Jednoduchý audio zesilovač s výkonem 2 x 32 wattů s tda2050

Pokud uvažujete o vybudování jednoduchého, levného a středně vysokého obvodu zesilovače, který dokáže do reproduktoru dodat špičkový výkon RMS až 50 W, pak jste na správném místě. V tomto článku použijeme nejpopulárnější IC TDA2050 k návrhu, demonstraci, sestavení a testování IC k dosažení výše uvedených požadavků. Takže bez dalších okolků, pojďme začít.

Zkontrolujte také naše další obvody audio zesilovačů, kde jsme vytvořili obvod audio zesilovače 25w, 40w, 100w pomocí operačních zesilovačů, MOSFETů a IC jako IC TDA2030, TDA2040.

Než začneme

Než začnete stavět tento 32 + 32 Wattový zvukový zesilovač, měli byste vědět, kolik energie může váš zesilovač dodat. Musíte také vzít v úvahu impedanci zátěže reproduktoru, basového reproduktoru nebo čehokoli, z čeho budujete zesilovač. Další informace najdete v datovém listu.

Procházením datasheetu jsem zjistil, že TDA2050 může vydávat 28 W do 4Ω reproduktorů s 0,5% zkreslením na 22V napájecím zdroji. A budu napájet 20-wattový woofer s impedancí 4 Ω, což z TDA2050 IC dělá perfektní volbu.

Výběr transformátoru

Ukázkový obvod v datovém listu pro TDA2050 uvádí, že integrovaný obvod lze napájet z jednoho nebo z odděleného napájecího zdroje. A v tomto projektu bude k napájení obvodu použit napájecí zdroj s dvojitou polaritou.

Cílem je najít správný transformátor, který může dodávat dostatečné napětí a proud pro správné fungování zesilovače.

Pokud vezmeme v úvahu transformátor 12-0-12, bude na výstupu 12-0-12V AC, pokud je vstupní napájecí napětí 230V. Ale protože vstup střídavého proudu je vždy driftovaný, bude se také driftovat výstup. Vezmeme-li v úvahu tuto skutečnost, nyní můžeme vypočítat napájecí napětí pro zesilovač.

Transformátor nám dává střídavé napětí a pokud jej převedeme na stejnosměrné napětí, dostaneme -

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

S tím lze jasně konstatovat, že transformátor může dodávat 16,97 VDC, když je vstup 230 V AC

Nyní, když vezmeme v úvahu drift napětí 15%, můžeme vidět, že maximální napětí se stane -

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

Což je v rozmezí maximálního napájecího napětí IC TDA2050.

Požadavek na výkon pro obvod zesilovače TDA2050

Nyní určíme, kolik energie bude zesilovač spotřebovávat.

Pokud vezmeme v úvahu výkon mého basového reproduktoru, je to 20 wattů, takže stereofonní zesilovač bude spotřebovávat 20 + 20 = 40 wattů.

Rovněž musíme vzít v úvahu ztráty energie a klidový proud zesilovače. Obecně nepočítám všechny tyto parametry, protože pro mě je to časově náročné. Obecně tedy zjišťuji celkovou spotřebovanou energii a vynásobím ji koeficientem 1,3, abych zjistil výstupní výkon.

Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 wattů

Takže k napájení obvodu zesilovače použiji transformátor 12-0-12 s hodnocením 6 A, to je trochu přehnané. Ale v tuto chvíli nemám u sebe žádný jiný transformátor, takže ho použiji.

Tepelné požadavky

Nyní je požadavek na výkon pro tento Hifi audio zesilovač z cesty. Zaměřme se na zjištění tepelných požadavků.

Pro tuto sestavu jsem zvolil hliníkový chladič vytlačovacího typu. Hliník je dobře známou látkou pro chladič, protože je relativně levný a vykazuje dobrý tepelný výkon.

Abychom ověřili, že maximální teplota spojení TDA2050 IC nepřekračuje maximální teplotu spojení, můžeme použít oblíbené tepelné rovnice, které najdete v tomto odkazu na Wikipedii.

Používáme obecný princip, že pokles teploty ΔT přes daný absolutní tepelný odpor R _Ø s daným tepelným tokem Q jím je.

Δ T = Q * R _Ø

Zde Q je tok tepla chladičem, který lze zapsat jako

Q = Δ T / R _Ø

Zde je ΔT maximální pokles teploty z křižovatky do okolí

R _Ø je absolutní tepelný odpor.

Q je výkon rozptýlený zařízením nebo tepelný tok.

Kvůli výpočtu lze vzorec zjednodušit a přeskupit

T _Jmax - (T _amb + Δ T _HS) = Q _max * (R _{Ř JC} + R _{Ø B} + R _{Ø HA})

Změna uspořádání vzorce

Q _max = (T _Jmax - (T _amb + delta T _HS)) / (R _{Ř JC} + R _{Ø B} + R _{Ø HA})

Tady, T _Jmax je maximální teplota spojení zařízení

T _amb je teplota okolního vzduchu

T _Hs je teplota, ke které je připojen chladič

R _ØJC je absolutní tepelný odpor zařízení od spojení k pouzdru

R _ØB je typická hodnota pro elastomerovou podložku pro přenos tepla pro obal TO-220

R _ØHA typická hodnota pro chladič pro balíček TO-220

Nyní pojďme uvést skutečné hodnoty z datového listu TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (typické pro křemíkové zařízení)

T _amb = 29 ° C (pokojová teplota)

R _ŘJC = 1,5 ° C / W (pro typické balení TO-220)

R _ŘB = 0,1 ° C / W (typická hodnota pro elastomerovou podložku pro přenos tepla pro balíček TO-220)

R _ŘHA = 4 ° C / W (typická hodnota pro chladič pro balíček TO-220)

Konečný výsledek se tedy stává

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

To znamená, že musíme rozptýlit 17,17 W nebo více, abychom zabránili přehřátí a poškození zařízení.

Výpočet hodnot komponent pro obvod zesilovače TDA2050

Nastavení zisku

Nastavení zesílení pro zesilovač je nejdůležitějším krokem sestavení, protože nastavení nízkého zesílení nemusí poskytovat dostatečný výkon. A nastavení vysokého zisku jistě naruší zesílený výstupní signál obvodu. Podle mých zkušeností mohu říci, že nastavení zisku od 30 do 35 dB je dobré pro přehrávání zvuku pomocí smartphonu nebo zvukové sady USB.

Ukázkový obvod v datovém listu doporučuje nastavení zisku 32 dB a nechám to tak, jak to je.

Zisk Op-Amp lze vypočítat podle následujícího vzorce

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

Což pro tento zesilovač funguje dobře

Poznámka: Pro nastavení zesilovače musí být použity 1% nebo 0,5% odpory, jinak budou stereofonní kanály produkovat různé výstupy

Nastavení vstupního filtru pro zesilovač

Kondenzátor C1 působí jako stejnosměrný blokovací kondenzátor, čímž snižuje šum.

Kondenzátor C1 a rezistor R7 vytvářejí RC horní propust, který určuje spodní konec šířky pásma.

Mezní frekvenci zesilovače lze zjistit pomocí následujícího vzorce uvedeného níže.

FC = 1 / (2πRC)

Kde R a C jsou hodnoty komponent.

Abychom našli hodnoty C, musíme rovnici uspořádat podle:

C = 1 / (2π x 22000R x 3,5Hz) = 4,7uF

Poznámka: Pro nejlepší zvukový výkon se doporučuje používat olejové kondenzátory s kovovým filmem.

Nastavení šířky pásma ve smyčce zpětné vazby

Kondenzátor ve zpětnovazební smyčce pomáhá vytvořit dolní propust, což pomáhá zlepšit basovou odezvu zesilovače. Čím menší je hodnota C15, tím měkčí budou basy. A větší hodnota pro C15 vám poskytne údernější basy.

Nastavení výstupního filtru

Výstupní filtr nebo běžně známá jako síť Zobel zabraňuje oscilacím generovaným z cívky reproduktoru a vodičů. Rovněž odmítá rádiové rušení, které je zachyceno dlouhým vodičem z reproduktoru do zesilovače; také jim brání ve vstupu do zpětnovazební smyčky.

Mezní frekvenci sítě Zobel lze vypočítat podle následujícího jednoduchého vzorce

Datový list uvádí hodnoty pro R a C, což je R6 = 2,2 R a C15 = 0,1 uF. Pokud dáme hodnoty do vzorce a vypočítáme, dostaneme mezní frekvenci

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

723 kHz je nad rozsahem lidského sluchu 20 kHz, takže to neovlivní výstupní kmitočtovou odezvu a také zabrání kabelovému šumu a oscilacím.

Napájení

K napájení zesilovače je vyžadován napájecí zdroj s dvojitou polaritou se správnými oddělovacími kondenzátory a schéma je uvedeno níže.

Požadované komponenty

• TDA2050 IC - 2
• 100k variabilní hrnec - 1
• Šroubová svorka 5mmx2 - 2
• Šroubová svorka 5mmx3 - 1
• Kondenzátor 0,1µF - 6
• Rezistor 22 kOhm - 4
• Rezistor 2,2 Ohm - 2
• 1k ohmový rezistor - 2
• 47µF kondenzátor - 2
• 220µF kondenzátor - 2
• Kondenzátor 2,2µF - 2
• 3,5 mm konektor pro sluchátka - 1
• Plátovaná deska 50x 50mm - 1
• Chladič - 1
• 6Amp Diode - 4
• Kondenzátor 2200µF - 2

Schéma

Schéma zapojení obvodu zesilovače TDA2050 je uvedeno níže:

Konstrukce obvodu

Pro demonstraci tohoto 32-wattového výkonového zesilovače je obvod konstruován na ručně vyrobené desce plošných spojů pomocí schématických a návrhových souborů desek plošných spojů. Vezměte prosím na vědomí, že pokud připojujeme velkou zátěž k výstupu zesilovače, protéká stopy PCB obrovské množství proudu a existuje šance, že stopy spálí. Abych zabránil vyhoření stop PCB, zahrnul jsem několik propojek, které pomáhají zvýšit tok proudu.

Testování obvodu zesilovače TDA2050

K testování obvodu byl použit následující přístroj.

1. Transformátor, který má 13-0-13 Tap
2. 4W 20W reproduktor jako zátěž
3. Multimetr Meco 108B + TRMS jako teplotní senzor
4. A můj telefon Samsung jako zdroj zvuku

Jak vidíte výše, namontoval jsem teplotní senzor multimetru přímo na chladič IC, abych během zkoušky změřil teplotu IC.

Můžete také vidět, že teplota v místnosti byla v době testování 31 ° C. V tuto chvíli byl zesilovač ve vypnutém stavu a multimetr právě ukazoval teplotu v místnosti. V době testování jsem do kužele wooferu přidal trochu soli, abych vám ukázal basy, takže v tomto obvodu budou basy nízké, protože jsem nepoužil obvod ovládání tónu ke zvýšení basů. Udělám to v příštím článku.

Z výše uvedeného obrázku je vidět, že výsledky byly víceméně skvělé a teplota IC během testování nepřesáhla 50 ° C.

Další vylepšení

Obvod může být dále upraven, aby se zlepšil jeho výkon, jako bychom mohli přidat další filtr, abychom vyloučili vysokofrekvenční zvuky. Velikost chladiče musí být větší, aby bylo možné dosáhnout stavu plného zatížení 32 W. Ale to je téma dalšího projektu, který mimochodem brzy přijde.

Doufám, že se vám tento článek líbil a dozvěděli jste se z něj něco nového. Máte-li jakékoli pochybnosti, můžete se zeptat v komentářích níže nebo můžete použít naši fóra pro podrobnou diskusi.

Zkontrolujte také naše další obvody zvukových zesilovačů.