เครื่องขยายเสียง 2x32 วัตต์แบบธรรมดาพร้อม tda2050

หากคุณกำลังคิดที่จะสร้างวงจรขยายเสียงที่เรียบง่ายราคาถูกและกำลังสูงในระดับปานกลางที่สามารถส่งกำลังสูงสุดถึง 50 วัตต์ RMS ไปยังลำโพงคุณก็มาถูกที่แล้ว ในบทความนี้เราจะใช้ TDA2050 IC ที่เป็นที่นิยมที่สุดในการออกแบบสาธิตสร้างและทดสอบ IC เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดข้างต้น เริ่มกันเลยดีกว่า

ตรวจสอบวงจรขยายเสียงอื่น ๆ ของเราที่เราสร้างวงจรขยายเสียง 25w, 40w, 100w โดยใช้ op-amps, MOSFETs และ IC เช่น IC TDA2030, TDA2040

ก่อนที่เราจะเริ่ม

ก่อนที่คุณจะเริ่มสร้างเครื่องขยายเสียง 32 + 32 วัตต์นี้คุณควรทราบว่าเครื่องขยายเสียงของคุณสามารถให้พลังงานได้มากเพียงใด นอกจากนี้คุณต้องพิจารณาความต้านทานโหลดของลำโพงวูฟเฟอร์หรืออะไรก็ตามที่คุณกำลังสร้างเครื่องขยายเสียงของคุณ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดอ่านแผ่นข้อมูล

จากการอ่านแผ่นข้อมูลฉันพบว่า TDA2050 สามารถส่งออก 28 วัตต์ไปยังลำโพง4Ωโดยมีความผิดเพี้ยน 0.5% กับแหล่งจ่ายไฟ 22V และฉันจะเปิดเครื่องวูฟเฟอร์ 20 วัตต์ที่มีอิมพีแดนซ์4Ωซึ่งทำให้ TDA2050 IC เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบ

การเลือก Transformer

วงจรตัวอย่างในแผ่นข้อมูลสำหรับ TDA2050 กล่าวว่า IC สามารถใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟเดี่ยวหรือแบบแยก และในโครงการนี้จะใช้แหล่งจ่ายไฟขั้วคู่เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจร

เป้าหมายคือการค้นหาหม้อแปลงที่เหมาะสมซึ่งสามารถให้แรงดันและกระแสเพียงพอที่จะขับเคลื่อนเครื่องขยายเสียงได้อย่างเหมาะสม

ถ้าเราพิจารณาหม้อแปลง 12-0-12 มันจะเอาท์พุท 12-0-12V AC ถ้าแรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 230V แต่เนื่องจากอินพุตไฟ AC จะลอยอยู่เสมอดังนั้นเอาต์พุตก็จะลอยไปด้วยเช่นกัน เมื่อคำนึงถึงข้อเท็จจริงนั้นตอนนี้เราสามารถคำนวณแรงดันไฟฟ้าสำหรับเครื่องขยายเสียงได้

หม้อแปลงให้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและถ้าเราแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเราจะได้รับ -

VsupplyDC = 12 * (1.41) = 16.97VDC

ด้วยเหตุนี้จึงสามารถระบุได้อย่างชัดเจนว่าหม้อแปลงสามารถส่งมอบ16.97VDCเมื่ออินพุตเป็น230V AC

ตอนนี้ถ้าเราพิจารณาแรงดันไฟฟ้าลดลง 15% เราจะเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดกลายเป็น -

VmaxDC = (16.97 +2.4) = 18.97 โวลต์

ซึ่งอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของ TDA2050 IC

ความต้องการพลังงานสำหรับวงจรเครื่องขยายเสียง TDA2050

ตอนนี้ให้เราพิจารณาว่าเครื่องขยายเสียงจะใช้พลังงานเท่าใด

ถ้าเราพิจารณาระดับกำลังของวูฟเฟอร์ของฉันมันคือ 20 วัตต์ดังนั้นเครื่องขยายเสียงสเตอริโอจะใช้พลังงาน 20 + 20 = 40 วัตต์

นอกจากนี้เราต้องพิจารณาถึงการสูญเสียกำลังและกระแสไฟที่นิ่งของเครื่องขยายเสียง โดยทั่วไปฉันไม่คำนวณพารามิเตอร์เหล่านี้ทั้งหมดเพราะสำหรับฉันแล้วมันใช้เวลานาน ตามหลักทั่วไปแล้วฉันจะหากำลังไฟฟ้าที่ใช้ไปทั้งหมดแล้วคูณด้วยตัวคูณ 1.3 เพื่อหากำลังขับ

Pmax = (2x18.97) * 1.3 = 49.32 วัตต์

ดังนั้นในการเพิ่มกำลังให้กับวงจรเครื่องขยายเสียงฉันจะใช้หม้อแปลง 12 - 0-12 ที่มีระดับ 6 แอมป์นี่เป็นบิตที่มากเกินไป แต่ในขณะนี้ฉันไม่มีหม้อแปลงอื่นอยู่กับฉันดังนั้นฉันจะใช้มัน

ข้อกำหนดด้านความร้อน

ตอนนี้ความต้องการพลังงานสำหรับเครื่องขยายเสียง Hifiนี้ไม่เพียงพอ ให้เรามุ่งเน้นไปที่การค้นหาข้อกำหนดด้านความร้อน

สำหรับโครงสร้างนี้ฉันได้เลือกแผงระบายความร้อนแบบอะลูมิเนียมชนิดอัดขึ้นรูป อลูมิเนียมเป็นสารที่รู้จักกันดีสำหรับแผ่นระบายความร้อนเนื่องจากมีราคาไม่แพงนักและมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดี

ในการตรวจสอบว่าอุณหภูมิทางแยกสูงสุดของ TDA2050 IC ไม่เกินอุณหภูมิการเชื่อมต่อสูงสุดเราสามารถใช้สมการเชิงความร้อนที่เป็นที่นิยมซึ่งคุณสามารถพบได้ในลิงค์ Wikipedia นี้

เราใช้หลักการทั่วไปที่ว่าอุณหภูมิจะลดลงΔTในความต้านทานความร้อนสัมบูรณ์ที่กำหนด R _Øด้วยการไหลของความร้อนที่กำหนด Q ผ่านมัน

Δ T = Q * R _Ø

ในที่นี้ Q คือการไหลของความร้อนผ่านฮีทซิงค์ซึ่งสามารถเขียนเป็นไฟล์

ถาม = Δ T / R _Ø

ในที่นี้ΔTคืออุณหภูมิสูงสุดที่ลดลงจากทางแยกสู่สภาพแวดล้อม

R _Øคือความต้านทานความร้อนสัมบูรณ์

Qคือพลังงานที่กระจายไปตามอุปกรณ์หรือการไหลของความร้อน

ตอนนี้เพื่อประโยชน์ในการคำนวณสูตรสามารถทำให้ง่ายขึ้นและจัดเรียงใหม่ได้

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

การจัดเรียงสูตรใหม่

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

ที่นี่

T _Jmax คืออุณหภูมิทางแยกสูงสุดของอุปกรณ์

T _amb คืออุณหภูมิอากาศแวดล้อม

T _Hs คืออุณหภูมิที่ติดตั้งฮีทซิงค์

R _ØJC เป็นอุปกรณ์ต้านทานความร้อนแบบสัมบูรณ์จากทางแยกไปยังเคส

R _ØB เป็นค่าทั่วไปสำหรับแผ่นถ่ายเทความร้อนอีลาสโตเมอร์สำหรับบรรจุภัณฑ์ TO-220

R _ØHA เป็นค่าทั่วไปสำหรับฮีทซิงค์สำหรับแพ็คเกจ TO-220

ทีนี้มาใส่ค่าจริงจากแผ่นข้อมูลของ TDA2050 IC

T _Jmax = 150 ° C (โดยทั่วไปสำหรับอุปกรณ์ซิลิกอน)

T _amb = 29 ° C (อุณหภูมิห้อง)

R _ØJC = 1.5 ° C / W (สำหรับแพ็คเกจ TO-220 ทั่วไป)

R _ØB = 0.1 ° C / W (ค่าปกติสำหรับแผ่นถ่ายเทความร้อนอีลาสโตเมอร์สำหรับแพ็คเกจ TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / W (ค่าทั่วไปสำหรับฮีทซิงค์สำหรับแพ็คเกจ TO-220)

ดังนั้นผลลัพธ์สุดท้ายจะกลายเป็น

Q = (150 - 29) / (1.5 + 0.1 + 4) = 17.14 วัตต์

ซึ่งหมายความว่าเราต้องกระจายกำลังไฟ 17.17 วัตต์ขึ้นไปเพื่อป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ร้อนเกินไปและได้รับความเสียหาย

การคำนวณค่าส่วนประกอบสำหรับวงจรเครื่องขยายเสียง TDA2050

การตั้งค่า Gain

การตั้งค่าอัตราขยายสำหรับเครื่องขยายเสียงเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของการสร้างเนื่องจากการตั้งค่าอัตราขยายต่ำอาจให้พลังงานไม่เพียงพอ และการตั้งค่าอัตราขยายสูงจะบิดเบือนสัญญาณเอาต์พุตที่ขยายของวงจรอย่างแน่นอน จากประสบการณ์ของฉันฉันสามารถบอกได้ว่าการตั้งค่าอัตราขยาย 30 ถึง 35 dB นั้นดีสำหรับการเล่นเสียงด้วยสมาร์ทโฟนหรือชุดเครื่องเสียง USB

วงจรตัวอย่างในแผ่นข้อมูลแนะนำการตั้งค่าอัตราขยาย 32db และฉันจะปล่อยให้มันเป็นแบบนั้น

อัตราขยายของ Op-Amp สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้

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

ซึ่งใช้งานได้ดีสำหรับเครื่องขยายเสียงนี้

หมายเหตุ: สำหรับการตั้งค่าแอมพลิฟายเออร์จะต้องใช้ตัวต้านทาน 1% หรือ 0.5% มิฉะนั้นช่องสเตอริโอจะให้เอาต์พุตที่แตกต่างกัน

การตั้งค่าตัวกรองสัญญาณเข้าสำหรับเครื่องขยายเสียง

ตัวเก็บประจุ C1 ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุปิดกั้นกระแสตรงจึงช่วยลดเสียงรบกวน

ตัวเก็บประจุ C1 และตัวต้านทาน R7 สร้างตัวกรองความถี่สูง RC ซึ่งกำหนดส่วนล่างของแบนด์วิดท์

ความถี่คัตออฟของเครื่องขยายเสียงสามารถพบได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้ที่แสดงด้านล่าง

เอฟซี = 1 / (2πRC)

โดยที่ R และ C คือค่าของส่วนประกอบ

ในการหาค่าของ C เราต้องจัดเรียงสมการใหม่เป็น:

C = 1 / (2π x 22000R x 3.5Hz) = 4.7uF

หมายเหตุ: ขอแนะนำให้ใช้ตัวเก็บประจุน้ำมันฟิล์มโลหะเพื่อประสิทธิภาพเสียงที่ดีที่สุด

การตั้งค่าแบนด์วิดท์ในลูปคำติชม

ตัวเก็บประจุในลูปป้อนกลับช่วยในการสร้างตัวกรองความถี่ต่ำซึ่งช่วยเพิ่มการตอบสนองเสียงเบสของเครื่องขยายเสียง ค่า C15 ที่น้อยกว่าจะได้เสียงเบสที่นุ่มนวล และค่าที่มากขึ้นสำหรับ C15 จะให้เสียงเบสที่หนักแน่นยิ่งขึ้น

การตั้งค่าตัวกรองเอาต์พุต

ตัวกรองเอาต์พุตหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเครือข่าย Zobelป้องกันการสั่นที่เกิดจากคอยล์ของลำโพงและสายไฟ นอกจากนี้ยังปฏิเสธสัญญาณรบกวนวิทยุที่รับสายยาวจากลำโพงไปยังเครื่องขยายเสียง นอกจากนี้ยังป้องกันไม่ให้เข้าสู่ลูปข้อเสนอแนะ

ความถี่ตัดของเครือข่าย Zobel สามารถคำนวณได้จากสูตรง่ายๆดังต่อไปนี้

แผ่นข้อมูลให้ค่าสำหรับ R และ C ซึ่งก็คือ R6 = 2.2R และ C15 = 0.1uF หากเราใส่ค่าในสูตรและคำนวณเราจะได้ความถี่ตัดของ

Fc = 1 / (2π x 2.2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723 กิโลเฮิร์ตซ์

723 kHz อยู่เหนือช่วงการได้ยินของมนุษย์ที่ 20 kHz ดังนั้นจึงไม่ส่งผลต่อการตอบสนองความถี่เอาต์พุตและยังป้องกันเสียงรบกวนและการสั่นแบบมีสาย

แหล่งจ่ายไฟ

จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแบบขั้วคู่พร้อมตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนที่เหมาะสมเพื่อจ่ายไฟให้กับเครื่องขยายเสียงและแผนผังดังแสดงด้านล่าง

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• TDA2050 IC - 2
• หม้อตัวแปร 100k - 1
• ขั้วต่อสกรู 5mmx2 - 2
• ขั้วเกลียว 5mmx3 - 1
• 0.1µF ตัวเก็บประจุ - 6
• ตัวต้านทาน 22k โอห์ม - 4
• 2.2 ตัวต้านทานโอห์ม - 2
• ตัวต้านทาน 1k โอห์ม - 2
• 47µF ตัวเก็บประจุ - 2
• 220µF ตัวเก็บประจุ - 2
• 2.2µF ตัวเก็บประจุ - 2
• แจ็คหูฟัง 3.5 มม. - 1
• กาบบอร์ด 50x 50 มม. - 1
• อ่างความร้อน - 1
• 6Amp ไดโอด - 4
• 2200µF ตัวเก็บประจุ - 2

แผนผัง

แผนภาพวงจรสำหรับวงจรขยาย TDA2050 มีดังต่อไปนี้:

การก่อสร้างวงจร

สำหรับการสาธิตเพาเวอร์แอมป์ 32 วัตต์วงจรนี้ถูกสร้างขึ้นบน PCB ที่ทำด้วยมือโดยใช้ไฟล์การออกแบบแผนผังและ PCB โปรดทราบว่าหากเราเชื่อมต่อโหลดขนาดใหญ่เข้ากับเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์กระแสไฟฟ้าจำนวนมากจะไหลผ่านร่องรอยของ PCB และมีโอกาสที่ร่องรอยจะไหม้หมด ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้ร่องรอย PCB ไหม้ฉันได้รวมจัมเปอร์บางตัวที่ช่วยเพิ่มการไหลของกระแส

การทดสอบวงจรเครื่องขยายเสียง TDA2050

ในการทดสอบวงจรใช้อุปกรณ์ต่อไปนี้

1. หม้อแปลงไฟฟ้าที่มี Tap 13-0-13
2. ลำโพง4Ω 20W เป็นโหลด
3. Meco 108B + TRMS มัลติมิเตอร์เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ
4. และโทรศัพท์ซัมซุงของฉันเป็นแหล่งเสียง

ดังที่คุณเห็นด้านบนฉันได้ติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิของมัลติมิเตอร์โดยตรงกับแผ่นระบายความร้อนของ IC เพื่อวัดอุณหภูมิของ IC ในช่วงเวลาที่ทำการทดสอบ

นอกจากนี้คุณจะเห็นว่าอุณหภูมิห้องอยู่ที่31 ° Cในช่วงเวลาที่ทำการทดสอบ ขณะนี้เครื่องขยายเสียงอยู่ในสถานะปิดและมัลติมิเตอร์กำลังแสดงอุณหภูมิห้อง ในขณะที่ทำการทดสอบฉันได้เติมเกลือลงในกรวยวูฟเฟอร์เพื่อแสดงให้คุณเห็นเสียงเบสที่เกิดขึ้นในวงจรนี้เสียงเบสจะต่ำเพราะฉันไม่ได้ใช้วงจรควบคุมโทนเสียงเพื่อเพิ่มพลัง ฉันจะทำเช่นนั้นในบทความถัดไป

คุณสามารถดูได้จากภาพด้านบนผลลัพธ์นั้นดีมากหรือน้อยกว่าและอุณหภูมิของ IC ไม่เกิน 50 ° Cในระหว่างการทดสอบ

การปรับปรุงเพิ่มเติม

วงจรสามารถแก้ไขเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพได้เช่นเราสามารถเพิ่มตัวกรองเพิ่มเติมเพื่อที่จะปฏิเสธเสียงความถี่สูง ขนาดของแผ่นระบายความร้อนจะต้องใหญ่ขึ้นเพื่อให้สามารถใช้งานได้เต็ม 32W แต่นั่นเป็นเรื่องของโครงการอื่นที่กำลังจะมาถึงในเร็ว ๆ นี้

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ จากบทความนี้ หากคุณมีข้อสงสัยคุณสามารถถามได้ในความคิดเห็นด้านล่างหรือสามารถใช้ฟอรัมของเราสำหรับการอภิปรายโดยละเอียด

ตรวจสอบวงจรขยายเสียงอื่น ๆ ของเราด้วย