Jednoduchý zvukový zosilňovač 2 x 32 wattov s tda2050

Ak uvažujete o vytvorení jednoduchého, lacného a stredne vysokého obvodu zosilňovača, ktorý dokáže do reproduktora dodať špičkový výkon RMS až 50 W, potom ste na správnom mieste. V tomto článku použijeme najobľúbenejšie IC TDA2050 na navrhovanie, demonštráciu, výrobu a testovanie IC na dosiahnutie vyššie uvedených požiadaviek. Takže bez ďalších okolkov začnime.

Skontrolujte tiež naše ďalšie obvody zosilňovačov zvuku, kde sme vytvorili zosilňovač obvodu zosilňovača zvuku 25 W, 40 W, 100 W pomocou operačných zosilňovačov, MOSFET a IC ako IC TDA2030, TDA2040.

Skôr ako začneme

Predtým, ako začnete s budovaním tohto zosilňovača zvuku s výkonom 32 + 32 W, mali by ste vedieť, koľko energie môže váš zosilňovač dodať. Musíte tiež vziať do úvahy záťažovú impedanciu reproduktora, basového reproduktora alebo čohokoľvek, z čoho zostavujete zosilňovač. Ďalšie informácie nájdete v údajovom liste.

Pri prechode cez technický list som zistil, že TDA2050 môže na 22V zdroj vydávať 28 W do 4Ω reproduktorov s 0,5% skreslením. A budem napájať 20-wattový basový reproduktor s impedanciou 4Ω, čo z TDA2050 IC robí perfektnú voľbu.

Výber transformátora

Vzorový obvod v údajovom liste pre TDA2050 hovorí, že integrovaný obvod môže byť napájaný z jedného alebo z rozdeleného napájacieho zdroja. A v tomto projekte sa na napájanie obvodu použije napájací zdroj s dvojitou polaritou.

Cieľom je nájsť správny transformátor, ktorý dokáže dodať dostatočné napätie a prúd na správne fungovanie zosilňovača.

Ak vezmeme do úvahy transformátor 12-0-12, bude na výstupe 12-0-12V AC, ak je vstupné napájacie napätie 230V. Pretože sa ale vstup striedavého prúdu vždy unáša, bude sa aj driftovať. Ak vezmeme do úvahy túto skutočnosť, teraz môžeme vypočítať napájacie napätie zosilňovača.

Transformátor nám dáva striedavé napätie a ak ho premeníme na jednosmerné napätie, dostaneme -

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

S tým možno jasne konštatovať, že transformátor môže dodávať 16,97 VDC, keď je vstup 230V AC

Teraz, keď vezmeme do úvahy posunutie napätia o 15%, môžeme vidieť, že maximálne napätie sa stáva -

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

Čo je v rozsahu maximálneho napájacieho napätia IC TDA2050.

Požiadavka na napájanie obvodu zosilňovača TDA2050

Teraz poďme určiť, koľko energie bude spotrebovaný zosilňovačom.

Ak vezmeme do úvahy výkon môjho basového reproduktora, je to 20 wattov, takže stereofónny zosilňovač bude spotrebovať 20 + 20 = 40 wattov.

Musíme tiež vziať do úvahy straty výkonu a pokojový prúd zosilňovača. Spravidla nepočítam všetky tieto parametre, pretože pre mňa je to časovo náročné. Ako pravidlo teda nájdem celkovú spotrebovanú energiu a vynásobím ju koeficientom 1,3, aby som zistil výstupný výkon.

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

Na napájanie obvodu zosilňovača teda použijem transformátor 12 - 0 - 12 s hodnotením 6 A, to je trochu prehnané. Ale momentálne nemám pri sebe žiadny iný transformátor, takže ho použijem.

Tepelné požiadavky

Teraz je požiadavka na napájanie tohto zvukového zosilňovača Hifi mimo cesty. Zamerajme sa na zisťovanie tepelných požiadaviek.

Pre túto stavbu som vybral hliníkový chladič extrúzneho typu. Hliník je dobre známa látka pre chladiče, pretože je relatívne lacný a vykazuje dobrý tepelný výkon.

Na overenie, či maximálna teplota spoja TDA2050 IC nepresahuje maximálnu teplotu spoja, môžeme použiť populárne tepelné rovnice, ktoré nájdete v tomto odkaze na Wikipédii.

Použijeme všeobecný princíp, že pokles teploty ΔT cez daný absolútny tepelný odpor R _Ø s daným tepelným tokom Q ním je.

Δ T = Q * R _Ø

Tu Q je tepelný tok chladičom, ktorý je možné zapísať ako

Q = Δ T / R _Ø

Tu je ΔT maximálny pokles teploty od križovatky k okolitej

R _Ø je absolútny tepelný odpor.

Q je výkon rozptýlený prístrojom alebo tok tepla.

Kvôli výpočtu je možné vzorec zjednodušiť a zmeniť ho

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

Zmena usporiadania vzorca

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

Tu, T _Jmax je maximálna teplota spoja zariadenia

T _amb je teplota okolitého vzduchu

T _Hs je teplota, na ktorú je pripojený chladič

R _ØJC je absolútny tepelný odpor zariadenia od spoja k _puzdru

R _ØB je typická hodnota pre elastomérnu podložku na prenos tepla pre obal TO-220

R _ØHA typická hodnota pre chladič pre balík TO-220

Teraz uveďme skutočné hodnoty z údajového listu TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (typické pre kremíkové zariadenie)

T _amb = 29 ° C (izbová teplota)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (pre typické balenie TO-220)

R _ØB = 0,1 ° C / W (typická hodnota pre elastomérovú podložku na prenos tepla pre balík TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / W (typická hodnota pre chladič pre balík TO-220)

Konečný výsledok sa teda stáva

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

To znamená, že musíme rozptýliť 17,17 wattov alebo viac, aby sme zabránili prehriatiu a poškodeniu zariadenia.

Výpočet hodnôt komponentov pre obvod zosilňovača TDA2050

Nastavenie zisku

Nastavenie zosilnenia zosilňovača je najdôležitejším krokom zostavenia, pretože nastavenie nízkeho zosilnenia nemusí poskytovať dostatok energie. A vysoké nastavenie zosilnenia určite skreslí zosilnený výstupný signál obvodu. S mojimi skúsenosťami môžem povedať, že nastavenie zosilnenia od 30 do 35 dB je dobré pre prehrávanie zvuku pomocou inteligentného telefónu alebo USB audio súpravy.

Príklad obvodu v údajovom liste odporúča nastavenie zisku 32 dB a ja ho nechám tak, ako je.

Zisk Op-Amp je možné vypočítať podľa nasledujúceho vzorca

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

Čo je v poriadku pre tento zosilňovač

Poznámka: Na nastavenie zosilňovača je potrebné použiť 1% alebo 0,5% rezistory, inak budú stereofónne kanály produkovať rôzne výstupy

Nastavenie vstupného filtra pre zosilňovač

Kondenzátor C1 funguje ako jednosmerný blokujúci kondenzátor, čím znižuje šum.

Kondenzátor C1 a rezistor R7 vytvárajú RC hornopriepustný filter, ktorý určuje spodný koniec šírky pásma.

Medznú frekvenciu zosilňovača nájdete podľa nasledujúceho vzorca uvedeného nižšie.

FC = 1 / (2πRC)

Kde R a C sú hodnoty komponentov.

Aby sme našli hodnoty C, musíme usporiadať rovnicu na:

C = 1 / (2π x 22000R x 3,5Hz) = 4,7uF

Poznámka: Pre najlepší zvukový výkon sa odporúča používať olejové kondenzátory s kovovým filmom.

Nastavenie šírky pásma v slučke spätnej väzby

Kondenzátor v spätnoväzbovej slučke pomáha vytvárať dolnopriepustný filter, ktorý pomáha zvyšovať basovú odozvu zosilňovača. Čím nižšia je hodnota C15, tým jemnejšie budú basy. A vyššia hodnota pre C15 vám poskytne výraznejšie basy.

Nastavenie výstupného filtra

Výstupný filter alebo všeobecne známy ako sieť Zobel zabraňuje osciláciám generovaným z cievky reproduktora a vodičov. Odmieta tiež rádiové rušenie, ktoré zachytáva dlhý vodič z reproduktora do zosilňovača; tiež im bráni vstúpiť do spätnoväzbovej slučky.

Medznú frekvenciu siete Zobel možno vypočítať podľa nasledujúceho jednoduchého vzorca

Datasheet poskytuje hodnoty pre R a C, čo je R6 = 2,2 R a C15 = 0,1 uF. Ak dáme hodnoty do vzorca a vypočítame, dostaneme medznú frekvenciu

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

723 kHz je nad rozsahom ľudského sluchu 20 kHz, neovplyvní to teda výstupnú kmitočtovú charakteristiku a zabráni sa tiež drôtovému šumu a osciláciám.

Napájanie

Na napájanie zosilňovača je potrebný napájací zdroj s dvojitou polaritou so správnymi oddeľovacími kondenzátormi a schéma je uvedená nižšie.

Súčasti sú povinné

TDA2050 IC - 2
100 000 variabilný hrniec - 1
Skrutkovacia svorka 5mmx2 - 2
Skrutkovacia svorka 5mmx3 - 1
Kondenzátor 0,1µF - 6
Rezistor 22 kOhmov - 4
Rezistor 2,2 Ohm - 2
1 kOhm rezistor - 2
47µF kondenzátor - 2
220µF kondenzátor - 2
Kondenzátor 2,2 µF - 2
3,5 mm konektor pre slúchadlá - 1
Plátovaná doska 50x 50mm - 1
Chladič - 1
6Amp dióda - 4
Kondenzátor 2200µF - 2

Schéma

Schéma zapojenia zosilňovacieho obvodu TDA2050 je uvedená nižšie:

Stavba obvodu

Na ukážku tohto 32-wattového výkonového zosilňovača je obvod skonštruovaný na ručnej doske s plošnými spojmi pomocou schém a súborov s dizajnom plošných spojov. Upozorňujeme, že ak pripájame na výstup zosilňovača veľkú záťaž, cez stopy PCB pretečie obrovské množstvo prúdu a je pravdepodobné, že stopy zhoria. Aby som zabránil vyhoreniu stôp plošných spojov, zahrnul som niekoľko prepojok, ktoré pomáhajú zvyšovať prúd.

Testovanie obvodu zosilňovača TDA2050

Na testovanie obvodu sa použil nasledujúci prístroj.

Transformátor, ktorý má odbočku 13-0-13
4Ω 20W reproduktor ako záťaž
Multimetr Meco 108B + TRMS ako snímač teploty
A môj telefón Samsung ako zdroj zvuku

Ako vidíte vyššie, namontoval som teplotný snímač multimetra priamo na chladič IC, aby som v priebehu testovania zmeral teplotu IC.

Môžete tiež vidieť, že teplota v miestnosti bola počas testovania 31 ° C. V tejto chvíli bol zosilňovač vypnutý a multimetr iba ukazoval teplotu v miestnosti. V čase testovania som pridal trochu soli do kužeľa woofera, aby som vám ukázal basy, produkujúce v tomto obvode budú basy nízke, pretože som nepoužil obvod ovládania tónov na zosilnenie basov. Chystám sa to urobiť v nasledujúcom článku.

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného obrázku, výsledky boli viac-menej vynikajúce a teplota IC počas testovania nepresiahla 50 ° C.

Ďalšie vylepšenie

Obvod je možné ďalej upravovať, aby sa zlepšil jeho výkon, pretože môžeme pridať ďalší filter, aby sme vylúčili vysokofrekvenčné zvuky. Veľkosť chladiča musí byť väčšia, aby bolo možné dosiahnuť úplné zaťaženie 32 W. Ale to je téma iného projektu, ktorý mimochodom čoskoro príde.

Dúfam, že sa vám tento článok páčil a dozvedeli ste sa z neho niečo nové. Ak máte pochybnosti, môžete sa opýtať v komentároch nižšie alebo môžete využiť naše fóra na podrobnú diskusiu.

Skontrolujte tiež naše ďalšie obvody zosilňovačov zvuku.