Einfacher 2x32 Watt Audioverstärker mit tda2050

Wenn Sie darüber nachdenken, eine einfache, billige und mäßig leistungsstarke Verstärkerschaltung zu bauen, die eine RMS-Spitzenleistung von bis zu 50 Watt in einen Lautsprecher liefern kann, sind Sie hier richtig. In diesem Artikel werden wir den beliebtesten TDA2050-IC verwenden, um den IC zu entwerfen, zu demonstrieren, zu bauen und zu testen, um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen. Also, ohne weiteres, fangen wir an.

Überprüfen Sie auch unsere anderen Audioverstärkerschaltungen, in denen wir 25-W-, 40-W- und 100-W-Audioverstärkerschaltungen mit Operationsverstärkern, MOSFETs und ICs wie IC TDA2030, TDA2040 gebaut haben.

Bevor wir anfangen

Bevor Sie mit dem Bau dieses 32 + 32-Watt-Audioverstärkers beginnen, sollten Sie wissen, wie viel Leistung Ihr Verstärker liefern kann. Außerdem müssen Sie die Lastimpedanz des Lautsprechers, Tieftöners oder alles, was Sie für Ihren Verstärker bauen, berücksichtigen. Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt.

Beim Durchgehen des Datenblattes habe ich festgestellt, dass der TDA2050 28 Watt in 4Ω-Lautsprecher mit 0,5% Verzerrung an einem 22-V-Netzteil abgeben kann. Und ich werde einen 20-Watt-Tieftöner mit 4Ω Impedanz betreiben, was den TDA2050 IC zur perfekten Wahl macht.

Transformator auswählen

Die Beispielschaltung auf dem Datenblatt für den TDA2050 besagt, dass der IC über eine einzelne oder eine geteilte Stromversorgung mit Strom versorgt werden kann. In diesem Projekt wird ein Netzteil mit doppelter Polarität zur Stromversorgung der Schaltung verwendet.

Ziel ist es, den richtigen Transformator zu finden, der ausreichend Spannung und Strom liefert, um den Verstärker richtig anzusteuern.

Wenn wir einen 12-0-12-Transformator betrachten, gibt er 12-0-12 V AC aus, wenn die Eingangsversorgungsspannung 230 V beträgt. Da der Wechselstromeingang jedoch immer driftet, driftet auch der Ausgang. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache können wir jetzt die Versorgungsspannung für den Verstärker berechnen.

Der Transformator gibt uns Wechselspannung und wenn wir diese in Gleichspannung umwandeln, erhalten wir

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

Damit kann klar festgestellt werden, dass der Transformator 16,97 VDC liefern kann, wenn der Eingang 230 V AC beträgt

Wenn wir nun eine Spannungsdrift von 15% betrachten, können wir sehen, dass die maximale Spannung

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

Welches liegt gut im maximalen Versorgungsspannungsbereich des TDA2050 IC.

Leistungsbedarf für TDA2050-Verstärkerschaltung

Lassen Sie uns nun bestimmen, wie viel Strom der Verstärker verbraucht.

Wenn wir die Nennleistung meines Tieftöners berücksichtigen, beträgt sie 20 Watt, sodass ein Stereoverstärker 20 + 20 = 40 Watt verbraucht.

Wir müssen auch die Leistungsverluste und den Ruhestrom des Verstärkers berücksichtigen. Im Allgemeinen berechne ich nicht alle diese Parameter, da dies für mich zeitaufwändig ist. Als Faustregel finde ich also die insgesamt verbrauchte Leistung und multipliziere sie mit dem Faktor 1,3, um die Ausgangsleistung herauszufinden.

Pmax = (2 × 18,97) * 1,3 = 49,32 Watt

Um die Verstärkerschaltung mit Strom zu versorgen, werde ich einen 12 - 0 - 12-Transformator mit einer Nennleistung von 6 Ampere verwenden. Dies ist ein bisschen übertrieben. Aber im Moment habe ich keinen anderen Transformator bei mir, also werde ich ihn benutzen.

Thermische Anforderungen

Jetzt, da der Strombedarf für diesen Hifi-Audioverstärker nicht mehr im Weg ist. Konzentrieren wir uns darauf, die thermischen Anforderungen herauszufinden.

Für diesen Bau habe ich einen Aluminium-Extrusionskühlkörper gewählt. Aluminium ist eine bekannte Substanz für Kühlkörper, da es relativ kostengünstig ist und eine gute Wärmeleistung aufweist.

Um zu überprüfen, ob die maximale Sperrschichttemperatur des TDA2050 IC die maximale Sperrschichttemperatur nicht überschreitet, können wir die gängigen thermischen Gleichungen verwenden, die Sie in diesem Wikipedia-Link finden.

Wir verwenden das allgemeine Prinzip, dass der Temperaturabfall ΔT über einen gegebenen absoluten Wärmewiderstand R _Ø mit einem gegebenen Wärmefluss Q durch ihn beträgt.

ΔT = Q * R _Ø

Hier ist Q der Wärmefluss durch den Kühlkörper, der als geschrieben werden kann

Q = ΔT / R _Ø

Hier ist ΔT der maximale Temperaturabfall von der Verbindungsstelle zur Umgebung

R _Ø ist der absolute Wärmewiderstand.

Q ist die vom Gerät oder vom Wärmefluss abgegebene Leistung.

Zur Berechnung kann nun die Formel vereinfacht und neu angeordnet werden

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

Formel neu anordnen

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

Hier, T _Jmax ist die maximale Sperrschichttemperatur des Geräts

T _amb ist die Umgebungslufttemperatur

T _Hs ist die Temperatur, an der der Kühlkörper angebracht ist

R _ØJC ist der absolute Wärmewiderstand des Geräts von der Verbindungsstelle zum Gehäuse

R _ØB ist der typische Wert für ein Elastomer-Wärmeübertragungskissen für ein TO-220-Gehäuse

R _ØHA ein typischer Wert für einen Kühlkörper für ein TO-220-Gehäuse

Lassen Sie uns nun die tatsächlichen Werte aus dem Datenblatt des TDA2050 IC einfügen

T _Jmax = 150 ° C (typisch für eine Siliziumvorrichtung)

T _amb = 29 ° C (Raumtemperatur)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (für ein typisches TO-220-Gehäuse)

R _ØB = 0,1 ° C / W (typischer Wert für ein Elastomer-Wärmeübertragungskissen für ein TO-220-Gehäuse)

R _ØHA = 4 ° C / W (ein typischer Wert für einen Kühlkörper für ein TO-220-Gehäuse)

So wird das Endergebnis

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

Dies bedeutet, dass wir 17,17 Watt oder mehr verbrauchen müssen, um zu verhindern, dass das Gerät überhitzt und beschädigt wird.

Berechnung der Komponentenwerte für die TDA2050-Verstärkerschaltung

Einstellen der Verstärkung

Das Einstellen der Verstärkung für den Verstärker ist der wichtigste Schritt des Builds, da eine niedrige Verstärkungseinstellung möglicherweise nicht genügend Leistung liefert. Und eine hohe Verstärkungseinstellung wird sicherlich das verstärkte Ausgangssignal der Schaltung verzerren. Aufgrund meiner Erfahrung kann ich feststellen, dass eine Verstärkungseinstellung von 30 bis 35 dB für die Audiowiedergabe mit einem Smartphone oder einem USB-Audiokit gut ist.

Die Beispielschaltung im Datenblatt empfiehlt eine Verstärkungseinstellung von 32 dB, und ich werde sie einfach so lassen, wie sie ist.

Die Verstärkung des Operationsverstärkers kann nach der folgenden Formel berechnet werden

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

Was für diesen Verstärker gut funktioniert

Hinweis: Zum Einrichten der Verstärker müssen 1% oder 0,5% Widerstände verwendet werden, da sonst die Stereokanäle unterschiedliche Ausgänge erzeugen

Einrichten des Eingangsfilters für den Verstärker

Der Kondensator C1 wirkt als DC-Sperrkondensator und reduziert so das Rauschen.

Der Kondensator C1 und der Widerstand R7 erzeugen ein RC-Hochpassfilter, das das untere Ende der Bandbreite bestimmt.

Die Grenzfrequenz des Verstärkers kann unter Verwendung der folgenden unten gezeigten Formel ermittelt werden.

FC = 1 / (2πRC)

Wobei R und C die Werte der Komponenten sind.

Um die Werte von C zu finden, müssen wir die Gleichung neu anordnen zu:

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

Hinweis: Es wird empfohlen, Metallfilm-Ölkondensatoren zu verwenden, um die beste Audioleistung zu erzielen.

Einrichten der Bandbreite in der Rückkopplungsschleife

Der Kondensator in der Rückkopplungsschleife hilft bei der Herstellung eines Tiefpassfilters, wodurch die Basswiedergabe des Verstärkers verbessert wird. Je kleiner der Wert des C15 ist, desto weicher wird der Bass. Und ein größerer Wert für C15 gibt Ihnen einen druckvolleren Bass.

Einstellen des Ausgabefilters

Ein Ausgangsfilter oder allgemein als Zobel-Netzwerk bekannt, verhindert Schwingungen, die von der Lautsprecherspule und den Drähten erzeugt werden. Es lehnt auch Funkstörungen ab, die durch das lange Kabel vom Lautsprecher zum Verstärker aufgenommen werden. es verhindert auch, dass sie in die Rückkopplungsschleife gelangen.

Die Grenzfrequenz des Zobel-Netzwerks kann nach der folgenden einfachen Formel berechnet werden

Das Datenblatt gibt Werte für R und C an, dh R6 = 2,2R und C15 = 0,1 uF. Wenn wir die Werte in die Formel einfügen und berechnen, erhalten wir eine Grenzfrequenz von

Fc = 1 / (2 & pgr; × 2,2 × (1 × 10 –7)) = 723 kHz

723 kHz liegt über dem menschlichen Hörbereich von 20 kHz, hat also keinen Einfluss auf den Ausgangsfrequenzgang und verhindert außerdem kabelgebundenes Rauschen und Schwingungen.

Die Stromversorgung

Zur Versorgung des Verstärkers ist eine Stromversorgung mit doppelter Polarität und geeigneten Entkopplungskondensatoren erforderlich. Das Schema ist unten dargestellt.

Erforderliche Komponenten

• TDA2050 IC - 2
• 100k variabler Topf - 1
• Schraubklemme 5mmx2 - 2
• Schraubklemme 5mmx3 - 1
• 0,1 uF Kondensator - 6
• 22k Ohm Widerstand - 4
• 2,2 Ohm Widerstand - 2
• 1k Ohm Widerstand - 2
• 47µF Kondensator - 2
• 220µF Kondensator - 2
• 2,2 uF Kondensator - 2
• 3,5 mm Kopfhörerbuchse - 1
• Plattierte Platte 50x 50mm - 1
• Kühlkörper - 1
• 6 Ampere Diode - 4
• 2200µF Kondensator - 2

Das Schema

Das Schaltbild für die TDA2050-Verstärkerschaltung ist unten angegeben:

Schaltungsaufbau

Zur Demonstration dieses 32-Watt-Leistungsverstärkers wird die Schaltung mit Hilfe der Schaltplan- und Leiterplattenentwurfsdateien auf einer handgefertigten Leiterplatte aufgebaut. Bitte beachten Sie, dass, wenn wir eine große Last an den Ausgang des Verstärkers anschließen, eine große Menge Strom durch die Leiterplattenspuren fließt und die Spuren möglicherweise durchbrennen. Um zu verhindern, dass die Leiterplattenspuren durchbrennen, habe ich einige Jumper hinzugefügt, die dazu beitragen, den Stromfluss zu erhöhen.

Testen der TDA2050-Verstärkerschaltung

Zum Testen der Schaltung wurde die folgende Vorrichtung verwendet.

1. Ein Transformator mit einem 13-0-13 Tap
2. Ein 4Ω 20W Lautsprecher als Last
3. Meco 108B + TRMS Multimeter als Temperatursensor
4. Und mein Samsung-Handy als Audioquelle

Wie Sie oben sehen können, habe ich den Temperatursensor des Multimeters direkt am Kühlkörper des IC angebracht, um die Temperatur des IC während der Testzeit zu messen.

Sie können auch sehen, dass die Raumtemperatur während des Tests 31 ° C betrug. Zu diesem Zeitpunkt war der Verstärker ausgeschaltet und das Multimeter zeigte nur die Raumtemperatur an. Zum Zeitpunkt des Tests habe ich etwas Salz in den Tieftönerkegel gegeben, um Ihnen den Bass zu zeigen. In dieser Schaltung wird der Bass niedrig sein, da ich keine Klangregelschaltung verwendet habe, um den Bass zu verstärken. Ich werde das im nächsten Artikel tun.

Sie können dem obigen Bild entnehmen, dass die Ergebnisse mehr oder weniger gut waren und die Temperatur des IC während des Tests nicht über 50 ° C hinausging.

Weitere Verbesserung

Die Schaltung kann weiter modifiziert werden, um ihre Leistung zu verbessern, da wir einen zusätzlichen Filter hinzufügen können, um hochfrequente Geräusche zu unterdrücken. Der Kühlkörper muss größer sein, um einen Volllastzustand von 32 W zu erreichen. Aber das ist ein Thema für ein anderes Projekt, das übrigens bald kommt.

Ich hoffe, Ihnen hat dieser Artikel gefallen und Sie haben etwas Neues daraus gelernt. Wenn Sie Zweifel haben, können Sie in den Kommentaren unten nachfragen oder unsere Foren für detaillierte Diskussionen nutzen.

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