Amplificador d’àudio senzill de 2x32 watts amb tda2050

Si esteu pensant en crear un circuit d'amplificador de potència senzill, barat i moderadament alt que pugui subministrar fins a 50 watts de potència RMS en un altaveu, llavors esteu al lloc adequat. En aquest article, utilitzarem el CI TDA2050 més popular per dissenyar, demostrar, construir i provar el CI per assolir els requisits anteriors. Així doncs, sense més, comencem.

A més, comproveu els nostres altres circuits d'amplificador d'àudio on hem construït un circuit d'amplificador d'àudio de 25w, 40w, 100w mitjançant amplificadors operatius, MOSFET i IC com IC TDA2030, TDA2040.

Abans de començar

Abans de començar a construir aquest amplificador d’àudio de 32 + 32 watts, heu de saber quanta potència pot proporcionar el vostre amplificador. A més, haureu de tenir en compte la impedància de càrrega de l’altaveu, del woofer o de qualsevol cosa que construïu el vostre amplificador. Per obtenir més informació, penseu a llegir el full de dades.

En revisar el full de dades, he trobat que el TDA2050 pot produir 28 watts en altaveus de 4Ω amb una distorsió del 0,5% en una font d’alimentació de 22V. I alimentaré un woofer de 20 watts amb impedància de 4Ω, cosa que fa que el TDA2050 IC sigui l’elecció perfecta.

Triar el transformador

El circuit de mostra del full de dades del TDA2050 diu que el CI es pot alimentar mitjançant una font d'alimentació única o dividida. I en aquest projecte, s'utilitzarà una font d'alimentació de doble polaritat per alimentar el circuit.

L'objectiu aquí és trobar el transformador adequat, que pugui proporcionar suficient tensió i corrent per accionar correctament l'amplificador.

Si considerem un transformador 12-0-12, donarà sortida a 12-0-12V CA si la tensió d’alimentació d’entrada és de 230V. Però, com que l’entrada de corrent altern sempre deriva, la sortida també derivarà. Tenint en compte aquest fet, ara podem calcular la tensió d’alimentació de l’amplificador.

El transformador ens dóna tensió de corrent altern i, si el convertim en tensió de corrent continu, obtindrem

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

Amb això, es pot afirmar clarament que el transformador pot lliurar 16,97VDC quan l’entrada és de 230V CA.

Ara bé, si considerem una derivació de la tensió del 15%, podem veure que la tensió màxima es converteix en

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

Que es troba dins del rang màxim de tensió d'alimentació del TDA2050 IC.

Requisit d'alimentació per al circuit d'amplificador TDA2050

Ara determinem quanta potència consumirà l'amplificador.

Si tenim en compte la potència del meu woofer, és de 20 watts, de manera que un amplificador estèreo consumirà 20 + 20 = 40 watts.

A més, hem de tenir en compte les pèrdues de potència i el corrent en repòs de l’amplificador. En general, no calculo tots aquests paràmetres perquè per a mi és molt llarg. Per tant, per regla general, trobo la potència consumida total i la multiplico per un factor d’1,3 per esbrinar la potència de sortida.

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

Per tant, per alimentar el circuit de l’amplificador, faré servir un transformador de 12 - 0 - 12, amb una potència de 6 amperes, això és una mica excessiu. Però, de moment, no tinc cap altre transformador amb mi, així que ho faré servir.

Requisits tèrmics

Ara, el requisit d’alimentació d’aquest amplificador d’àudio Hifi està fora de lloc. Centrem-nos en conèixer els requisits tèrmics.

Per a aquesta construcció, he escollit un dissipador de calor d'alumini tipus extrusió. L’alumini és una substància coneguda per al dissipador de calor perquè és relativament econòmic i presenta un bon rendiment tèrmic.

Per verificar que la temperatura màxima de la unió del TDA2050 IC no supera la temperatura màxima de la unió, podem utilitzar les populars equacions tèrmiques, que podeu trobar en aquest enllaç de Viquipèdia.

Utilitzem el principi general que la caiguda de temperatura ΔT a través d’una resistència tèrmica absoluta determinada R _Ø amb un flux de calor donat Q a través d’ella.

Δ T = Q * R _Ø

Aquí, Q és el flux de calor a través del dissipador de calor que es pot escriure com

Q = Δ T / R _Ø

Aquí, ΔT és la caiguda de temperatura màxima de la unió a l’ambient

R _Ø és la resistència tèrmica absoluta.

Q és la potència dissipada pel dispositiu o el flux de calor.

Ara, pel bé del càlcul, es pot simplificar i reordenar la fórmula

T _Jmáx - (T _amb + Δ T _SA) = Q _màx * (R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _{Ø HA})

Reorganitzant la fórmula

Q _max = (T _Jmax - (T _amb + Δ T _SA)) / (R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _{Ø HA})

Aquí, T _Jmax és la temperatura màxima d’unió del dispositiu

T _amb és la temperatura de l’aire ambiental

T _Hs és la temperatura on s’uneix el dissipador de calor

R _ØJC és la resistència tèrmica absoluta del dispositiu des de la unió fins a la caixa

R _ØB és el valor típic d’un coixinet de transferència de calor d’elastòmer per a un paquet TO-220

R _ØHA un valor típic per a un dissipador de calor per a un paquet TO-220

Ara posem els valors reals del full de dades del TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (típic d'un dispositiu de silici)

T _amb = 29 ° C (temperatura ambient)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (per a un paquet típic TO-220)

R _ØB = 0,1 ° C / W (valor típic per a un coixinet de transferència de calor d’elastòmer per a un paquet TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / W (un valor típic per a un dissipador de calor per a un paquet TO-220)

Així doncs, el resultat final esdevé

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

Això significa que hem de dissipar 17,17 watts o més per evitar que el dispositiu es sobreescalfi i es faci malbé.

Càlcul dels valors de components del circuit d'amplificador TDA2050

Configuració del guany

Configurar el guany per a l'amplificador és el pas més important de la compilació, ja que un ajust de guany baix pot no proporcionar prou energia. I una configuració de guany elevat sens dubte distorsionarà el senyal de sortida amplificat del circuit. Amb la meva experiència, puc dir que un ajust de guany de 30 a 35 dB és bo per reproduir àudio amb un telèfon intel·ligent o un kit d’àudio USB.

L'exemple de circuit del full de dades recomana una configuració de guany de 32 db i el deixaré tal com està.

El guany de l'Op-Amp es pot calcular mitjançant la següent fórmula

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

El que funciona molt bé per a aquest amplificador

Nota: per configurar els amplificadors s’han d’utilitzar resistències de l’1% o del 0,5%, en cas contrari els canals estèreo produiran diferents sortides

Configuració del filtre d'entrada per a l'amplificador

El condensador C1 actua com un condensador de bloqueig de CC reduint així el soroll.

El condensador C1 i la resistència R7 creen un filtre de pas alt RC, que determina l'extrem inferior de l'amplada de banda.

La freqüència de tall de l'amplificador es pot trobar mitjançant la següent fórmula que es mostra a continuació.

FC = 1 / (2πRC)

On R i C són els valors dels components.

Per trobar els valors de la C, hem de reordenar l'equació a:

C = 1 / (2π x 22000R x 3,5Hz) = 4,7uF

Nota: Es recomana utilitzar condensadors d'oli de pel·lícula metàl·lica per obtenir el millor rendiment d'àudio.

Configuració de l’amplada de banda al bucle de retroalimentació

El condensador del bucle de retroalimentació ajuda a crear un filtre de pas baix, que ajuda a millorar la resposta dels greus de l'amplificador. Com més petit sigui el valor del C15, més suau serà el baix. I un valor més gran per a C15 us proporcionarà un baix més intens.

Configuració del filtre de sortida

Un filtre de sortida o conegut habitualment com a xarxa Zobel evita les oscil·lacions generades des de la bobina i els cables dels altaveus. També rebutja la interferència de ràdio que es capta pel cable llarg de l’altaveu a l’amplificador; també els impedeix entrar al bucle de retroalimentació.

La freqüència de tall de la xarxa Zobel es pot calcular mitjançant la següent fórmula senzilla

El full de dades dóna valors per a R i C, que és R6 = 2.2R i C15 = 0.1uF Si posem els valors a la fórmula i calculem, obtindrem una freqüència de tall de

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

723 kHz està per sobre del rang auditiu humà de 20 kHz, de manera que no afectarà la resposta de freqüència de sortida i també evitarà sorolls i oscil·lacions per cable.

La font d'alimentació

Es necessita una font d’alimentació de doble polaritat amb condensadors de desacoblament adequats per alimentar l’amplificador i l’esquema es mostra a continuació.

Components necessaris

• TDA2050 IC - 2
• Pot variable de 100 k - 1
• Terminal de cargol 5mmx2 - 2
• Terminal de cargol 5mmx3 - 1
• Condensador de 0,1µF: 6
• Resistència de 22 k ohmis: 4
• Resistència de 2,2 Ohm - 2
• Resistència d'1 k ohmis - 2
• Condensador 47µF - 2
• Condensador 220µF - 2
• Condensador de 2,2 µF: 2
• Presa per a auriculars de 3,5 mm: 1
• Tauler revestit 50x 50mm - 1
• Dissipador de calor - 1
• Diodo 6Amp - 4
• Condensador de 2200µF: 2

L’Esquema

A continuació es mostra el diagrama de circuits del circuit amplificador TDA2050:

Construcció de circuits

Per a la demostració d’aquest amplificador de potència de 32 watts, el circuit es construeix sobre un PCB fet a mà amb l’ajut dels fitxers esquemàtics i de disseny de PCB. Tingueu en compte que si connectem una gran càrrega a la sortida de l'amplificador, una gran quantitat de corrent fluirà a través de les traces del PCB i hi haurà la possibilitat que les traces es cremin. Per tant, per evitar que es cremin les traces de PCB, he inclòs alguns ponts que ajuden a augmentar el flux de corrent.

Prova del circuit d'amplificador TDA2050

Per provar el circuit, es va utilitzar el següent aparell.

1. Un transformador que té un toc 13-0-13
2. Un altaveu de 4Ω 20W com a càrrega
3. Multímetre Meco 108B + TRMS com a sensor de temperatura
4. I el meu telèfon Samsung com a font d’àudio

Com podeu veure més amunt, he muntat el sensor de temperatura del multímetre directament al dissipador de calor de l'IC per mesurar la temperatura de l'IC durant el temps de la prova.

A més, podeu veure que la temperatura de l’habitació era de 31 ° C durant el temps de la prova. En aquest moment, l'amplificador estava en estat apagat i el multímetre només mostrava la temperatura ambient. En el moment de fer les proves, he afegit una mica de sal al con del woofer per mostrar-vos els baixos, produint en aquest circuit el baix serà baix perquè no he utilitzat cap circuit de control de to per augmentar el baix. Ho faré al següent article.

Es pot veure a la imatge anterior, els resultats van ser més o menys excel·lents i la temperatura de la CI no va superar els 50 ° C durant la prova.

Millora addicional

El circuit es pot modificar per millorar el seu rendiment, de manera que podem afegir un filtre addicional per rebutjar els sorolls d'alta freqüència. La mida del dissipador de calor ha de ser més gran per aconseguir una càrrega completa de 32W. Però aquest és un tema per a un altre projecte que aviat arribarà.

Espero que aquest article us hagi agradat i n’hagueu après alguna cosa nova. Si teniu algun dubte, podeu demanar-los als comentaris següents o fer servir els nostres fòrums per a una discussió detallada.

Comproveu també els nostres altres circuits d'amplificador d'àudio.