- Antes que empecemos
- Elegir el transformador
- Requisito de energía para el circuito del amplificador TDA2050
- Requisitos térmicos
- Cálculo de los valores de los componentes del circuito del amplificador TDA2050
- Configuración de la ganancia
- Configuración del filtro de entrada para el amplificador
- Configuración del ancho de banda en el bucle de retroalimentación
- Configuración del filtro de salida
- La fuente de poder
- Componentes requeridos
- El esquema
- Construcción de circuitos
- Prueba del circuito del amplificador TDA2050
- Mejora adicional
Si está pensando en construir un circuito amplificador de potencia simple, barato y moderadamente alto que pueda entregar hasta 50 vatios de potencia RMS pico en un altavoz, entonces está en el lugar correcto. En este artículo, vamos a utilizar el IC TDA2050 más popular para diseñar, demostrar, construir y probar el IC para lograr los requisitos anteriores. Así que sin más preámbulos, comencemos.
Además, consulte nuestros otros circuitos amplificadores de audio donde hemos construido un circuito amplificador de audio de 25w, 40w, 100w utilizando amplificadores operacionales, MOSFET e IC como IC TDA2030, TDA2040.
Antes que empecemos
Antes de comenzar a construir este amplificador de audio de 32 + 32 vatios, debe saber cuánta potencia puede entregar su amplificador. Además, debe considerar la impedancia de carga del altavoz, el woofer o cualquier cosa que esté construyendo su amplificador. Para obtener más información, considere leer la hoja de datos.
Al revisar la hoja de datos, descubrí que el TDA2050 puede generar 28 vatios en altavoces de 4 Ω con una distorsión del 0,5% en una fuente de alimentación de 22 V. Y estaré alimentando un woofer de 20 vatios con impedancia de 4 Ω, lo que hace que el TDA2050 IC sea una elección perfecta.
Elegir el transformador
El circuito de muestra en la hoja de datos del TDA2050 dice que el IC se puede alimentar desde una fuente de alimentación única o dividida. Y en este proyecto, se utilizará una fuente de alimentación de doble polaridad para alimentar el circuito.
El objetivo aquí es encontrar el transformador correcto, que pueda entregar suficiente voltaje y corriente para impulsar el amplificador correctamente.
Si consideramos un transformador 12-0-12, producirá 12-0-12V AC si el voltaje de suministro de entrada es 230V. Pero como la entrada de la red de CA siempre se desvía, la salida también se desviará. Teniendo esto en cuenta, ahora podemos calcular la tensión de alimentación del amplificador.
El transformador nos da voltaje AC y si lo convertimos en voltaje DC obtendremos-
VsupplyDC = 12 * (1,41) = 16,97VDC
Con eso, se puede afirmar claramente que el transformador puede entregar 16,97 V CC cuando la entrada es 230 V CA
Ahora, si consideramos la deriva de voltaje del 15%, podemos ver que el voltaje máximo se convierte en-
Vmáx CC = (16,97 +2,4) = 18,97 V
Que está dentro del rango máximo de voltaje de suministro del TDA2050 IC.
Requisito de energía para el circuito del amplificador TDA2050
Ahora determinemos cuánta potencia consumirá el amplificador.
Si consideramos la potencia nominal de mi woofer, es de 20 vatios, por lo que un amplificador estéreo consumirá 20 + 20 = 40 vatios.
Además, tenemos que considerar las pérdidas de potencia y la corriente de reposo del amplificador. Generalmente, no calculo todos estos parámetros porque para mí lleva mucho tiempo. Entonces, como regla general, encuentro la potencia consumida total y la multiplico por un factor de 1.3 para averiguar la potencia de salida.
Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 vatios
Entonces, para alimentar el circuito del amplificador, voy a usar un transformador de 12 - 0 - 12, con una clasificación de 6 amperios, esto es un poco exagerado. Pero por el momento, no tengo ningún otro transformador conmigo, así que lo voy a usar.
Requisitos térmicos
Ahora, que el requisito de potencia para este amplificador de audio de alta fidelidad está fuera del camino. Centrémonos en conocer los requisitos térmicos.
Para esta construcción, he elegido un disipador de calor de aluminio tipo extrusión. El aluminio es una sustancia muy conocida para disipar el calor porque es relativamente económico y presenta un buen rendimiento térmico.
Para verificar que la temperatura máxima de unión del TDA2050 IC no exceda la temperatura máxima de unión, podemos usar las populares ecuaciones térmicas, que puede encontrar en este enlace de Wikipedia.
Usamos el principio general de que la caída de temperatura ΔT a través de una resistencia térmica absoluta dada R Ø con un flujo de calor Q dado a través de ella es.
Δ T = Q * R Ø
Aquí, Q es el flujo de calor a través del disipador de calor que se puede escribir como
Q = Δ T / R Ø
Aquí, ΔT es la caída máxima de temperatura desde la unión al ambiente
R Ø es la resistencia térmica absoluta.
Q es la potencia disipada por el dispositivo o el flujo de calor.
Ahora, por el bien del cálculo, la fórmula se puede simplificar y reorganizar para
T Jmáx - (T amb + Δ T SA) = Q máx * (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA)
Reorganizando la fórmula
Q max = (T Jmax - (T amb + Δ T SA)) / (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA)
Aquí, T Jmax es la temperatura máxima de unión del dispositivo
T amb es la temperatura del aire ambiente
T Hs es la temperatura donde se conecta el disipador de calor
R ØJC es la resistencia térmica absoluta del dispositivo desde la unión hasta la carcasa
R ØB es el valor típico de una almohadilla de transferencia de calor de elastómero para un paquete TO-220
R ØHA un valor típico para un disipador de calor para un paquete TO-220
Ahora pongamos los valores reales de la hoja de datos del TDA2050 IC
T Jmax = 150 ° C (típico de un dispositivo de silicio)
T amb = 29 ° C (temperatura ambiente)
R ØJC = 1,5 ° C / W (para un paquete TO-220 típico)
R ØB = 0,1 ° C / W (valor típico para una almohadilla de elastómero de transferencia de calor para un paquete TO-220)
R ØHA = 4 ° C / W (un valor típico para un disipador de calor para un paquete TO-220)
Entonces, el resultado final se convierte en
Q = (150 - 29) / (1,5 + 0,1 + 4) = 17,14 W
Esto significa que tenemos que disipar 17,17 vatios o más para evitar que el dispositivo se sobrecaliente y se dañe.
Cálculo de los valores de los componentes del circuito del amplificador TDA2050
Configuración de la ganancia
Configurar la ganancia para el amplificador es el paso más importante de la construcción, ya que una configuración de ganancia baja puede no proporcionar suficiente potencia. Y una configuración de alta ganancia ciertamente distorsionará la señal de salida amplificada del circuito. Con mi experiencia, puedo decir que una configuración de ganancia de 30 a 35 dB es buena para reproducir audio con un teléfono inteligente o un kit de audio USB.
El circuito de ejemplo en la hoja de datos recomienda una configuración de ganancia de 32db y lo dejaré como está.
La ganancia del amplificador operacional se puede calcular mediante la siguiente fórmula
AV = 1+ (R6 / R7) AV = 1+ (22000/680) = 32,3 dB
Que funciona bien para este amplificador
Nota: Para configurar los amplificadores, se deben usar resistencias de 1% o 0.5%; de lo contrario, los canales estéreo producirán salidas diferentes.
Configuración del filtro de entrada para el amplificador
El condensador C1 actúa como un condensador de bloqueo de CC, por lo que reduce el ruido.
El condensador C1 y la resistencia R7 crean un filtro de paso alto RC, que determina el extremo inferior del ancho de banda.
La frecuencia de corte del amplificador se puede encontrar utilizando la siguiente fórmula que se muestra a continuación.
FC = 1 / (2πRC)
Donde R y C son los valores de los componentes.
Para encontrar los valores de C, tenemos que reorganizar la ecuación para:
C = 1 / (2π x 22000R x 3,5 Hz) = 4,7 uF
Nota: Se recomienda utilizar condensadores de aceite de película metálica para obtener el mejor rendimiento de audio.
Configuración del ancho de banda en el bucle de retroalimentación
El condensador en el circuito de retroalimentación ayuda a crear un filtro de paso bajo, lo que ayuda a mejorar la respuesta de bajos del amplificador. Cuanto menor sea el valor del C15, más suaves serán los graves. Y un valor mayor para C15 le dará un bajo más potente.
Configuración del filtro de salida
Un filtro de salida o comúnmente conocido como red Zobel evita las oscilaciones generadas por la bobina y los cables del altavoz. También rechaza la interferencia de radio que es captada por el cable largo del altavoz al amplificador; también les impide entrar en el circuito de retroalimentación.
La frecuencia de corte de la red Zobel se puede calcular mediante la siguiente fórmula simple
La hoja de datos da valores para R y C, que es R6 = 2.2R y C15 = 0.1uF Si ponemos los valores en la fórmula y calculamos obtendremos una frecuencia de corte de
Fc = 1 / (2π x 2,2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723 kHz
723 kHz está por encima del rango de audición humana de 20 kHz, por lo que no afectará la respuesta de frecuencia de salida y también evitará el ruido y las oscilaciones del cableado.
La fuente de poder
Se requiere una fuente de alimentación de polaridad dual con condensadores de desacoplamiento adecuados para alimentar el amplificador, y el esquema se muestra a continuación.
Componentes requeridos
- TDA2050 IC - 2
- Bote variable 100k - 1
- Terminal de tornillo 5mmx2 - 2
- Terminal de tornillo 5mmx3 - 1
- Condensador de 0,1 µF - 6
- Resistencia de 22k ohmios - 4
- Resistencia de 2,2 ohmios - 2
- Resistencia de 1k Ohm - 2
- Condensador 47µF - 2
- Condensador 220μF - 2
- Condensador de 2,2 µF - 2
- Conector para auriculares de 3,5 mm - 1
- Tablero revestido 50x 50mm - 1
- Disipador de calor - 1
- Diodo de 6 amperios - 4
- Condensador de 2200µF - 2
El esquema
El diagrama de circuito para el circuito amplificador TDA2050 se muestra a continuación:
Construcción de circuitos
Para la demostración de este amplificador de potencia de 32 vatios, el circuito se construye en una PCB hecha a mano con la ayuda de los archivos de diseño esquemático y PCB. Tenga en cuenta que si conectamos una gran carga a la salida del amplificador, una gran cantidad de corriente fluirá a través de las trazas de la PCB y existe la posibilidad de que las trazas se quemen. Entonces, para evitar que se quemen los rastros de la PCB, he incluido algunos puentes que ayudan a aumentar el flujo de corriente.
Prueba del circuito del amplificador TDA2050
Para probar el circuito, se utilizó el siguiente aparato.
- Un transformador que tiene un Tap 13-0-13
- Un altavoz de 4 Ω 20 W como carga
- Multímetro Meco 108B + TRMS como sensor de temperatura
- Y mi teléfono Samsung como fuente de audio
Como puede ver arriba, he montado el sensor de temperatura del multímetro directamente en el disipador de calor del IC para medir la temperatura del IC durante el tiempo de la prueba.
Además, puede ver que la temperatura ambiente era de 31 ° C durante el tiempo de prueba. En este momento, el amplificador estaba apagado y el multímetro solo mostraba la temperatura ambiente. En el momento de la prueba, agregué un poco de sal en el cono del woofer para mostrarle los graves, lo que produce en este circuito que los graves serán bajos porque no utilicé un circuito de control de tono para aumentar los graves. Voy a hacer eso en el próximo artículo.
Puede ver en la imagen de arriba, los resultados fueron más o menos excelentes y la temperatura del IC no superó los 50 ° C durante la prueba.
Mejora adicional
El circuito se puede modificar aún más para mejorar su rendimiento, como podemos agregar un filtro adicional para rechazar los ruidos de alta frecuencia. El tamaño del disipador de calor debe ser mayor para alcanzar una condición de carga completa de 32W. Pero ese es un tema para otro proyecto que por cierto llegará pronto.
Espero que les haya gustado este artículo y hayan aprendido algo nuevo de él. Si tiene alguna duda, puede preguntar en los comentarios a continuación o puede utilizar nuestros foros para una discusión detallada.
Además, consulte nuestros otros circuitos amplificadores de audio.