Απλός ενισχυτής ήχου 2x32 watt με tda2050

Εάν σκέφτεστε να δημιουργήσετε ένα απλό, φθηνό και μέτριο κύκλωμα ενισχυτή υψηλής ισχύος που μπορεί να προσφέρει έως και 50 watt μέγιστη ισχύ RMS σε ένα μεγάφωνο, τότε βρίσκεστε στο σωστό μέρος. Σε αυτό το άρθρο, θα χρησιμοποιήσουμε το πιο δημοφιλές TDA2050 IC για να σχεδιάσουμε, να επιδείξουμε, να κατασκευάσουμε και να δοκιμάσουμε το IC για να επιτύχουμε τις παραπάνω απαιτήσεις. Έτσι, χωρίς άλλη παραλλαγή, ας ξεκινήσουμε.

Επίσης, ελέγξτε τα άλλα κυκλώματα ενισχυτή ήχου όπου έχουμε δημιουργήσει κύκλωμα ενισχυτή ήχου 25w, 40w, 100w χρησιμοποιώντας op-amp, MOSFET και IC όπως IC TDA2030, TDA2040.

Πριν ξεκινήσουμε

Πριν ξεκινήσετε να δημιουργείτε αυτόν τον ενισχυτή ήχου 32 + 32 Watt, θα πρέπει να γνωρίζετε πόση ισχύ μπορεί να προσφέρει ο ενισχυτής σας. Επίσης, πρέπει να λάβετε υπόψη την αντίσταση φορτίου του ηχείου, του γούφερ ή οτιδήποτε άλλο δημιουργείτε τον ενισχυτή σας. Για περισσότερες πληροφορίες, εξετάστε το ενδεχόμενο να διαβάσετε το φύλλο δεδομένων.

Πηγαίνοντας στο φύλλο δεδομένων, έχω διαπιστώσει ότι το TDA2050 μπορεί να εξάγει 28 Watt σε ηχεία 4Ω με παραμόρφωση 0,5% σε τροφοδοτικό 22V. Και θα τροφοδοτήσω ένα woofer 20 watt με αντίσταση 4Ω, γεγονός που καθιστά το TDA2050 IC μια τέλεια επιλογή.

Επιλέγοντας τον μετασχηματιστή

Το κύκλωμα δείγματος στο δελτίο δεδομένων για το TDA2050 λέει ότι το IC μπορεί να τροφοδοτείται από ένα μόνο ή από μια ξεχωριστή τροφοδοσία. Και σε αυτό το έργο, ένα τροφοδοτικό διπλής πολικότητας θα χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία του κυκλώματος.

Ο στόχος εδώ είναι να βρούμε τον σωστό μετασχηματιστή, ο οποίος μπορεί να παρέχει επαρκή τάση και ρεύμα για να οδηγήσει σωστά τον ενισχυτή.

Εάν θεωρήσουμε έναν μετασχηματιστή 12-0-12, θα εξάγει 12-0-12V AC εάν η τάση τροφοδοσίας εισόδου είναι 230V. Όμως, καθώς η είσοδος εναλλασσόμενου ρεύματος μεταφέρεται πάντα, έτσι και η έξοδος θα μεταφέρεται. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό το γεγονός, τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε την τάση τροφοδοσίας για τον ενισχυτή.

Ο μετασχηματιστής μας δίνει τάση AC και αν το μετατρέψουμε σε τάση DC θα πάρουμε-

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

Με αυτό, μπορεί να γίνει σαφές ότι ο μετασχηματιστής μπορεί να αποδώσει 16,97VDC όταν η είσοδος είναι 230V AC

Τώρα αν λάβουμε υπόψη την τάση μετατόπισης 15%, μπορούμε να δούμε ότι η μέγιστη τάση γίνεται-

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

Ποιο είναι εντός του μέγιστου εύρους τάσης τροφοδοσίας του TDA2050 IC.

Απαιτήσεις ισχύος για κύκλωμα ενισχυτή TDA2050

Τώρα ας προσδιορίσουμε πόση ενέργεια θα καταναλώνεται από τον ενισχυτή.

Αν λάβουμε υπόψη τη βαθμολογία ισχύος του woofer μου, είναι 20 watt, οπότε ένας στερεοφωνικός ενισχυτής θα καταναλώνει 20 + 20 = 40 watt.

Επίσης, πρέπει να λάβουμε υπόψη τις απώλειες ισχύος και το ηρεμιστικό ρεύμα του ενισχυτή. Γενικά, δεν υπολογίζω όλες αυτές τις παραμέτρους γιατί για μένα είναι χρονοβόρα. Έτσι, κατά κανόνα, βρίσκω τη συνολική κατανάλωση ισχύος, και τον πολλαπλασιάζω με έναν συντελεστή 1,3 για να μάθω την ισχύ εξόδου.

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

Έτσι, για να τροφοδοτήσω το κύκλωμα του ενισχυτή, θα χρησιμοποιήσω έναν μετασχηματιστή 12 - 0 - 12, με βαθμολογία 6 Amps, αυτό είναι λίγο υπερβολικό. Προς το παρόν, δεν έχω άλλο μετασχηματιστή μαζί μου, γι 'αυτό θα το χρησιμοποιήσω.

Θερμικές απαιτήσεις

Τώρα, ότι η απαίτηση ισχύος για αυτόν τον ενισχυτή ήχου Hifi είναι εκτός δρόμου. Ας στρέψουμε την εστίασή μας στην εύρεση των θερμικών απαιτήσεων

Για αυτήν την κατασκευή, επέλεξα αλουμίνιο, ψύκτρα τύπου εξώθησης. Το αλουμίνιο είναι μια πολύ γνωστή ουσία για την ψύκτρα επειδή είναι σχετικά φθηνή και παρουσιάζει καλή θερμική απόδοση.

Για να επαληθεύσουμε ότι η μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης του TDA2050 IC δεν υπερβαίνει τη μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις δημοφιλείς θερμικές εξισώσεις, τις οποίες μπορείτε να βρείτε σε αυτόν τον σύνδεσμο Wikipedia.

Χρησιμοποιούμε τη γενική αρχή ότι η πτώση της θερμοκρασίας ΔT σε μια δεδομένη απόλυτη θερμική αντίσταση R _Ø με δεδομένη ροή θερμότητας Q διαμέσου αυτής.

Δ T = Q * R _Ø

Εδώ, Q είναι η ροή θερμότητας μέσω της ψύκτρας που μπορεί να γραφτεί ως

Q = Δ T / R _Ø

Εδώ, ΔT είναι η μέγιστη πτώση θερμοκρασίας από διασταύρωση σε περιβάλλον

Το R _Ø είναι η απόλυτη θερμική αντίσταση.

Q είναι η ισχύς που διαλύεται από τη συσκευή ή τη ροή θερμότητας.

Τώρα για χάρη του υπολογισμού, ο τύπος μπορεί να απλοποιηθεί και να αναδιαταχθεί

T _{ϋ ^ χ} - (Τ _amb + Δ Τ _ΕΣ) = Q _max * (R _{Ø JC} + R _{Ø Β} + R _{Ø ΗΑ})

Αναδιάταξη του τύπου

Q _max = (T _{ϋ ^ χ} - (Τ _amb + Δ Τ _HS)) / (R _{Ø JC} + R _{Ø Β} + R _{Ø ΗΑ})

Εδώ, T _Jmax είναι η μέγιστη θερμοκρασία διασταύρωσης της συσκευής

T _amb είναι η θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος

T _Hs είναι η θερμοκρασία στην οποία συνδέεται η ψύκτρα

R _ØJC είναι η απόλυτη θερμική αντίσταση της συσκευής από διασταύρωση σε περίπτωση

Το R _ØB είναι η τυπική τιμή για ένα ελαστομερές στρώμα μεταφοράς θερμότητας για ένα πακέτο TO-220

R _ØHA μια τυπική τιμή για μια ψύκτρα για ένα πακέτο TO-220

Τώρα ας βάλουμε τις πραγματικές τιμές από το φύλλο δεδομένων του TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (τυπικό για συσκευή πυριτίου)

T _amb = 29 ° C (θερμοκρασία δωματίου)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (για τυπική συσκευασία TO-220)

R _ØB = 0,1 ° C / W (τυπική τιμή για ένα ελαστομερές κάλυμμα μεταφοράς θερμότητας για μια συσκευασία TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / W (μια τυπική τιμή για μια ψύκτρα για ένα πακέτο TO-220)

Έτσι, το τελικό αποτέλεσμα γίνεται

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

Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να απομακρύνουμε 17,17 watt ή περισσότερο για να αποτρέψουμε την υπερθέρμανση και την καταστροφή της συσκευής.

Υπολογισμός των τιμών συνιστωσών για το κύκλωμα ενισχυτή TDA2050

Ρύθμιση του κέρδους

Η ρύθμιση του κέρδους για τον ενισχυτή είναι το πιο σημαντικό βήμα της κατασκευής, καθώς η ρύθμιση χαμηλού κέρδους ενδέχεται να μην παρέχει αρκετή ισχύ. Και μια ρύθμιση υψηλού κέρδους σίγουρα θα παραμορφώσει το ενισχυμένο σήμα εξόδου του κυκλώματος. Με την εμπειρία μου, μπορώ να πω ότι η ρύθμιση κέρδους από 30 έως 35 dB είναι καλή για αναπαραγωγή ήχου με smartphone ή κιτ ήχου USB.

Το κύκλωμα παραδείγματος στο φύλλο δεδομένων προτείνει μια ρύθμιση κέρδους 32db και πρόκειται να το αφήσω όπως είναι.

Το κέρδος του Op-Amp μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο

AV = 1+ (R6 / R7) AV = 1+ (22000/680) = 32.3db

Που λειτουργεί καλά για αυτόν τον ενισχυτή

Σημείωση: Για τη ρύθμιση των ενισχυτών, πρέπει να χρησιμοποιηθούν αντιστάσεις 1% ή 0,5%, διαφορετικά τα στερεοφωνικά κανάλια θα παράγουν διαφορετικές εξόδους

Ρύθμιση του φίλτρου εισόδου για τον ενισχυτή

Ο πυκνωτής C1 δρα ως ένας πυκνωτής αποκλεισμού DC μειώνοντας έτσι τον θόρυβο

Το Capacitor C1 και η αντίσταση R7 δημιουργούν ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης RC, το οποίο καθορίζει το κατώτερο άκρο του εύρους ζώνης.

Η συχνότητα αποκοπής του ενισχυτή μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο που φαίνεται παρακάτω.

FC = 1 / (2πRC)

Όπου R και C είναι οι τιμές των συστατικών.

Για να βρούμε τις τιμές του C, πρέπει να αναδιατάξουμε την εξίσωση σε:

C = 1 / (2π x 22000R x 3,5Hz) = 4,7uF

Σημείωση: Συνιστάται η χρήση πυκνωτών λαδιού μεταλλικής μεμβράνης για την καλύτερη απόδοση ήχου.

Ρύθμιση του εύρους ζώνης στο βρόχο σχολίων

Ο πυκνωτής στον βρόχο ανατροφοδότησης βοηθά στη δημιουργία φίλτρου χαμηλής διέλευσης, το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της απόκρισης μπάσων του ενισχυτή Όσο μικρότερη είναι η τιμή του C15, τόσο πιο απαλό θα έχει το μπάσο. Και μια μεγαλύτερη τιμή για το C15 θα σας δώσει πιο δυνατά μπάσα.

Ρύθμιση του φίλτρου εξόδου

Ένα φίλτρο εξόδου ή κοινώς γνωστό ως δίκτυο Zobel αποτρέπει τις ταλαντώσεις που δημιουργούνται από το πηνίο και τα καλώδια των ηχείων. Απορρίπτει επίσης τις παρεμβολές ραδιοφώνου που παραλαμβάνονται από το μακρύ καλώδιο από το ηχείο στον ενισχυτή. τους εμποδίζει επίσης να μπουν στο βρόχο ανατροφοδότησης.

Η συχνότητα αποκοπής του δικτύου Zobel μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο απλό τύπο

Το δελτίο δεδομένων δίνει τιμές για τα R και C, που είναι R6 = 2.2R και C15 = 0.1uF Εάν βάλουμε τις τιμές στον τύπο και υπολογίσουμε, θα λάβουμε μια συχνότητα αποκοπής

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

Τα 723 kHz είναι πάνω από το εύρος της ανθρώπινης ακοής των 20 kHz, επομένως δεν θα επηρεάσουν την απόκριση συχνότητας εξόδου και θα αποτρέψουν επίσης τον ενσύρματο θόρυβο και τις ταλαντώσεις.

Το τροφοδοτικό

Απαιτείται τροφοδοσία διπλής πολικότητας με κατάλληλους πυκνωτές αποσύνδεσης για την τροφοδοσία του ενισχυτή και το σχηματικό φαίνεται παρακάτω.

Απαιτούμενα στοιχεία

• TDA2050 IC - 2
• 100k μεταβλητό δοχείο - 1
• Ακροδέκτης βίδας 5mmx2 - 2
• Ακροδέκτης βίδας 5mmx3 - 1
• Πυκνωτής 0,1 μF - 6
• Αντίσταση 22k Ohms - 4
• Αντίσταση 2.2 Ohm - 2
• Αντίσταση 1k Ohm - 2
• Πυκνωτής 47µF - 2
• Πυκνωτής 220μF - 2
• Πυκνωτής 2,2μF - 2
• Υποδοχή ακουστικών 3,5 mm - 1
• Ντυμένη σανίδα 50x50mm - 1
• Ψυγείο - 1
• Δίοδος 6Amp - 4
• Πυκνωτής 2200µF - 2

Το Σχηματικό

Το διάγραμμα κυκλώματος για το κύκλωμα ενισχυτή TDA2050 δίνεται παρακάτω:

Κατασκευή κυκλώματος

Για την επίδειξη αυτού του ενισχυτή ισχύος 32 watt, το κύκλωμα είναι κατασκευασμένο σε χειροποίητο PCB με τη βοήθεια των σχηματικών αρχείων και των αρχείων σχεδίασης PCB. Λάβετε υπόψη ότι εάν συνδέουμε ένα μεγάλο φορτίο στην έξοδο του ενισχυτή, μια μεγάλη ποσότητα ρεύματος θα ρέει μέσα από τα ίχνη PCB και υπάρχει πιθανότητα τα ίχνη να καούν. Γι 'αυτό, για να αποτρέψω το κάψιμο των ιχνών PCB, έχω συμπεριλάβει μερικούς άλτες που βοηθούν στην αύξηση της τρέχουσας ροής.

Δοκιμή του κυκλώματος ενισχυτή TDA2050

Για τον έλεγχο του κυκλώματος, χρησιμοποιήθηκε η ακόλουθη συσκευή.

1. Ένας μετασχηματιστής που έχει 13-0-13 Πατήστε
2. Ένα ηχείο 4Ω 20W ως φορτίο
3. Meco 108B + TRMS Πολύμετρο ως αισθητήρας θερμοκρασίας
4. Και το τηλέφωνό μου Samsung ως πηγή ήχου

Όπως μπορείτε να δείτε παραπάνω, έχω τοποθετήσει τον αισθητήρα θερμοκρασίας του πολύμετρου απευθείας στην ψύκτρα του IC για να μετρήσω τη θερμοκρασία του IC κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Επίσης, μπορείτε να δείτε ότι η θερμοκρασία δωματίου ήταν 31 ° C κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Αυτή τη στιγμή, ο ενισχυτής ήταν σε κατάσταση απενεργοποίησης και το πολύμετρο έδειχνε απλώς τη θερμοκρασία δωματίου. Κατά τη στιγμή της δοκιμής, έχω προσθέσει λίγο αλάτι στον κώνο woofer για να σας δείξω τα μπάσα, παράγοντας σε αυτό το κύκλωμα τα μπάσα θα είναι χαμηλά επειδή δεν χρησιμοποίησα κύκλωμα ελέγχου τόνου για να ενισχύσω τα μπάσα. Θα το κάνω στο επόμενο άρθρο.

Μπορείτε να δείτε από την παραπάνω εικόνα, τα αποτελέσματα ήταν λίγο πολύ καλά και η θερμοκρασία του IC δεν ξεπέρασε τους 50 ° C κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Περαιτέρω βελτίωση

Το κύκλωμα μπορεί να τροποποιηθεί περαιτέρω για να βελτιώσει την απόδοσή του, όπως μπορούμε να προσθέσουμε ένα επιπλέον φίλτρο για να απορρίψουμε τους θορύβους υψηλής συχνότητας. Το μέγεθος της ψύκτρας πρέπει να είναι μεγαλύτερο για να φτάσει σε κατάσταση πλήρους φόρτωσης 32W. Αλλά αυτό είναι ένα θέμα για ένα άλλο έργο που έρχεται σύντομα παρεμπιπτόντως.

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο από αυτό. Εάν έχετε οποιαδήποτε αμφιβολία, μπορείτε να ρωτήσετε στα παρακάτω σχόλια ή να χρησιμοποιήσετε τα φόρουμ μας για λεπτομερή συζήτηση.

Επίσης, ελέγξτε τα άλλα κυκλώματα ενισχυτή ήχου.