Amplificador de áudio simples 2x32 watts com tda2050

Se você está pensando em construir um circuito amplificador de potência simples, barato e moderadamente alto que pode fornecer potência RMS de pico de até 50 watts em um alto-falante, então você está no lugar certo. Neste artigo, vamos usar o IC TDA2050 mais popular para projetar, demonstrar, construir e testar o IC para atender aos requisitos acima. Então, sem mais delongas, vamos começar.

Além disso, verifique nossos outros circuitos de amplificador de áudio onde construímos circuito amplificador de áudio de 25w, 40w, 100w usando op-amps, MOSFETs e IC como IC TDA2030, TDA2040.

Antes de começarmos

Antes de começar a construir este amplificador de áudio de 32 + 32 watts, você deve saber quanta potência seu amplificador pode fornecer. Além disso, você precisa considerar a impedância de carga do alto-falante, woofer ou qualquer coisa que você esteja montando em seu amplificador. Para obter mais informações, considere ler a folha de dados.

Analisando a folha de dados, descobri que o TDA2050 pode produzir 28 Watts em alto-falantes de 4Ω com 0,5% de distorção em uma fonte de alimentação de 22V. E vou alimentar um woofer de 20 watts com impedância de 4Ω, o que torna o IC TDA2050 a escolha perfeita.

Escolhendo o Transformer

O circuito de amostra na ficha técnica do TDA2050 diz que o IC pode ser alimentado por uma fonte de alimentação simples ou dividida. E neste projeto, uma fonte de alimentação de dupla polaridade será usada para alimentar o circuito.

O objetivo aqui é encontrar o transformador certo, que pode fornecer tensão e corrente suficientes para acionar o amplificador adequadamente.

Se considerarmos um transformador 12-0-12, ele produzirá 12-0-12 V CA se a tensão de alimentação de entrada for 230 V. Mas como a entrada da rede elétrica sempre muda, a saída também muda. Levando esse fato em mente, agora podemos calcular a tensão de alimentação do amplificador.

O transformador nos dá voltagem AC e se convertermos em voltagem DC, obteremos-

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

Com isso, pode-se afirmar claramente que o transformador pode fornecer 16,97 VCC quando a entrada é 230 VCA

Agora, se considerarmos um desvio de tensão de 15%, podemos ver que a tensão máxima se torna-

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

O que está bem dentro da faixa de tensão de alimentação máxima do IC TDA2050.

Requisito de energia para o circuito amplificador TDA2050

Agora vamos determinar quanta energia será consumida pelo amplificador.

Se considerarmos a classificação de potência do meu woofer, é de 20 watts, portanto, um amplificador estéreo consumirá 20 + 20 = 40 watts.

Além disso, temos que considerar as perdas de potência e a corrente quiescente do amplificador. Geralmente, eu não calculo todos esses parâmetros porque para mim é demorado. Então, como regra prática, eu encontro a potência total consumida e multiplico por um fator de 1,3 para descobrir a potência de saída.

Pmax = (2x18,97) * 1,3 = 49,32 watts

Então, para alimentar o circuito do amplificador, vou usar um transformador 12-0-12, com classificação de 6 Amps, isso é um pouco exagerado. Mas, no momento, não tenho nenhum outro transformador comigo, então vou usá-lo.

Requisitos Térmicos

Agora que o requisito de energia para este amplificador de áudio Hifi está fora do caminho. Vamos voltar nosso foco para descobrir os requisitos térmicos.

Para esta construção, escolhi um dissipador de calor do tipo extrusão de alumínio. O alumínio é uma substância bem conhecida como dissipador de calor porque é relativamente barato e exibe um bom desempenho térmico.

Para verificar se a temperatura máxima de junção do IC TDA2050 não excede a temperatura máxima de junção, podemos usar as equações térmicas populares, que você pode encontrar neste link da Wikipedia.

Usamos o princípio geral de que a queda de temperatura ΔT através de uma dada resistência térmica absoluta R _Ø com um determinado fluxo de calor Q através dela é.

Δ T = Q * R _Ø

Aqui, Q é o fluxo de calor através do dissipador de calor, que pode ser escrito como

Q = Δ T / R _Ø

Aqui, ΔT é a queda máxima de temperatura da junção para o ambiente

R _Ø é a resistência térmica absoluta.

Q é a potência dissipada pelo dispositivo ou fluxo de calor.

Agora, para fins de cálculo, a fórmula pode ser simplificada e reorganizada para

T _Jmax - (T _amb + Δ T _SH) = Q _max * (R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _Ø _HA)

Reorganizando a fórmula

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

Aqui, T _Jmax é a temperatura máxima de junção do dispositivo

T _amb é a temperatura do ar ambiente

T _Hs é a temperatura onde o dissipador de calor está conectado

R _ØJC é a resistência térmica absoluta do dispositivo desde a junção até a caixa

R _ØB é o valor típico para uma almofada de transferência de calor de elastômero para um pacote TO-220

R _ØHA um valor típico para um dissipador de calor para um pacote TO-220

Agora vamos colocar os valores reais da folha de dados do IC TDA2050

T _Jmax = 150 ° C (típico para um dispositivo de silício)

T _amb = 29 ° C (temperatura ambiente)

R _ØJC = 1,5 ° C / W (para um pacote TO-220 típico)

R _ØB = 0,1 ° C / W (valor típico para uma almofada de transferência de calor de elastômero para um pacote TO-220)

R _ØHA = 4 ° C / W (um valor típico para um dissipador de calor para um pacote TO-220)

Então, o resultado final se torna

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

Isso significa que temos que dissipar 17,17 watts ou mais para evitar que o dispositivo superaqueça e seja danificado.

Calculando os valores dos componentes para o circuito amplificador TDA2050

Definindo o ganho

Configurar o ganho do amplificador é a etapa mais importante da construção, pois uma configuração de baixo ganho pode não fornecer energia suficiente. E uma configuração de alto ganho certamente distorcerá o sinal de saída amplificado do circuito. Com minha experiência, posso dizer que uma configuração de ganho de 30 a 35 dB é boa para reproduzir áudio com um smartphone ou um kit de áudio USB.

O circuito de exemplo na folha de dados recomenda uma configuração de ganho de 32 db e vou apenas deixá-lo como está.

O ganho do Op-Amp pode ser calculado pela seguinte fórmula

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

O que funciona muito bem para este amplificador

Nota: Para configurar o ganho dos amplificadores, resistores de 1% ou 0,5% devem ser usados, caso contrário, os canais estéreo produzirão saídas diferentes

Configurando o filtro de entrada para o amplificador

O capacitor C1 atua como um capacitor de bloqueio DC, portanto, reduz o ruído.

O capacitor C1 e o resistor R7 criam um filtro passa-alto RC, que determina a extremidade inferior da largura de banda.

A frequência de corte do amplificador pode ser encontrada usando a seguinte fórmula mostrada abaixo.

FC = 1 / (2πRC)

Onde R e C são os valores dos componentes.

Para encontrar os valores de C, temos que reorganizar a equação para:

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

Nota: É recomendado o uso de capacitores de óleo de filme metálico para o melhor desempenho de áudio.

Configurando a largura de banda no circuito de feedback

O capacitor no loop de feedback ajuda a fazer um filtro passa-baixo, que ajuda a melhorar a resposta de graves do amplificador. Quanto menor o valor do C15, mais suave o baixo ficará. E um valor maior para C15 fornecerá um baixo mais vigoroso.

Configurando o filtro de saída

Um filtro de saída ou comumente conhecido como rede Zobel evita oscilações geradas pela bobina e fios do alto-falante. Ele também rejeita a interferência de rádio que é captada pelo fio longo do alto-falante ao amplificador; também os impede de entrar no ciclo de feedback.

A frequência de corte da rede Zobel pode ser calculada pela seguinte fórmula simples

A folha de dados fornece valores para R e C, que é R6 = 2,2R e C15 = 0,1uF Se colocarmos os valores na fórmula e calcularmos, obteremos uma frequência de corte de

Fc = 1 / (2π x 2,2 x (1 x 10 ^ -7)) = 723 kHz

723 kHz está acima da faixa de audição humana de 20 kHz, portanto, não afetará a resposta de frequência de saída e também evitará ruídos e oscilações com fio.

A fonte de energia

Uma fonte de alimentação de polaridade dupla com capacitores de desacoplamento adequados é necessária para alimentar o amplificador, e o esquema é mostrado abaixo.

Componentes necessários

TDA2050 IC - 2
100k Variável Pot - 1
Terminal de parafuso 5mmx2 - 2
Terminal de parafuso 5 mm x 3 - 1
Capacitor 0,1µF - 6
Resistor de 22k Ohms - 4
Resistor de 2,2 Ohm - 2
Resistor de 1k Ohm - 2
Capacitor 47µF - 2
Capacitor 220µF - 2
2.2μF Capacitor - 2
Entrada para fone de ouvido de 3,5 mm - 1
Placa Revestida 50x 50mm - 1
Dissipador de calor - 1
6 Diodo Amp - 4
Capacitor de 2200µF - 2

O Esquemático

O diagrama do circuito para o circuito amplificador TDA2050 é dado abaixo:

Construção de Circuito

Para a demonstração deste amplificador de potência de 32 watts, o circuito é construído em um PCB feito à mão com a ajuda do esquema e dos arquivos de design do PCB. Observe que, se estivermos conectando uma grande carga à saída do amplificador, uma grande quantidade de corrente fluirá pelos traços do PCB e há uma chance de que os traços queimem. Portanto, para evitar que os traços de PCB queimem, incluí alguns jumpers que ajudam a aumentar o fluxo de corrente.

Testando o Circuito Amplificador TDA2050

Para testar o circuito, o seguinte aparelho foi usado.

Um transformador que tem um Tap 13-0-13
Um alto-falante de 4Ω 20 W como carga
Multímetro Meco 108B + TRMS como sensor de temperatura
E meu telefone Samsung como fonte de áudio

Como você pode ver acima, montei o sensor de temperatura do multímetro diretamente no dissipador de calor do IC para medir a temperatura do IC durante o tempo de teste.

Além disso, você pode ver que a temperatura ambiente era de 31 ° C durante o período de teste. Nesse momento, o amplificador estava desligado e o multímetro mostrava apenas a temperatura ambiente. No momento do teste, eu adicionei um pouco de sal no cone do woofer para mostrar o baixo, produzindo neste circuito o baixo será baixo porque eu não usei um circuito de controle de tom para aumentar o baixo. Vou fazer isso no próximo artigo.

Você pode ver na imagem acima, os resultados foram mais ou menos bons e a temperatura do IC não passou de 50 ° C durante o teste.

Aprimoramento adicional

O circuito pode ser modificado posteriormente para melhorar seu desempenho, como podemos adicionar um filtro adicional para rejeitar ruídos de alta frequência. O tamanho do dissipador de calor precisa ser maior para atingir uma condição de carga total de 32W. Mas esse é um assunto para outro projeto que virá em breve, por sinal.

Espero que tenha gostado deste artigo e aprendido algo novo com ele. Se você tiver alguma dúvida, pode perguntar nos comentários abaixo ou pode usar nossos fóruns para uma discussão detalhada.

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