Простой усилитель звука 2x32 ватт с tda2050

Если вы думаете о создании простой, дешевой и умеренно мощной схемы усилителя, которая может выдавать пиковую среднеквадратичную мощность до 50 Вт на громкоговоритель, то вы попали в нужное место. В этой статье мы собираемся использовать самую популярную ИС TDA2050 для разработки, демонстрации, сборки и тестирования ИС для достижения вышеуказанных требований. Итак, без лишних слов, приступим.

Кроме того, проверьте наши другие схемы звукового усилителя, в которых мы построили схему звукового усилителя мощностью 25 Вт, 40 Вт, 100 Вт с использованием операционных усилителей, полевых МОП-транзисторов и IC, таких как IC TDA2030, TDA2040.

Прежде чем мы начнем

Прежде чем вы начнете строить этот усилитель звука мощностью 32 + 32 Вт, вы должны знать, какую мощность может выдать ваш усилитель. Кроме того, вам необходимо учитывать сопротивление нагрузки динамика, низкочастотного динамика или всего, что вы строите для своего усилителя. Для получения дополнительной информации рассмотрите возможность чтения таблицы данных.

Просматривая данные, я обнаружил, что TDA2050 может выдавать 28 Вт на динамики 4 Ом с 0,5% искажением при источнике питания 22 В. И я буду включать 20-ваттный вуфер с сопротивлением 4 Ом, что делает TDA2050 IC идеальным выбором.

Выбор трансформатора

Пример схемы в таблице данных на TDA2050 говорит, что ИС может питаться от одного или от раздельного источника питания. И в этом проекте для питания схемы будет использоваться источник питания с двойной полярностью.

Цель здесь - найти подходящий трансформатор, который может обеспечить достаточное напряжение и ток для правильного управления усилителем.

Если мы рассмотрим трансформатор 12-0-12, он будет выдавать 12-0-12 В переменного тока, если входное напряжение питания составляет 230 В. Но поскольку входная сеть переменного тока всегда дрейфует, выходная мощность также дрейфует. Имея это в виду, теперь мы можем рассчитать напряжение питания усилителя.

Трансформатор дает нам переменное напряжение, и если мы преобразуем его в постоянное напряжение, мы получим:

VsupplyDC = 12 * (1,41) = 16,97 В постоянного тока

При этом можно четко указать, что трансформатор может выдавать 16,97 В постоянного тока, когда на входе 230 В переменного тока.

Теперь, если мы рассмотрим дрейф напряжения на 15%, мы увидим, что максимальное напряжение становится-

VmaxDC = (16,97 + 2,4) = 18,97 В

Что находится в пределах максимального диапазона напряжения питания микросхемы TDA2050.

Требования к питанию для схемы усилителя TDA2050

Теперь определим, сколько мощности будет потреблять усилитель.

Если учесть номинальную мощность моего низкочастотного динамика, то она составляет 20 Вт, поэтому стереоусилитель потребляет 20 + 20 = 40 Вт.

Также мы должны учитывать потери мощности и ток покоя усилителя. Как правило, я не рассчитываю все эти параметры, потому что это требует много времени. Таким образом, я нахожу общую потребляемую мощность и умножаю ее на коэффициент 1,3, чтобы определить выходную мощность.

Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 Вт

Итак, для питания схемы усилителя я собираюсь использовать трансформатор 12 - 0 - 12 с номиналом 6 А, это немного перебор. Но на данный момент у меня нет другого трансформатора, поэтому я собираюсь использовать его.

Температурные требования

Теперь, когда требования к мощности для этого аудиоусилителя Hifi отпадают. Давайте сосредоточимся на выяснении требований к температуре.

Для этой сборки я выбрал алюминиевый радиатор экструзионного типа. Алюминий - хорошо известное вещество для радиаторов, потому что оно относительно недорогое и демонстрирует хорошие тепловые характеристики.

Чтобы убедиться, что максимальная температура перехода микросхемы TDA2050 не превышает максимальную температуру перехода, мы можем использовать популярные термические уравнения, которые вы можете найти по этой ссылке в Википедии.

Мы используем общий принцип, согласно которому перепад температуры ΔT на заданном абсолютном тепловом сопротивлении R _Ø с заданным тепловым потоком Q через него составляет.

Δ T = Q * R _Ø

Здесь Q - тепловой поток через радиатор, который можно записать как

Q = Δ T / R _Ø

Здесь ΔT - максимальное падение температуры от перехода к окружающей среде.

R _Ø - абсолютное термическое сопротивление.

Q - мощность, рассеиваемая устройством, или тепловой поток.

Теперь для расчета формулу можно упростить и переписать на

Т _Jmax - (Т _AMB + Δ T _HS) = Q _макс * (R _{диаметр х} + R, _{диаметр B} + R, _{диаметр} _HA)

Изменение формулы

В _макс = (Т _Jmax - (Т _AMB + А Т _HS)) / (R _{диаметр х} + R, _{диаметр B} + R, _{диаметр HA})

Вот, T _Jmax - максимальная температура перехода устройства.

T _amb - температура окружающего воздуха

T _Hs - это температура, в которой установлен радиатор.

R _ØJC - абсолютное тепловое сопротивление устройства от перехода к корпусу.

R _ØB - типичное значение для эластомерной теплообменной прокладки для корпуса TO-220.

R _ØHA типичное значение для радиатора для корпуса TO-220

Теперь выложим фактические значения из даташита на микросхему TDA2050.

T _Jmax = 150 ° C (типично для кремниевого прибора)

T _окр. = 29 ° C (комнатная температура)

R _ØJC = 1,5 ° C / Вт (для типичного корпуса TO-220)

R _ØB = 0,1 ° C / Вт (типичное значение для эластомерной теплообменной прокладки для корпуса TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / Вт (типичное значение для радиатора для корпуса TO-220)

Итак, окончательный результат становится

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

Это означает, что нам нужно рассеять 17,17 Вт или более, чтобы предотвратить перегрев и повреждение устройства.

Расчет значений компонентов для схемы усилителя TDA2050

Установка усиления

Настройка усиления усилителя - самый важный этап сборки, так как установка низкого усиления может не обеспечить достаточной мощности. А установка высокого усиления обязательно исказит усиленный выходной сигнал схемы. По своему опыту могу сказать, что настройка усиления от 30 до 35 дБ хороша для воспроизведения звука со смартфона или аудиокомплекта USB.

Пример схемы в таблице данных рекомендует настройку усиления 32 дБ, и я просто оставлю ее как есть.

Коэффициент усиления операционного усилителя можно рассчитать по следующей формуле

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

Что отлично подходит для этого усилителя

Примечание: для настройки усиления усилителя необходимо использовать резисторы 1% или 0,5%, иначе стереоканалы будут давать разные выходы.

Настройка входного фильтра для усилителя

Конденсатор C1 действует как блокирующий конденсатор постоянного тока, что снижает шум.

Конденсатор C1 и резистор R7 создают RC-фильтр верхних частот, который определяет нижнюю границу полосы пропускания.

Частоту среза усилителя можно найти с помощью следующей формулы, показанной ниже.

FC = 1 / (2πRC)

Где R и C - значения компонентов.

Чтобы найти значения C, мы должны изменить уравнение на:

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

Примечание. Для наилучшего качества звука рекомендуется использовать масляные конденсаторы с металлической пленкой.

Настройка полосы пропускания в петле обратной связи

Конденсатор в цепи обратной связи помогает создать фильтр нижних частот, который помогает улучшить низкие частоты усилителя. Чем меньше значение C15, тем мягче будут басы. А большее значение для C15 даст вам более резкие басы.

Настройка выходного фильтра

Выходной фильтр или обычно известный как сеть Zobel предотвращает колебания, генерируемые катушкой динамика и проводами. Он также подавляет радиопомехи, которые улавливаются длинным проводом от динамика к усилителю; это также предотвращает их попадание в цикл обратной связи.

Частоту среза сети Zobel можно рассчитать по следующей простой формуле

В таблице даны значения для R и C, которые составляют R6 = 2,2R и C15 = 0,1 мкФ. Если мы поместим значения в формулу и вычислим, мы получим частоту среза

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

723 кГц выше диапазона человеческого слуха 20 кГц, поэтому он не повлияет на выходную частотную характеристику, а также предотвратит шум и колебания проводов.

Источник питания

Для питания усилителя требуется источник питания с двойной полярностью и надлежащими разделительными конденсаторами, схема показана ниже.

Необходимые компоненты

Микросхема TDA2050 - 2
100k переменный горшок - 1
Винтовой зажим 5 мм x 2 - 2
Винтовой зажим 5ммx3 - 1
Конденсатор 0,1 мкФ - 6
Резистор 22 кОм - 4 шт.
Резистор 2,2 Ом - 2 шт.
Резистор 1кОм - 2 шт.
Конденсатор 47 мкФ - 2
Конденсатор 220 мкФ - 2
Конденсатор 2,2 мкФ - 2
Разъем для наушников 3,5 мм - 1
Доска облицованная 50х50мм - 1
Радиатор - 1
6Амперный диод - 4
Конденсатор 2200 мкФ - 2

Схема

Принципиальная схема усилителя TDA2050 приведена ниже:

Конструкция схемы

Для демонстрации этого 32-ваттного усилителя мощности схема построена на печатной плате ручной работы с помощью файлов схемы и дизайна печатной платы. Обратите внимание, что если мы подключаем большую нагрузку к выходу усилителя, через дорожки печатной платы будет течь огромный ток, и есть вероятность, что дорожки выгорят. Итак, чтобы следы печатной платы не выгорели, я включил несколько перемычек, которые помогают увеличить ток.

Тестирование схемы усилителя TDA2050

Для проверки схемы использовалась следующая аппаратура.

Трансформатор с отводом 13-0-13
Динамик 4 Ом 20 Вт в качестве нагрузки
Мультиметр Meco 108B + TRMS в качестве датчика температуры
И мой телефон Самсунг в качестве источника звука

Как вы можете видеть выше, я установил температурный датчик мультиметра непосредственно на радиатор ИС, чтобы измерить температуру ИС во время тестирования.

Кроме того, вы можете видеть, что во время тестирования комнатная температура составляла 31 ° C. В этот момент усилитель был выключен, а мультиметр просто показывал комнатную температуру. Во время тестирования я добавил немного соли в конус низкочастотного динамика, чтобы показать вам бас, он производит в этой схеме низкие частоты, потому что я не использовал схему регулировки тембра для усиления басов. Я сделаю это в следующей статье.

Как видно из изображения выше, результаты были более или менее отличными, а температура ИС не превышала 50 ° C во время тестирования.

Дальнейшее улучшение

Схема может быть дополнительно модифицирована для улучшения ее характеристик, например, мы можем добавить дополнительный фильтр для подавления высокочастотных шумов. Размер радиатора должен быть больше, чтобы обеспечить полную нагрузку 32 Вт. Но это тема для другого проекта, который, кстати, скоро появится.

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое. Если у вас есть сомнения, вы можете задать вопрос в комментариях ниже или воспользоваться нашим форумом для подробного обсуждения.

Также проверьте наши другие схемы аудиоусилителя.