Enkel 2x32 watt lydforstærker med tda2050

Hvis du overvejer at opbygge et simpelt, billigt og moderat højt forstærkerkredsløb, der kan levere op til 50 watt peak RMS-effekt til en højttaler, så er du på det rigtige sted. I denne artikel skal vi bruge den mest populære TDA2050 IC til at designe, demonstrere, opbygge og teste IC for at nå ovenstående krav. Så uden videre, lad os komme i gang.

Tjek også vores andre lydforstærkerkredsløb, hvor vi har bygget 25w, 40w, 100w lydforstærkerkredsløb ved hjælp af op-forstærkere, MOSFET'er og IC som IC TDA2030, TDA2040.

Før vi starter

Før du begynder at bygge denne 32 + 32 Watt lydforstærker, skal du vide, hvor meget strøm din forstærker kan levere. Du skal også overveje belastningsimpedansen til højttaleren, wooferen eller andet, som du bygger din forstærker. For mere information, overvej at læse databladet.

Ved at gå igennem databladet har jeg fundet ud af, at TDA2050 kan output 28 watt til 4Ω højttalere med 0,5% forvrængning på en 22V strømforsyning. Og jeg får strøm til en 20 watt bashøjttaler med 4Ω impedans, hvilket gør TDA2050 IC til et perfekt valg.

Valg af transformer

Prøvekredsløbet på databladet til TDA2050 siger, at IC kan drives fra en enkelt eller en delt strømforsyning. Og i dette projekt vil en strømforsyning med dobbelt polaritet blive brugt til at forsyne kredsløbet.

Målet her er at finde den rigtige transformer, som kan levere tilstrækkelig spænding og strøm til at drive forstærkeren korrekt.

Hvis vi overvejer en 12-0-12 transformer, udsender den 12-0-12V AC, hvis inputforsyningsspændingen er 230V. Men da vekselstrømsnettet altid går, så vil udgangen også glide. Med den kendsgerning i tankerne kan vi nu beregne forsyningsspændingen til forstærkeren.

Transformeren giver os vekselstrøm, og hvis vi konverterer det til jævnspænding, får vi-

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

Med det kan det tydeligt angives, at transformeren kan levere 16,97VDC, når indgangen er 230V AC

Hvis vi nu betragter spændingsdrift på 15%, kan vi se, at den maksimale spænding bliver-

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

Hvilket ligger inden for det maksimale forsyningsspændingsområde for TDA2050 IC.

Strømkrav til TDA2050 forstærkerkredsløb

Lad os nu bestemme, hvor meget strøm der forbruges af forstærkeren.

Hvis vi overvejer min woofers effekt, er den 20 watt, så en stereoforstærker bruger 20 + 20 = 40 watt.

Vi skal også overveje forstærkerens effekttab og hvilestrøm. Generelt beregner jeg ikke alle disse parametre, fordi det for mig er tidskrævende. Så som en tommelfingerregel finder jeg den samlede forbrugte effekt og ganger den med en faktor på 1,3 for at finde ud af udgangseffekten.

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

Så for at drive forstærkerkredsløbet skal jeg bruge en 12 - 0 - 12 transformer, med 6 Amps rating, det er lidt overkill. Men i øjeblikket har jeg ikke nogen anden transformer med mig, så jeg vil bruge den.

Termiske krav

Nu, at strømkravet til denne Hifi lydforstærker er ude af vejen. Lad os fokusere på at finde ud af de termiske krav.

Til denne bygning har jeg valgt en kølelegeme af aluminium, ekstruderingstype. Aluminium er et velkendt stof til køleplade, fordi det er relativt billigt og udviser god termisk ydeevne.

For at kontrollere den maksimale forbindelsestemperatur for TDA2050 IC ikke overstiger den maksimale forbindelsestemperatur, kan vi bruge de populære termiske ligninger, som du kan finde i dette Wikipedia-link.

Vi bruger det generelle princip, at temperaturfaldet ΔT over en given absolut termisk modstand R _Ø med en given varmestrøm Q gennem den er.

Δ T = Q * R _Ø

Her er Q varmestrømmen gennem kølelegemet, som kan skrives som

Q = Δ T / R _Ø

Her er ΔT det maksimale temperaturfald fra krydset til det omgivende

R _Ø er den absolutte termiske modstand.

Q er den strøm, der ledes af enheden eller varmestrømmen.

Af hensyn til beregningen kan formlen forenkles og omarrangeres til

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

Omarrangere formlen

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

Her, T _Jmax er _enhedens maksimale forbindelsestemperatur

T _amb er den omgivende lufttemperatur

T _Hs er temperaturen, hvor kølelegemet er fastgjort

R _ØJC er enhedens absolutte termiske modstand fra krydsning til sag

R _ØB er den typiske værdi for en elastomer varmeoverføringspude til en TO-220 pakke

R _ØHA en typisk værdi for en kølelegeme til en TO-220 pakke

Lad os nu sætte de faktiske værdier fra databladet til TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (typisk for en siliciumindretning)

T _amb = 29 ° C (stuetemperatur)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (for en typisk TO-220 pakke)

R _ØB = 0,1 ° C / W (typisk værdi for en elastomer varmeoverføringspude til en TO-220 pakke)

R _ØHA = 4 ° C / W (en typisk værdi for en kølelegeme til en TO-220 pakke)

Så det endelige resultat bliver

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

Dette betyder, at vi skal sprede 17,17 watt eller mere for at forhindre enheden i at blive overophedet og blive beskadiget.

Beregning af komponentværdierne til TDA2050 forstærkerkredsløbet

Indstilling af gevinsten

Opsætning af forstærkning til forstærkeren er det vigtigste trin i bygningen, da en lav forstærkningsindstilling muligvis ikke giver nok strøm. Og en høj forstærkningsindstilling vil helt sikkert fordreje det forstærkede udgangssignal fra kredsløbet. Med min erfaring kan jeg fortælle, at en forstærkningsindstilling fra 30 til 35 dB er god til afspilning af lyd med en smartphone eller et USB-lydsæt.

Eksempelkredsløbet i databladet anbefaler en forstærkningsindstilling på 32db, og jeg vil bare lade det være som det er.

Forstærkningen af Op-Amp kan beregnes ved hjælp af følgende formel

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

Hvilket fungerer fint for denne forstærker

Bemærk: For at opsætte forstærkere skal der bruges 1% eller 0,5% modstande, ellers producerer stereokanalerne forskellige udgange

Opsætning af inputfilteret til forstærkeren

Kondensatoren C1 fungerer som en DC-blokerende kondensator og reducerer således støj.

Kondensatoren C1 og modstanden R7 skaber et RC højpasfilter, der bestemmer den nedre ende af båndbredden.

Forstærkerens afskæringsfrekvens kan findes ved hjælp af følgende formel vist nedenfor.

FC = 1 / (2πRC)

Hvor R og C er komponenternes værdier.

For at finde værdierne for C skal vi omorganisere ligningen til:

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

Bemærk: Det anbefales at bruge metalfilmoliekondensatorer til den bedste lydydelse.

Opsætning af båndbredde i Feedback Loop

Kondensatoren i feedback-sløjfen hjælper med at lave et lavpasfilter, som hjælper med at forbedre forstærkerens basrespons. Jo mindre C15-værdien er, jo blødere bliver bassen. Og en større værdi for C15 giver dig en mere stødende bas.

Indstilling af outputfilter

Et outputfilter eller almindeligvis kendt som et Zobel-netværk forhindrer svingninger genereret fra højttalerspolen og ledningerne. Det afviser også radiointerferens, som opsamles af den lange ledning fra højttaleren til forstærkeren; det forhindrer dem også i at gå ind i feedback-sløjfen.

Zobel-netværkets afskæringsfrekvens kan beregnes ved hjælp af følgende enkle formel

Dataarket giver værdier for R og C, som er R6 = 2,2 R og C15 = 0,1 uF Hvis vi sætter værdierne i formlen og beregner, får vi en afskæringsfrekvens på

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

723 kHz er over det menneskelige høreområde på 20 kHz, så det påvirker ikke udgangsfrekvensresponset, og det forhindrer også kabelforstyrret støj og svingninger.

Strømforsyningen

En strømforsyning med dobbelt polaritet med passende afkoblingskondensatorer er påkrævet til forsyning af forstærkeren, og skemaet er vist nedenfor.

Komponenter, der kræves

TDA2050 IC - 2
100k variabel pot - 1
Skrueterminal 5mmx2 - 2
Skrueterminal 5mmx3 - 1
0,1 µF kondensator - 6
22k ohm modstand - 4
2.2 Ohm modstand - 2
1k Ohm modstand - 2
47 µF kondensator - 2
220 µF kondensator - 2
2,2 µF kondensator - 2
3,5 mm stik til hovedtelefoner - 1
Pladetavle 50x 50mm - 1
Kølelegeme - 1
6Amp-diode - 4
2200 µF kondensator - 2

Skematisk

Kredsløbsdiagram for TDA2050 forstærker kredsløb er angivet nedenfor:

Kredsløbskonstruktion

Til demonstration af denne 32 watt effektforstærker er kredsløbet konstrueret på et håndlavet printkort ved hjælp af de skematiske og printkortdesignfiler. Bemærk, at hvis vi tilslutter en stor belastning til forstærkerens output, vil en enorm mængde strøm strømme gennem PCB-sporene, og der er en chance for, at sporene brænder ud. Så for at forhindre, at PCB-sporene brænder ud, har jeg inkluderet nogle springere, der hjælper med at øge den aktuelle strømning.

Test af TDA2050 forstærkerkredsløb

For at teste kredsløbet blev følgende apparat brugt.

En transformer, der har en 13-0-13 tap
En 4Ω 20W højttaler som belastning
Meco 108B + TRMS multimeter som temperatursensor
Og min Samsung-telefon som lydkilde

Som du kan se ovenfor, har jeg monteret multimeterets temperatursensor direkte på IC-kølelegemet for at måle temperaturen på IC'et i løbet af testtiden.

Du kan også se, at stuetemperaturen var 31 ° C i løbet af testtiden. I dette øjeblik var forstærkeren i slukket tilstand, og multimeteret viste bare stuetemperatur. På testtidspunktet har jeg tilføjet noget salt i woofer-keglen for at vise dig bassen. Det producerer i dette kredsløb bassen vil være lav, fordi jeg ikke brugte et tonekontrolkredsløb til at booste bassen. Jeg vil gøre det i den næste artikel.

Du kan se fra ovenstående billede, resultaterne var mere eller mindre store, og temperaturen på IC'en gik ikke ud over 50 ° C under testen.

Yderligere forbedring

Kredsløbet kan ændres yderligere for at forbedre dets ydeevne, ligesom vi kan tilføje et ekstra filter for at afvise højfrekvente lyde. Kølelegemets størrelse skal være større for at nå en fuld belastningstilstand på 32W. Men det er et emne for et andet projekt, som forresten snart kommer.

Jeg håber, du kunne lide denne artikel og lærte noget nyt ud af den. Hvis du er i tvivl, kan du spørge i kommentarerne nedenfor eller bruge vores fora til detaljeret diskussion.

Tjek også vores andre lydforstærkerkredsløb.