За повече информация помислете за четене на листа с данни.

Преглеждайки листа с данни, установих, че TDA2050 може да извежда 28 вата в 4Ω високоговорители с 0,5% изкривяване при 22V захранване И ще захранвам 20-ватов бас с 4Ω импеданс, което прави TDA2050 IC перфектен избор.

Избор на трансформатор

Примерната схема на листа с данни за TDA2050 казва, че интегралната схема може да се захранва от единично или разделно захранване. И в този проект ще се използва захранване с двойна полярност за захранване на веригата.

Целта тук е да се намери подходящият трансформатор, който може да достави достатъчно напрежение и ток, за да управлява усилвателя правилно.

Ако разгледаме трансформатор 12-0-12, той ще изведе 12-0-12V AC, ако входното захранващо напрежение е 230V. Но тъй като мрежовият вход винаги се отклонява, така и изходът ще се отклони. Имайки предвид този факт, сега можем да изчислим захранващото напрежение за усилвателя.

Трансформаторът ни дава променливо напрежение и ако го преобразуваме в постоянно напрежение, ще получим-

VsupplyDC = 12 * (1.41) = 16.97VDC

С това може ясно да се каже, че трансформаторът може да достави 16.97VDC, когато входът е 230V AC

Сега, ако вземем предвид дрейфа на напрежението от 15%, можем да видим, че максималното напрежение става-

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

Което е в рамките на максималния диапазон на захранващото напрежение на TDA2050 IC.

Изискване за захранване за схема на усилвател TDA2050

Сега нека определим колко мощност ще консумира усилвателят.

Ако вземем предвид мощността на моя бас, той е 20 вата, така че стерео усилвателят ще консумира 20 + 20 = 40 вата.

Също така трябва да вземем предвид загубите на мощност и тока на покой на усилвателя. Като цяло не изчислявам всички тези параметри, защото за мен това отнема време. Така че като правило, намирам общата консумирана мощност и я умножавам с коефициент 1,3, за да разбера изходната мощност.

Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 вата

Така че, за захранване на усилвателната верига, ще използвам трансформатор 12 - 0 - 12, с 6 ампера, това е малко прекалено. Но в момента нямам друг трансформатор със себе си, така че ще го използвам.

Термични изисквания

Сега, че изискването за захранване за този Hifi аудио усилвател е извън пътя. Нека насочим вниманието си към откриването на топлинните изисквания.

За тази конструкция избрах алуминиев радиатор от екструдиран тип. Алуминият е добре познато вещество за радиатора, тъй като е относително евтино и показва добри топлинни характеристики.

За да проверим, че максималната температура на свързване на TDA2050 IC не надвишава максималната температура на свързване, можем да използваме популярните термични уравнения, които можете да намерите в тази връзка в Уикипедия.

Използваме общия принцип, че температурният спад ΔT през дадено абсолютно термично съпротивление R _Ø с даден топлинен поток Q през него е.

Δ T = Q * R _Ø

Тук Q е топлинният поток през радиатора, който може да бъде записан като

Q = Δ T / R _Ø

Тук ΔT е максималният температурен спад от кръстовището към околната среда

R _Ø е абсолютното термично съпротивление.

Q е разсейваната мощност от устройството или топлинния поток.

Сега за изчисление формулата може да бъде опростена и пренаредена

Т _Jmax - (T _AMB + Δ T _HS) = Q _макс * (R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _Ø _HA)

Пренареждане на формулата

Q _макс = (Т _Jmax - (T _AMB + Δ T _HS)) / (R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _{Ø HA})

Тук, T _Jmax е максималната температура на свързване на устройството

T _amb е температурата на околния въздух

T _Hs е температурата, към която е прикрепен радиаторът

R _ØJC е абсолютното термично съпротивление на устройството от кръстовището към корпуса

R _ØB е типичната стойност за еластомерна подложка за пренос на топлина за опаковка TO-220

R _ØHA типична стойност за радиатор за пакет TO-220

Сега нека поставим действителните стойности от листа с данни на TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (типично за силициево устройство)

T _amb = 29 ° C (стайна температура)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (за типичен пакет TO-220)

R _ØB = 0,1 ° C / W (типична стойност за еластомерна подложка за пренос на топлина за пакет TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / W (типична стойност за радиатор за пакет TO-220)

И така, крайният резултат става

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

Това означава, че трябва да разсейваме 17,17 вата или повече, за да предотвратим прегряване и повреда на устройството.

Изчисляване на стойностите на компонентите за веригата на усилвателя TDA2050

Задаване на печалбата

Настройването на усилването за усилвателя е най-важната стъпка от изграждането, тъй като настройката с ниско усилване може да не осигури достатъчно мощност. И настройката с висока печалба със сигурност ще изкриви усиления изходен сигнал на веригата. С моя опит мога да кажа, че настройката за усилване от 30 до 35 dB е добра за възпроизвеждане на аудио със смартфон или USB аудио комплект.

Примерната схема в таблицата с данни препоръчва настройка за усилване от 32db и аз просто ще я оставя така, както е.

Коефициентът на усилване на Op-Amp може да се изчисли по следната формула

AV = 1+ (R6 / R7) AV = 1+ (22000/680) = 32.3db

Което работи добре за този усилвател

Забележка: За настройка на усилвателите трябва да се използват 1% или 0,5% резистори, в противен случай стерео каналите ще произвеждат различни изходи

Настройка на входния филтър за усилвателя

Кондензаторът C1 действа като кондензатор за блокиране на постоянен ток, като по този начин намалява шума.

Кондензаторът C1 и резисторът R7 създават RC високочестотен филтър, който определя долния край на честотната лента.

Граничната честота на усилвателя може да бъде намерена, като се използва следната формула, показана по-долу.

FC = 1 / (2πRC)

Където R и C са стойностите на компонентите.

За да намерим стойностите на С, трябва да пренаредим уравнението на:

C = 1 / (2π x 22000R x 3.5Hz) = 4.7uF

Забележка: Препоръчително е да използвате метални филмови маслени кондензатори за най-добро аудио представяне.

Настройване на честотната лента в контура за обратна връзка

Кондензаторът в контура за обратна връзка помага да се направи нискочестотен филтър, който помага да се подобри басовата реакция на усилвателя. Колкото по-малка е стойността на C15, толкова по-мек ще бъде басът. А по-голямата стойност за C15 ще ви даде по-ударен бас.

Настройка на изходния филтър

Изходен филтър или известен като мрежата на Zobel предотвратява трептенията, генерирани от намотката на високоговорителя и проводниците. Той също така отхвърля радиосмущенията, които се улавят от дългия проводник от високоговорителя към усилвателя; също така им пречи да влязат в цикъла за обратна връзка.

Граничната честота на мрежата на Zobel може да бъде изчислена по следната проста формула

Листът с данни дава стойности за R и C, което е R6 = 2.2R и C15 = 0.1uF Ако поставим стойностите във формулата и изчислим, ще получим гранична честота на

Fc = 1 / (2π x 2.2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723 kHz

723 kHz е над обхвата на човешкия слух от 20 kHz, така че няма да повлияе на изходната честотна характеристика и също така ще предотврати кабелен шум и трептения.

Захранването

За захранване на усилвателя е необходимо захранване с двойна полярност с подходящи разединителни кондензатори, а схемата е показана по-долу.

Необходими компоненти

TDA2050 IC - 2
100k променлив пот - 1
Винтова клема 5mmx2 - 2
Винтова клема 5mmx3 - 1
0.1µF кондензатор - 6
22k омов резистор - 4
2.2 Ома резистор - 2
Резистор 1k Ohm - 2
Кондензатор 47µF - 2
Кондензатор 220µF - 2
Кондензатор 2.2µF - 2
3,5 мм жак за слушалки - 1
Облечена дъска 50x 50mm - 1
Радиатор - 1
6Amp диод - 4
Кондензатор 2200µF - 2

Схемата

Схемата на усилвателя TDA2050 е дадена по-долу:

Конструкция на вериги

За демонстрация на този 32-ватов усилвател на мощност, веригата е изградена върху ръчно изработена печатна платка с помощта на схематичните и дизайнерските файлове на печатни платки. Моля, обърнете внимание, че ако свързваме голямо натоварване към изхода на усилвателя, през следите от печатни платки ще изтече огромно количество ток и има вероятност следите да изгорят. Така че, за да предотвратя изгарянето на следите от печатни платки, включих някои джъмпери, които помагат за увеличаване на текущия поток.

Тестване на веригата на усилвателя TDA2050

За тестване на веригата беше използван следният апарат.

Трансформатор, който има кран 13-0-13
Високоговорител 4Ω 20W като товар
Meco 108B + TRMS Multimeter като температурен сензор
И моят телефон Samsung като аудио източник

Както можете да видите по-горе, монтирах температурния сензор на мултицета директно към радиатора на IC, за да измервам температурата на IC по време на тестването.

Също така можете да видите, че стайната температура е била 31 ° C по време на тестването. В този момент усилвателят беше в изключено състояние, а мултиметърът просто показваше стайната температура. По време на тестването добавих малко сол в конуса на високоговорителя, за да ви покажа басите, тъй като в тази верига басите ще бъдат ниски, защото не използвах схема за управление на тона, за да усиля басите. Ще го направя в следващата статия.

Виждате от горното изображение, резултатите са повече или по-малко страхотни и температурата на IC не надвишава 50 ° C по време на тестването.

По-нататъшно подобрение

Веригата може да бъде допълнително модифицирана, за да се подобри нейната производителност, като можем да добавим допълнителен филтър, за да отхвърлим високочестотните шумове. Размерът на радиатора трябва да бъде по-голям, за да се постигне състояние на пълно натоварване от 32W. Но това е тема на друг проект, който между другото предстои скоро.

Надявам се тази статия да ви е харесала и да сте научили нещо ново от нея. Ако имате някакви съмнения, можете да попитате в коментарите по-долу или да използвате нашите форуми за подробна дискусия.

Също така проверете другите ни вериги на аудио усилвателя.