Mạch khuếch đại âm thanh TDA2050 : Nếu bạn đang suy nghĩ về việc xây dựng một mạch khuếch đại công suất cao vừa phải, rẻ và đơn giản có thể cung cấp công suất RMS cực đại lên đến 50 watt vào loa, thì bạn đã đến đúng chỗ. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ sử dụng IC TDA2050 phổ biến nhất để thiết kế, trình diễn, xây dựng và kiểm tra IC nhằm đạt được các yêu cầu trên. Vì vậy, không cần thêm ado, chúng ta hãy bắt đầu.
Ngoài ra, hãy kiểm tra các mạch khuếch đại âm thanh khác của chúng tôi , nơi chúng tôi đã chế tạo mạch khuếch đại âm thanh 25w, 40w, 100w sử dụng op-amps, MOSFET và IC như IC TDA2030 , TDA2040 .
Trước khi chúng ta bắt đầu
Trước khi bắt đầu chế tạo Bộ khuếch đại âm thanh 32 + 32 W này , bạn nên biết bộ khuếch đại của mình có thể cung cấp bao nhiêu công suất. Ngoài ra, bạn cần xem xét trở kháng tải của loa, loa trầm hoặc bất kỳ thứ gì mà bạn đang chế tạo bộ khuếch đại của mình. Để biết thêm thông tin, hãy xem xét việc đọc biểu dữ liệu .
Bằng cách xem qua biểu dữ liệu, tôi nhận thấy rằng TDA2050 có thể xuất 28 Watts thành loa 4Ω với độ méo 0,5% trên nguồn điện 22V. Và tôi sẽ cấp nguồn cho một loa trầm 20 watt với trở kháng 4Ω, điều này làm cho IC TDA2050 trở thành một lựa chọn hoàn hảo.
Chọn máy biến áp Mạch khuếch đại âm thanh TDA2050
Mạch mẫu trên biểu dữ liệu cho TDA2050 cho biết rằng vi mạch có thể được cấp nguồn từ một nguồn điện đơn hoặc nguồn cấp chia nhỏ. Và trong dự án này, một bộ nguồn phân cực kép sẽ được sử dụng để cấp nguồn cho mạch.
Mục tiêu ở đây là tìm đúng máy biến áp có thể cung cấp đủ điện áp và dòng điện để điều khiển bộ khuếch đại đúng cách.
Nếu chúng ta coi một máy biến áp 12-0-12, nó sẽ xuất ra 12-0-12V AC nếu điện áp cung cấp đầu vào là 230V. Nhưng vì đầu vào nguồn điện AC luôn luôn trôi dạt, vì vậy đầu ra cũng sẽ trôi theo. Ghi nhớ thực tế đó, bây giờ chúng ta có thể tính toán điện áp cung cấp cho bộ khuếch đại.
Máy biến áp cung cấp cho chúng ta điện áp AC và nếu chúng ta chuyển đổi nó thành điện áp DC, chúng ta sẽ
VsupplyDC = 12 * (1,41) = 16,97VDC
Với điều đó, có thể nói rõ rằng máy biến áp có thể cung cấp 16,97VDC khi đầu vào là 230V AC
Bây giờ nếu chúng ta xem xét độ lệch điện áp là 15%, chúng ta có thể thấy rằng điện áp tối đa trở thành-
VmaxDC = (16,97 + 2,4) = 18,97V
Nằm trong phạm vi điện áp cung cấp tối đa của IC TDA2050.
Yêu cầu công suất cho Mạch khuếch đại âm thanh TDA2050
Bây giờ chúng ta hãy xác định xem bộ khuếch đại sẽ tiêu thụ bao nhiêu công suất.
Nếu chúng ta xem xét mức công suất của loa trầm của tôi, nó là 20 watt, vì vậy một bộ khuếch đại âm thanh nổi sẽ tiêu thụ 20 + 20 = 40 watt.
Ngoài ra, chúng ta phải xem xét tổn thất điện năng và dòng điện tĩnh của bộ khuếch đại. Nói chung, tôi không tính toán tất cả các thông số này vì với tôi nó tốn thời gian. Vì vậy, theo quy tắc chung, tôi tìm tổng công suất tiêu thụ và nhân nó với hệ số 1,3 để tìm ra công suất đầu ra.
Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 watt
Vì vậy, để cấp nguồn cho mạch khuếch đại, tôi sẽ sử dụng một biến áp 12 – 0 – 12, với định mức 6 Amps, điều này là một chút quá mức cần thiết. Nhưng hiện tại, tôi không có bất kỳ máy biến áp nào khác với tôi nên tôi sẽ sử dụng cái đó.
Yêu cầu về nhiệt
Giờ đây, yêu cầu về nguồn điện cho Bộ khuếch đại âm thanh Hifi này đã không còn nữa. Chúng ta hãy tập trung vào việc tìm hiểu các yêu cầu về nhiệt.
Đối với bản dựng này, tôi đã chọn một tấm tản nhiệt bằng nhôm, kiểu đùn. Nhôm là chất nổi tiếng để tản nhiệt vì nó tương đối rẻ và thể hiện hiệu suất nhiệt tốt.
Để xác minh nhiệt độ mối nối tối đa của IC TDA2050 không vượt quá nhiệt độ mối nối tối đa, chúng ta có thể sử dụng các phương trình nhiệt phổ biến, bạn có thể tìm thấy trong liên kết Wikipedia này .
Chúng tôi sử dụng nguyên tắc chung rằng sự giảm nhiệt độ ΔT qua một điện trở nhiệt tuyệt đối cho trước R Ø với một dòng nhiệt Q nhất định qua nó là.
Δ T = Q * R Ø
Ở đây, Q là dòng nhiệt qua bộ tản nhiệt có thể được viết là
Q = Δ T / R Ø
Ở đây, ΔT là nhiệt độ giảm tối đa từ đường giao nhau đến môi trường xung quanh
R Ø là điện trở nhiệt tuyệt đối.
Q là công suất do thiết bị hoặc dòng nhiệt tiêu tán.
Bây giờ để tính toán, công thức có thể được đơn giản hóa và sắp xếp lại thành
T Jmax - (T AMB + Δ T HS ) = Q max * (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA )
Sắp xếp lại công thức
Q max = (T Jmax - (T AMB + Δ T HS )) / (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA )
Đây,
T Jmax là nhiệt độ tiếp giáp lớn nhất của thiết bị
T amb là nhiệt độ không khí xung quanh
T Hs là nhiệt độ nơi gắn miếng tản nhiệt
R ØJC là điện trở nhiệt tuyệt đối của thiết bị từ mối nối đến vỏ máy
R ØB là giá trị điển hình cho tấm đệm truyền nhiệt đàn hồi cho gói TO-220
R ØHA một giá trị điển hình cho bộ tản nhiệt cho gói TO-220
Bây giờ chúng ta hãy đặt các giá trị thực tế từ biểu dữ liệu của IC TDA2050
T Jmax = 150 ° C (điển hình cho thiết bị silicon)
T amb = 29 ° C (nhiệt độ phòng)
R ØJC = 1,5 ° C / W (đối với gói TO-220 điển hình)
R ØB = 0,1 ° C / W (giá trị điển hình cho tấm truyền nhiệt đàn hồi cho gói TO-220)
R ØHA = 4 ° C / W (giá trị điển hình cho bộ tản nhiệt cho gói TO-220)
Vì vậy, kết quả cuối cùng trở thành
Q = (150 - 29) / (1,5 + 0,1 + 4) = 17,14W
Điều này có nghĩa là chúng ta phải tiêu thụ 17,17 watt trở lên để tránh thiết bị quá nóng và bị hỏng.
Tính toán các giá trị linh kiện cho Mạch khuếch đại âm thanh TDA2050
Thiết lập Độ lợi
Thiết lập độ lợi cho bộ khuếch đại là bước quan trọng nhất của quá trình xây dựng, vì cài đặt độ lợi thấp có thể không cung cấp đủ công suất. Và một thiết lập độ lợi cao chắc chắn sẽ làm sai lệch tín hiệu đầu ra khuếch đại của mạch. Với kinh nghiệm của mình, tôi có thể nói rằng cài đặt khuếch đại từ 30 đến 35 dB là tốt để phát âm thanh bằng điện thoại thông minh hoặc bộ âm thanh USB.
Mạch ví dụ trong biểu dữ liệu đề xuất cài đặt độ lợi là 32db và tôi sẽ để nguyên như vậy.
Độ lợi của Op-Amp có thể được tính theo công thức sau
AV = 1+ (R6 / R7) AV = 1+ (22000/680) = 32,3db
Cái nào hoạt động tốt cho bộ khuếch đại này
Lưu ý: Để thiết lập bộ khuếch đại, phải sử dụng điện trở 1% hoặc 0,5% nếu không các kênh âm thanh nổi sẽ tạo ra các đầu ra khác nhau
Thiết lập Bộ lọc đầu vào cho Bộ khuếch đại
Tụ C1 hoạt động như một tụ chặn DC do đó làm giảm nhiễu.
Tụ C1 và điện trở R7 tạo ra một bộ lọc thông cao RC, bộ lọc này xác định đầu dưới của băng thông.
Tần số cắt của bộ khuếch đại có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng công thức sau được hiển thị bên dưới.
FC = 1 / (2πRC)
Trong đó R và C là giá trị của các thành phần.
Để tìm các giá trị của C, chúng ta phải sắp xếp lại phương trình thành:
C = 1 / (2π x 22000R x 3,5Hz) = 4,7uF
Lưu ý: Nên sử dụng tụ dầu màng kim loại để có hiệu suất âm thanh tốt nhất.
Thiết lập băng thông trong vòng lặp phản hồi
Tụ điện trong vòng phản hồi giúp tạo bộ lọc thông thấp , giúp tăng cường phản ứng âm trầm của bộ khuếch đại. Giá trị của C15 càng nhỏ thì âm trầm sẽ càng mềm. Và giá trị lớn hơn cho C15 sẽ cho bạn âm trầm mạnh mẽ hơn.
Đặt bộ lọc đầu ra
Bộ lọc đầu ra hay thường được gọi là mạng Zobel ngăn các dao động tạo ra từ cuộn dây và dây loa. Nó cũng loại bỏ nhiễu sóng vô tuyến được thu bởi dây dài từ loa đến bộ khuếch đại; nó cũng ngăn họ đi vào vòng phản hồi.
Tần số cắt của mạng Zobel có thể được tính bằng công thức đơn giản sau
Biểu dữ liệu cung cấp các giá trị cho R và C, đó là R6 = 2,2R và C15 = 0,1uF Nếu chúng ta đặt các giá trị trong công thức và tính toán, chúng ta sẽ nhận được tần số cắt là
Fc = 1 / (2π x 2,2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723 kHz
723 kHz nằm trên phạm vi nghe của con người là 20 kHz, vì vậy nó sẽ không ảnh hưởng đến đáp ứng tần số đầu ra và nó cũng sẽ ngăn chặn tiếng ồn và dao động có dây.
Nguồn cung cấp năng lượng
Cần có nguồn điện phân cực kép với tụ điện tách phù hợp để cấp nguồn cho bộ khuếch đại và sơ đồ được hiển thị bên dưới.
Linh kiện bắt buộc
- IC TDA2050 – 2
- 100k Variable Pot – 1
- Trục vít 5mmx2 – 2
- Trục vít 5mmx3 – 1
- Tụ điện 0,1µF – 6
- Điện trở 22k Ohms – 4
- Điện trở 2,2 Ohm – 2
- Điện trở 1k Ohm – 2
- Tụ điện 47µF – 2
- Tụ điện 220µF – 2
- Tụ 2.2µF – 2
- Giắc cắm tai nghe 3,5 mm – 1
- Tấm ốp 50x 50mm – 1
- Tản nhiệt – 1
- 6Amp Diode – 4
- Tụ 2200µF – 2
Sơ đồ Mạch khuếch đại âm thanh TDA2050
Sơ đồ mạch cho mạch khuếch đại TDA2050 được đưa ra dưới đây:
Xây dựng mạch
Để trình diễn bộ khuếch đại công suất 32 watt này, mạch được xây dựng trên PCB thủ công với sự trợ giúp của các tệp thiết kế sơ đồ và PCB. Xin lưu ý rằng nếu chúng ta đang kết nối một tải lớn với đầu ra của bộ khuếch đại, một lượng lớn dòng điện sẽ chạy qua các dấu vết PCB và có khả năng các dấu vết sẽ bị cháy hết. Vì vậy, để ngăn chặn các dấu vết PCB bị cháy ra, tôi đã bao gồm một số jumper giúp tăng dòng điện.
Kiểm tra mạch khuếch đại TDA2050
Để kiểm tra mạch, thiết bị sau đã được sử dụng.
- Một máy biến áp có một vòi 13-0-13
- Một loa 4Ω 20W khi tải
- Meco 108B + TRMS Multimeter làm cảm biến nhiệt độ
- Và điện thoại Samsung của tôi như một nguồn âm thanh
Như bạn thấy ở trên, tôi đã gắn cảm biến nhiệt độ của đồng hồ vạn năng trực tiếp vào tản nhiệt của IC để đo nhiệt độ của IC trong thời gian thử nghiệm.
Ngoài ra, bạn có thể thấy nhiệt độ phòng là 31 ° C trong thời gian thử nghiệm. Tại thời điểm này, bộ khuếch đại đang ở trạng thái tắt và đồng hồ vạn năng chỉ hiển thị nhiệt độ phòng. Tại thời điểm thử nghiệm, tôi đã thêm một ít muối vào nón loa trầm để cho bạn thấy âm trầm, nó tạo ra trong mạch này âm trầm sẽ thấp vì tôi không sử dụng mạch điều chỉnh âm sắc để tăng âm trầm. Tôi sẽ làm điều đó trong bài viết tiếp theo.
Bạn có thể thấy từ hình ảnh trên, kết quả ít nhiều tuyệt vời và nhiệt độ của IC không vượt quá 50 ° C trong quá trình thử nghiệm.
Cải tiến thêm Mạch khuếch đại âm thanh TDA2050
Mạch có thể được sửa đổi thêm để cải thiện hiệu suất của nó như chúng ta có thể thêm một bộ lọc bổ sung để loại bỏ tiếng ồn tần số cao. Kích thước của tản nhiệt cần lớn hơn để đạt được điều kiện đầy tải là 32W. Nhưng đó là một chủ đề cho một dự án khác sắp ra mắt.