使用TDA2050構(gòu)建一個(gè)2x32瓦音頻放大器電路

　　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(lái)對(duì)地方了。在本文中，我們將使用最流行的 TDA2050 IC 來(lái)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(guò)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(lái)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(shuō)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(lái)說(shuō)，我不會(huì)計(jì)算所有這些參數(shù)，因?yàn)閷?duì)我來(lái)說(shuō)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(guò)正。但目前，我沒(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中最重要的一步，因?yàn)榈驮鲆嬖O(shè)置可能無(wú)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(guò)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

　　電容器 C1 用作隔直電容器，從而降低噪聲。

　　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(guò)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(wú)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(guò)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(guò) 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

　　Meco 108B+TRMS 萬(wàn)用表作為溫度傳感器

　　和我的三星手機(jī)作為音頻源

　　如上所示，我已將萬(wàn)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(wàn)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(lái)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](méi)有使用音調(diào)控制電路來(lái)增強(qiáng)低音。我將在下一篇文章中這樣做。