Simpele 2x32 watt audio versterker met tda2050

Als u erover nadenkt om een ​​eenvoudig, goedkoop en matig hoog vermogen versterkercircuit te bouwen dat tot 50 watt RMS-piekvermogen kan leveren aan een luidspreker, dan bent u op de juiste plek. In dit artikel gaan we de meest populaire TDA2050 IC gebruiken om de IC te ontwerpen, demonstreren, bouwen en testen om aan de bovenstaande vereisten te voldoen. Laten we dus zonder meer aan de slag gaan.

Bekijk ook onze andere audioversterkercircuits waar we 25w, 40w, 100w audioversterkercircuits hebben gebouwd met op-amps, MOSFET's en IC zoals IC TDA2030, TDA2040.

Voor we beginnen

Voordat je deze 32 + 32 Watt audioversterker gaat bouwen, moet je weten hoeveel vermogen je versterker kan leveren. Je moet ook rekening houden met de belastingsimpedantie van de luidspreker, woofer of iets anders waarmee je je versterker bouwt. Overweeg om de datasheet te lezen voor meer informatie.

Door het gegevensblad door te nemen, heb ik ontdekt dat de TDA2050 28 watt kan leveren aan 4Ω-luidsprekers met 0,5% vervorming op een 22V-voeding. En ik zal een 20 watt woofer van stroom voorzien met een impedantie van 4Ω, wat de TDA2050 IC een perfecte keuze maakt.

De transformator kiezen

Het voorbeeldcircuit op het gegevensblad voor de TDA2050 zegt dat de IC kan worden gevoed door een enkele of een gesplitste voeding. En in dit project zal een voeding met dubbele polariteit worden gebruikt om het circuit van stroom te voorzien.

Het doel is hier om de juiste transformator te vinden, die voldoende spanning en stroom kan leveren om de versterker goed aan te sturen.

Als we een 12-0-12 transformator beschouwen, levert deze 12-0-12V AC als de ingangsspanning 230V is. Maar omdat de AC-netvoeding altijd drift, zal de output ook afwijken. Met dat feit in gedachten, kunnen we nu de voedingsspanning voor de versterker berekenen.

De transformator geeft ons wisselspanning en als we die omzetten in gelijkspanning krijgen we-

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

Daarmee kan duidelijk worden gesteld dat de transformator 16,97VDC kan leveren als de ingang 230VAC is

Als we nu een spanningsdrift van 15% beschouwen, kunnen we zien dat de maximale spanning wordt-

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

Dat valt ruim binnen het maximale voedingsspanningsbereik van de TDA2050 IC.

Stroomvereiste voor TDA2050-versterkercircuit

Laten we nu bepalen hoeveel stroom door de versterker wordt verbruikt.

Als we het vermogen van mijn woofer beschouwen, is dat 20 watt, dus een stereoversterker verbruikt 20 + 20 = 40 watt.

We moeten ook rekening houden met de vermogensverliezen en de ruststroom van de versterker. Over het algemeen bereken ik niet al deze parameters omdat het voor mij tijdrovend is. Dus als vuistregel bepaal ik het totale verbruikte vermogen en vermenigvuldig dit met een factor 1,3 om het uitgangsvermogen te achterhalen.

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

Dus om het versterkercircuit van stroom te voorzien, ga ik een 12 - 0 - 12 transformator gebruiken, met een vermogen van 6 Amp, dit is een beetje overdreven. Maar op dit moment heb ik geen andere transformator bij me, dus die ga ik gebruiken.

Thermische vereisten

Nu de stroomvereiste voor deze hifi-audioversterker uit de weg is. Laten we onze aandacht richten op het achterhalen van de thermische vereisten.

Voor deze build heb ik gekozen voor een aluminium koellichaam van het extrusietype. Aluminium is een bekende stof voor koellichamen omdat het relatief goedkoop is en goede thermische prestaties vertoont.

Om te controleren of de maximale junctietemperatuur van de TDA2050 IC de maximale junctietemperatuur niet overschrijdt, kunnen we de populaire thermische vergelijkingen gebruiken, die u kunt vinden in deze Wikipedia-link.

We gebruiken het algemene principe dat de temperatuurdaling ΔT over een gegeven absolute thermische weerstand R _Ø met een gegeven warmtestroom Q er doorheen is.

Δ T = Q * R _Ø

Hier is Q de warmtestroom door de heatsink die kan worden geschreven als

Q = Δ T / R _Ø

Hier is ΔT de maximale temperatuurdaling van knooppunt naar omgevingstemperatuur

R _Ø is de absolute thermische weerstand.

Q is het vermogen dat wordt gedissipeerd door het apparaat of de warmtestroom.

Omwille van de berekening kan de formule nu worden vereenvoudigd en opnieuw worden gerangschikt naar

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

De formule herschikken

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

Hier, T _Jmax is de maximale junctietemperatuur van het apparaat

T _amb is de omgevingsluchttemperatuur

T _Hs is de temperatuur waarop de heatsink is bevestigd

R _ØJC is de absolute thermische weerstand van het apparaat van knooppunt tot behuizing

R _ØB is de typische waarde voor een elastomeer warmteoverdrachtkussen voor een TO-220-pakket

R _ØHA een typische waarde voor een koellichaam voor een TO-220-pakket

Laten we nu de werkelijke waarden uit de datasheet van de TDA2050 IC zetten

T _Jmax = 150 ° C (typisch voor een siliconen apparaat)

T _amb = 29 ° C (kamertemperatuur)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (voor een typisch TO-220-pakket)

R _ØB = 0,1 ° C / W (typische waarde voor een elastomeer warmteoverdrachtkussen voor een TO-220-pakket)

R _ØHA = 4 ° C / W (een typische waarde voor een koellichaam voor een TO-220-pakket)

Dus het uiteindelijke resultaat wordt

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

Dit betekent dat we 17,17 watt of meer moeten afvoeren om oververhitting en beschadiging van het apparaat te voorkomen.

Berekening van de componentwaarden voor het TDA2050-versterkercircuit

De versterking instellen

Het instellen van de versterking voor de versterker is de belangrijkste stap van de opbouw, aangezien een lage versterkingsinstelling mogelijk niet voldoende vermogen levert. En een hoge gain-instelling zal het versterkte uitgangssignaal van het circuit zeker vervormen. Met mijn ervaring kan ik zien dat een gain-instelling van 30 tot 35 dB goed is voor het afspelen van audio met een smartphone of een USB-audiokit.

Het voorbeeldcircuit in het gegevensblad beveelt een versterkingsinstelling van 32db aan en ik ga het gewoon laten zoals het is.

De winst van de Op-Amp kan worden berekend met de volgende formule

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

Wat prima werkt voor deze versterker

Opmerking: Voor het instellen van de versterkers moeten versterkingsweerstanden van 1% of 0,5% worden gebruikt, anders zullen de stereokanalen verschillende outputs produceren

Het ingangsfilter voor de versterker instellen

De condensator C1 werkt als een DC-blokkeercondensator en vermindert dus ruis.

De condensator C1 en de weerstand R7 creëren een RC-hoogdoorlaatfilter, dat de onderkant van de bandbreedte bepaalt.

De afsnijfrequentie van de versterker kan worden gevonden door de onderstaande formule te gebruiken.

FC = 1 / (2πRC)

Waar R en C de waarden van de componenten zijn.

Om de waarden van de C te vinden, moeten we de vergelijking herschikken naar:

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

Opmerking: Het wordt aanbevolen om metaalfilmoliecondensatoren te gebruiken voor de beste audioprestaties.

De bandbreedte instellen in de feedbacklus

De condensator in de feedbacklus helpt om een ​​laagdoorlaatfilter te maken, wat de basweergave van de versterker helpt verbeteren. Hoe kleiner de waarde van de C15, hoe zachter de bas wordt. En een grotere waarde voor C15 geeft u een krachtigere bas.

Het uitvoerfilter instellen

Een uitgangsfilter of algemeen bekend als een Zobel-netwerk voorkomt oscillaties die worden gegenereerd door de luidsprekerspoel en draden. Het verwerpt ook de radiostoring die wordt opgevangen door de lange draad van de luidspreker naar de versterker; het voorkomt ook dat ze in de feedbacklus terechtkomen.

De afsnijfrequentie van het Zobel-netwerk kan worden berekend met de volgende eenvoudige formule

De datasheet geeft waarden voor de R en C, dat is R6 = 2.2R en C15 = 0.1uF Als we de waarden in de formule zetten en berekenen, krijgen we een afsnijfrequentie van

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

723 kHz ligt boven het menselijke gehoorbereik van 20 kHz, dus het heeft geen invloed op de uitgangsfrequentierespons en het voorkomt ook bedrade ruis en oscillaties.

De stroomvoorziening

Een voeding met dubbele polariteit met de juiste ontkoppelingscondensatoren is vereist om de versterker van stroom te voorzien, en het schema wordt hieronder weergegeven.

Componenten vereist

• TDA2050 IC - 2
• 100k variabele pot - 1
• Schroefklem 5mmx2 - 2
• Schroefaansluiting 5mmx3 - 1
• 0.1 µF condensator - 6
• 22k Ohm weerstand - 4
• 2,2 Ohm weerstand - 2
• 1k Ohm weerstand - 2
• 47 µF condensator - 2
• 220 µF condensator - 2
• 2.2 µF condensator - 2
• 3,5 mm koptelefoonaansluiting - 1
• Beklede plaat 50x 50 mm - 1
• Koellichaam - 1
• 6Amp-diode - 4
• 2200 µF condensator - 2

Het schema

Het schakelschema voor het TDA2050-versterkercircuit wordt hieronder gegeven:

Circuit constructie

Voor de demonstratie van deze 32 watt eindversterker is de schakeling met behulp van de schematische en PCB-ontwerpbestanden op een zelfgemaakte printplaat opgebouwd. Houd er rekening mee dat als we een grote belasting aansluiten op de uitgang van de versterker, er een enorme hoeveelheid stroom door de PCB-sporen gaat en de kans bestaat dat de sporen doorbranden. Om te voorkomen dat de PCB-sporen doorbranden, heb ik enkele jumpers toegevoegd die helpen om de stroom te vergroten.

Het TDA2050-versterkercircuit testen

Om de schakeling te testen, werd het volgende apparaat gebruikt.

1. Een transformator met een 13-0-13 Tap
2. Een 4Ω 20W speaker als belasting
3. Meco 108B + TRMS Multimeter als temperatuursensor
4. En mijn Samsung-telefoon als audiobron

Zoals je hierboven kunt zien, heb ik de temperatuursensor van de multimeter rechtstreeks op het koellichaam van de IC gemonteerd om de temperatuur van de IC tijdens de test te meten.

U kunt ook zien dat de kamertemperatuur tijdens de test 31 ° C was. Op dit moment was de versterker uitgeschakeld en gaf de multimeter alleen de kamertemperatuur weer. Op het moment van testen heb ik wat zout in de wooferconus toegevoegd om je de bas te laten zien, het produceert in dit circuit de bas laag omdat ik geen toonregeling heb gebruikt om de bas te versterken. Dat ga ik in het volgende artikel doen.

Je kunt aan de bovenstaande afbeelding zien dat de resultaten min of meer geweldig waren en de temperatuur van de IC tijdens het testen niet boven de 50 ° C kwam.

Verdere verbetering

Het circuit kan verder worden aangepast om de prestaties te verbeteren, zoals we een extra filter kunnen toevoegen om hoogfrequente geluiden te onderdrukken. De maat van het koellichaam moet groter zijn om een ​​volledige belasting van 32W te bereiken. Maar dat is een onderwerp voor een ander project dat overigens binnenkort komt.

Ik hoop dat je dit artikel leuk vond en er iets nieuws van hebt geleerd. Als u twijfelt, kunt u dit in de onderstaande opmerkingen stellen of onze forums gebruiken voor een gedetailleerde discussie.

Bekijk ook onze andere audioversterkercircuits.