如果您正在考慮構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單、廉價(jià)且中等功率的放大器電路,該電路可以向揚(yáng)聲器提供高達(dá) 50 瓦的峰值 RMS 功率,那么您來對(duì)地方了。在本文中,我們將使用最流行的 TDA2050 IC 來設(shè)計(jì)、演示、構(gòu)建和測(cè)試 IC 以實(shí)現(xiàn)上述要求。所以事不宜遲,讓我們開始吧。
此外,檢查我們的其他音頻放大器電路,我們使用運(yùn)算放大器、MOSFET 和 IC(如IC TDA2030、TDA2040 )構(gòu)建了 25w、40w、100w 音頻放大器電路。
在我們開始之前
在開始構(gòu)建這款32+32 瓦音頻放大器之前,您應(yīng)該知道您的放大器可以提供多少功率。此外,您需要考慮揚(yáng)聲器、低音揚(yáng)聲器或您正在構(gòu)建放大器的任何東西的負(fù)載阻抗。
通過查看數(shù)據(jù)表,我發(fā)現(xiàn) TDA2050 可以在 22V 電源上以 0.5% 的失真向 4Ω 揚(yáng)聲器輸出 28 瓦功率。我將為一個(gè)阻抗為 4Ω 的 20 瓦低音揚(yáng)聲器供電,這使得 TDA2050 IC 成為完美的選擇。
選擇變壓器
TDA2050 數(shù)據(jù)表上的示例電路表明該 IC 可以由單電源或分離電源供電。在這個(gè)項(xiàng)目中,將使用雙極性電源為電路供電。
這里的目標(biāo)是找到合適的變壓器,它可以提供足夠的電壓和電流來正確驅(qū)動(dòng)放大器。
如果我們考慮一個(gè) 12-0-12 變壓器,如果輸入電源電壓為 230V,它將輸出 12-0-12V 交流電。但由于交流電源輸入總是漂移,所以輸出也會(huì)漂移??紤]到這一事實(shí),現(xiàn)在我們可以計(jì)算放大器的電源電壓。
變壓器為我們提供交流電壓,如果我們將其轉(zhuǎn)換為直流電壓,我們將得到 -
VsupplyDC = 12*(1.41) = 16.97VDC
由此可以清楚地說明,當(dāng)輸入為230V AC時(shí),變壓器可以輸出 16.97VDC
現(xiàn)在,如果我們考慮 15% 的電壓漂移,我們可以看到最大電壓變?yōu)?-
VmaxDC = (16.97 +2.4) = 18.97V
這完全在 TDA2050 IC 的最大電源電壓范圍內(nèi)。
TDA2050 放大器電路的電源要求
現(xiàn)在讓我們確定放大器將消耗多少功率。
如果我們考慮我的低音揚(yáng)聲器的額定功率,它是 20 瓦,因此立體聲放大器將消耗 20+20 = 40 瓦。
此外,我們還必須考慮放大器的功率損耗和靜態(tài)電流。一般來說,我不會(huì)計(jì)算所有這些參數(shù),因?yàn)閷?duì)我來說這很耗時(shí)。因此,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),我找到總消耗功率,并將其乘以 1.3 以找出輸出功率。
Pmax = (2x18.97)*1.3 = 49.32 瓦
因此,為了給放大器電路供電,我將使用 12 - 0 - 12 變壓器,額定電流為 6 安培,這有點(diǎn)矯枉過正。但目前,我沒有任何其他變壓器,所以我將使用它。
散熱要求
現(xiàn)在,這款高保真音頻放大器的功率要求已經(jīng)不存在了。讓我們將注意力轉(zhuǎn)向找出散熱要求。
對(duì)于這個(gè)構(gòu)建,我選擇了一個(gè)鋁制擠壓型散熱器。鋁是一種眾所周知的散熱器材料,因?yàn)樗鄬?duì)便宜并且具有良好的熱性能。
要驗(yàn)證 TDA2050 IC 的最高結(jié)溫不超過最高結(jié)溫,我們可以使用流行的熱方程式,您可以在此Wikipedia鏈接中找到該方程式。
我們使用的一般原理是,在給定的絕對(duì)熱阻 R ?上,給定的熱流 Q 上的溫降 ΔT 是。
ΔT = Q * R ?
其中,Q 是通過散熱器的熱流,可以寫為
Q = ΔT /R ?
這里,ΔT是從結(jié)點(diǎn)到環(huán)境的最大溫降
R ?是絕對(duì)熱阻。
Q是器件消耗的功率或熱流。
現(xiàn)在為了計(jì)算,公式可以簡(jiǎn)化并重新排列為
T Jmax – (T amb + Δ T HS ) = Q max * (R? ? JC + R? ? B + R ?? HA )
重新排列公式
Q max = (T Jmax – (T amb + Δ T HS )) / (R? ? JC + R? ? B + R? ? HA )
這里,
T Jmax 是器件的最高結(jié)溫
T amb 是環(huán)境空氣溫度
T Hs 是安裝散熱器的溫度
R ?JC 是器件結(jié)到外殼的絕對(duì)熱阻
R ?B 是用于 TO-220 封裝的彈性體導(dǎo)熱墊的典型值
R ?HA TO-220 封裝的散熱器的典型值
現(xiàn)在讓我們輸入 TDA2050 IC 數(shù)據(jù)表中的實(shí)際值
T Jmax = 150 °C(硅器件的典型值)
T amb = 29 °C(室溫)
R ?JC = 1.5 °C/W(對(duì)于典型的 TO-220 封裝)
R ?B = 0.1 °C/W(用于 TO-220 封裝的彈性體導(dǎo)熱墊的典型值)
R ?HA = 4 °C/W(TO-220 封裝的散熱器的典型值)
所以,最終的結(jié)果變成
Q = (150 - 29) / (1.5+0.1+4) = 17.14W
這意味著我們必須消耗 17.17 瓦或更多功率,以防止設(shè)備過熱和損壞。
計(jì)算 TDA2050 放大器電路的元件值
設(shè)置增益
設(shè)置放大器的增益是構(gòu)建過程中最重要的一步,因?yàn)榈驮鲆嬖O(shè)置可能無法提供足夠的功率。高增益設(shè)置肯定會(huì)使電路的放大輸出信號(hào)失真。以我的經(jīng)驗(yàn),我可以看出 30 到 35 dB 的增益設(shè)置非常適合使用智能手機(jī)或 USB 音頻套件播放音頻。
數(shù)據(jù)表中的示例電路建議增益設(shè)置為 32db,我將保持原樣。
運(yùn)算放大器的增益可以通過以下公式計(jì)算
AV = 1+(R6/R7)
AV = 1+(22000/680) = 32.3db
這適用于這個(gè)放大器
注意:為了設(shè)置放大器增益,必須使用 1% 或 0.5% 的電阻,否則立體聲通道會(huì)產(chǎn)生不同的輸出
設(shè)置放大器的輸入濾波器
電容 C1 和電阻 R7 構(gòu)成一個(gè) RC 高通濾波器,它決定了帶寬的下限。
放大器的截止頻率可以通過使用下面顯示的公式找到。
FC = 1 / (2πRC)
其中 R 和 C 是組件的值。
為了找到 C 的值,我們必須將等式重新排列為:
C = 1 / (2π x 22000R x 3.5Hz) = 4.7uF
注意:建議使用金屬膜油電容以獲得最佳音頻性能。
在反饋回路中設(shè)置帶寬
反饋回路中的電容有助于制作低通濾波器,有助于增強(qiáng)放大器的低音響應(yīng)。C15 的值越小,低音就越柔和。較大的 C15 值將為您提供更有力的低音。
設(shè)置輸出濾波器
輸出濾波器或通常稱為Zobel 網(wǎng)絡(luò)可防止揚(yáng)聲器線圈和電線產(chǎn)生振蕩。它還抑制了從揚(yáng)聲器到放大器的長(zhǎng)線拾取的無線電干擾;它還可以防止他們進(jìn)入反饋循環(huán)。
Zobel網(wǎng)絡(luò)的截止頻率可以通過以下簡(jiǎn)單公式計(jì)算
數(shù)據(jù)表給出了 R 和 C 的值,即 R6 = 2.2R 和 C15 = 0.1uF 如果我們將值放入公式并計(jì)算,我們將得到截止頻率
Fc = 1 / (2π x 2.2 x (1 x 10^-7))
= 723 kHz
723 kHz 高于人類聽覺范圍 20 kHz,因此不會(huì)影響輸出頻率響應(yīng),也可以防止有線噪聲和振蕩。
電源
需要使用帶有適當(dāng)去耦電容的雙極性電源為放大器供電,原理圖如下所示。
所需組件
TDA2050 集成電路 - 2
100k 可變電位器 - 1
螺絲端子 5mmx2 - 2
螺絲端子 5mmx3 - 1
0.1μF 電容 - 6
22k 歐姆電阻 - 4
2.2歐姆電阻 - 2
1k 歐姆電阻 - 2
47μF 電容 - 2
220μF 電容 - 2
2.2μF 電容 - 2
3.5 毫米耳機(jī)插孔 - 1
復(fù)合板 50x 50mm - 1
散熱器 - 1
6安培二極管 - 4
2200μF 電容 - 2
原理圖
TDA2050放大器電路的電路圖如下:
電路結(jié)構(gòu)
對(duì)于這個(gè) 32 瓦功率放大器的演示,電路是在原理圖和 PCB 設(shè)計(jì)文件的幫助下在手工制作的 PCB 上構(gòu)建的。請(qǐng)注意,如果我們將大負(fù)載連接到放大器的輸出端,會(huì)有大量電流流過 PCB 走線,并且有可能會(huì)燒壞走線。因此,為了防止 PCB 走線燒壞,我加入了一些有助于增加電流的跳線。
測(cè)試 TDA2050 放大器電路
為了測(cè)試電路,使用了以下設(shè)備。
具有 13-0-13 分接頭的變壓器
4Ω 20W 揚(yáng)聲器作為負(fù)載
如上所示,我已將萬用表的溫度傳感器直接安裝在 IC 的散熱片上,以在測(cè)試期間測(cè)量 IC 的溫度。
此外,您可以看到在測(cè)試期間室溫為31 °C 。此時(shí)放大器處于關(guān)閉狀態(tài),萬用表只顯示室溫。在測(cè)試的時(shí)候,我在低音喇叭紙盆里加了一些鹽來給你看低音,它在這個(gè)電路中產(chǎn)生的低音會(huì)很低,因?yàn)槲覜]有使用音調(diào)控制電路來增強(qiáng)低音。我將在下一篇文章中這樣做。
從上圖可以看出,測(cè)試結(jié)果或多或少都很好,IC 的溫度在測(cè)試過程中沒有超過 50 °C。
評(píng)論
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