- 시작하기 전에
- 변압기 선택
- TDA2050 증폭기 회로의 전력 요구 사항
- 열 요구 사항
- TDA2050 증폭기 회로의 구성 요소 값 계산
- 이득 설정
- 앰프 용 입력 필터 설정
- 피드백 루프에서 대역폭 설정
- 출력 필터 설정
- 전원 공급 장치
- 필요한 구성 요소
- 회로도
- 회로 구성
- TDA2050 증폭기 회로 테스트
- 추가 향상
라우드 스피커에 최대 50 와트 피크 RMS 전력을 전달할 수있는 간단하고 저렴하며 중간 정도의 높은 전력 증폭기 회로를 구축하려는 경우 올바른 위치에 있습니다. 이 기사에서는 가장 널리 사용되는 TDA2050 IC를 사용하여 위의 요구 사항을 충족하기 위해 IC를 설계, 시연, 구축 및 테스트 할 것입니다. 더 이상 고민하지 않고 시작하겠습니다.
또한 연산 증폭기, MOSFET 및 IC TDA2030, TDA2040과 같은 IC를 사용하여 25w, 40w, 100w 오디오 증폭기 회로를 구축 한 다른 오디오 증폭기 회로를 확인하십시오.
시작하기 전에
이 32 + 32 와트 오디오 증폭기 제작을 시작하기 전에 증폭기가 제공 할 수있는 전력의 양을 알아야합니다. 또한 스피커, 우퍼 또는 앰프를 구성하는 모든 것의 부하 임피던스를 고려해야합니다. 자세한 내용은 데이터 시트를 참조하십시오.
데이터 시트를 살펴보면 TDA2050이 22V 전원 공급 장치에서 0.5 % 왜곡으로 4Ω 스피커로 28W를 출력 할 수 있음을 발견했습니다. 그리고 4Ω 임피던스의 20 와트 우퍼에 전원을 공급할 예정입니다. TDA2050 IC는 완벽한 선택입니다.
변압기 선택
TDA2050 데이터 시트의 샘플 회로에 따르면 IC는 단일 또는 분할 전원 공급 장치에서 전원을 공급받을 수 있습니다. 이 프로젝트에서는 이중 극성 전원 공급 장치가 회로에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.
여기서 목표는 증폭기를 올바르게 구동하기에 충분한 전압과 전류를 제공 할 수있는 올바른 변압기를 찾는 것입니다.
12-0-12 변압기를 고려하면 입력 공급 전압이 230V이면 12-0-12V AC를 출력합니다. 그러나 AC 주전원 입력은 항상 드리프트하므로 출력도 드리프트됩니다. 이 사실을 염두에두고 이제 증폭기의 공급 전압을 계산할 수 있습니다.
변압기는 우리에게 AC 전압을 제공하고 이것을 DC 전압으로 변환하면
VsupplyDC = 12 * (1.41) = 16.97VDC
이를 통해 입력이 230V AC 일 때 변압기가 16.97VDC 를 제공 할 수 있음을 명확하게 말할 수 있습니다.
이제 15 %의 전압 드리프트를 고려하면 최대 전압이
VmaxDC = (16.97 +2.4) = 18.97V
TDA2050 IC의 최대 공급 전압 범위 내에 있습니다.
TDA2050 증폭기 회로의 전력 요구 사항
이제 앰프가 얼마나 많은 전력을 소비할지 결정하겠습니다.
내 우퍼의 전력 등급을 고려하면 20 와트이므로 스테레오 앰프는 20 + 20 = 40 와트를 소비합니다.
또한 앰프의 전력 손실과 대기 전류를 고려해야합니다. 일반적으로 시간이 많이 걸리기 때문에 이러한 모든 매개 변수를 계산하지 않습니다. 따라서 경험상 총 소비 전력을 찾고 여기에 1.3을 곱하여 출력 전력을 찾습니다.
Pmax = (2x18.97) * 1.3 = 49.32 와트
따라서 증폭기 회로에 전원을 공급하기 위해 6A 등급의 12-0-12 변압기를 사용할 것입니다. 이것은 약간의 과잉입니다. 하지만 지금은 다른 변압기가 없어서 사용하겠습니다.
열 요구 사항
이제이 Hifi 오디오 증폭기에 대한 전력 요구 사항이 해결되었습니다. 열 요구 사항을 찾는 데 초점을 맞추겠습니다.
이 빌드에서는 알루미늄 압출 형 방열판을 선택했습니다. 알루미늄은 상대적으로 저렴하고 우수한 열 성능을 보여주기 때문에 방열판으로 잘 알려진 물질입니다.
TDA2050 IC의 최대 접합 온도가 최대 접합 온도를 초과하지 않는지 확인하기 위해이 Wikipedia 링크에서 찾을 수있는 인기있는 열 방정식을 사용할 수 있습니다.
우리 는 주어진 열 흐름 Q를 통해 주어진 절대 열 저항 R Ø에 걸쳐 온도 강하 ΔT를 사용한다는 일반적인 원리를 사용합니다.
Δ T = Q * R Ø
여기서 Q는 다음과 같이 쓸 수있는 히트 싱크를 통과하는 열 흐름입니다.
Q = Δ T / R Ø
여기서 ΔT 는 접합부에서 주변부 로의 최대 온도 강하입니다.
R Ø 는 절대 열 저항입니다.
Q 는 장치 또는 열 흐름에 의해 소비되는 전력입니다.
이제 계산을 위해 공식을 단순화하고 재정렬 할 수 있습니다.
T jmax에 - (T AMB + Δ T HS = Q) 최대 * (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA)
공식 재정렬
Q 최대 = (T jmax에 - (T AMB + Δ T HS)) / (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA)
여기, T Jmax 는 장치의 최대 접합 온도입니다.
T amb 는 주변 공기 온도입니다.
T Hs 는 방열판이 부착 된 온도입니다.
R ØJC 는 접합부에서 케이스까지의 장치 절대 열 저항입니다.
R ØB 는 TO-220 패키지 용 엘라스토머 열전달 패드의 일반적인 값입니다.
R ØHA TO-220 패키지 용 히트 싱크의 일반적인 값
이제 TDA2050 IC의 데이터 시트에서 실제 값을 입력하겠습니다.
T Jmax = 150 ° C (실리콘 장치의 경우 일반적)
T amb = 29 ° C (실온)
R ØJC = 1.5 ° C / W (일반 TO-220 패키지의 경우)
R ØB = 0.1 ° C / W (TO-220 패키지 용 엘라스토머 열전달 패드의 일반적인 값)
R ØHA = 4 ° C / W (TO-220 패키지 용 히트 싱크의 일반적인 값)
따라서 최종 결과는
Q = (150-29) / (1.5 + 0.1 + 4) = 17.14W
즉, 장치가 과열되어 손상되는 것을 방지하기 위해 17.17 와트 이상을 소모해야합니다.
TDA2050 증폭기 회로의 구성 요소 값 계산
이득 설정
낮은 게인 설정은 충분한 전력을 제공하지 않을 수 있으므로 앰프의 게인 설정은 빌드의 가장 중요한 단계입니다. 그리고 높은 이득 설정은 확실히 회로의 증폭 된 출력 신호를 왜곡합니다. 경험상 30 ~ 35dB의 게인 설정이 스마트 폰이나 USB 오디오 키트로 오디오를 재생하는 데 적합하다는 것을 알 수 있습니다.
데이터 시트의 예제 회로는 32db의 게인 설정을 권장하며 그대로 두겠습니다.
Op-Amp의 이득은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
AV = 1+ (R6 / R7) AV = 1+ (22000/680) = 32.3db
이 앰프에서 잘 작동합니다.
참고: 앰프 게인을 설정하려면 1 % 또는 0.5 % 저항을 사용해야합니다. 그렇지 않으면 스테레오 채널이 다른 출력을 생성합니다.
앰프 용 입력 필터 설정
커패시터 C1은 DC 차단 커패시터 역할을하므로 노이즈를 줄입니다.
커패시터 C1과 저항 R7은 대역폭의 하단을 결정하는 RC 고역 통과 필터를 생성합니다.
증폭기의 차단 주파수는 다음 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다.
FC = 1 / (2πRC)
여기서 R과 C는 구성 요소의 값입니다.
C의 값을 찾으려면 방정식을 다음과 같이 재 배열해야합니다.
C = 1 / (2π x 22000R x 3.5Hz) = 4.7uF
참고: 최상의 오디오 성능을 위해 금속 필름 오일 커패시터를 사용하는 것이 좋습니다.
피드백 루프에서 대역폭 설정
피드백 루프의 커패시터는 저역 통과 필터를 만드는 데 도움이되어 앰프의 저음 응답을 향상시키는 데 도움이됩니다. C15의 값이 작을수록 저음이 부드러워집니다. 그리고 C15의 값이 클수록 더욱 강력한 저음을 제공합니다.
출력 필터 설정
출력 필터 또는 일반적으로 Zobel 네트워크 로 알려진 것은 스피커 코일 및 와이어에서 발생하는 진동을 방지합니다. 또한 스피커에서 증폭기로 연결되는 긴 와이어에 의해 포착되는 무선 간섭 을 거부합니다. 또한 피드백 루프로 들어가는 것을 방지합니다.
Zobel 네트워크의 차단 주파수는 다음과 같은 간단한 공식으로 계산할 수 있습니다.
데이터 시트는 R과 C에 대한 값을 제공합니다. R6 = 2.2R 및 C15 = 0.1uF 공식에 값을 입력하고 계산하면 다음과 같은 컷오프 주파수를 얻을 수 있습니다.
Fc = 1 / (2π x 2.2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723kHz
723kHz는 사람의 청력 범위 인 20kHz보다 높으므로 출력 주파수 응답에 영향을주지 않으며 유선 잡음 및 진동도 방지합니다.
전원 공급 장치
증폭기에 전원을 공급하려면 적절한 디커플링 커패시터가있는 이중 극성 전원 공급 장치가 필요하며 회로도는 아래에 나와 있습니다.
필요한 구성 요소
- TDA2050 IC-2
- 100,000 가변 냄비-1
- 나사 고정 터미널 5mmx2-2
- 나사 고정 터미널 5mmx3-1
- 0.1µF 커패시터-6
- 22k Ohms 저항기-4
- 2.2 옴 저항-2
- 1k Ohm 저항기-2
- 47µF 커패시터-2
- 220µF 커패시터-2
- 2.2µF 커패시터-2
- 3.5mm 헤드폰 잭-1
- 클래드 보드 50x 50mm-1
- 방열판-1
- 6Amp 다이오드-4
- 2200µF 커패시터-2
회로도
TDA2050 증폭기 회로의 회로도는 다음과 같습니다.
회로 구성
이 32 와트 전력 증폭기의 데모를 위해 회로는 회로도와 PCB 설계 파일의 도움을 받아 수제 PCB에 구성됩니다. 증폭기의 출력에 큰 부하를 연결하면 엄청난 양의 전류가 PCB 트레이스를 통해 흐르고 트레이스가 타 버릴 가능성이 있습니다. 따라서 PCB 트레이스가 타는 것을 방지하기 위해 전류 흐름을 증가시키는 데 도움이되는 몇 가지 점퍼를 포함했습니다.
TDA2050 증폭기 회로 테스트
회로를 테스트하기 위해 다음 장치가 사용되었습니다.
- 13-0-13 탭이있는 변압기
- 부하로서의 4Ω 20W 스피커
- Meco 108B + TRMS 멀티 미터 (온도 센서)
- 그리고 오디오 소스로 내 삼성 전화
위에서 볼 수 있듯이 테스트 중에 IC의 온도를 측정하기 위해 멀티 미터의 온도 센서를 IC의 방열판에 직접 장착했습니다.
또한 테스트시 실내 온도가 31 ° C 임을 알 수 있습니다. 이 순간 앰프는 꺼진 상태 였고 멀티 미터는 실내 온도 만 표시하고있었습니다. 테스트 당시 저음을 보여주기 위해 우퍼 콘에 약간의 소금을 추가했습니다.이 회로에서는 저음을 높이기 위해 톤 제어 회로를 사용하지 않았기 때문에 저음이 낮아질 것입니다. 다음 기사에서 그렇게 할 것입니다.
위의 이미지에서 볼 수 있듯이 결과는 다소 높았으며 테스트 중에 IC의 온도가 50 ° C를 넘지 않았습니다.
추가 향상
고주파 노이즈를 제거하기 위해 추가 필터를 추가 할 수있는 것처럼 성능을 향상시키기 위해 회로를 추가로 수정할 수 있습니다. 32W의 전체 부하 조건에 도달하려면 방열판의 크기가 더 커야합니다. 그러나 그것은 곧 다가올 다른 프로젝트의 주제입니다.
이 기사를 좋아하고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 의심스러운 점이 있으면 아래 의견에 질문하거나 포럼을 사용하여 자세한 토론을 할 수 있습니다.
또한 다른 오디오 증폭기 회로를 확인하십시오.