使用TDA2050构建一个2x32瓦音频放大器电路

　　如果您正在考虑构建一个简单、廉价且中等功率的放大器电路，该电路可以向扬声器提供高达 50 瓦的峰值 RMS 功率，那么您来对地方了。在本文中，我们将使用最流行的 TDA2050 IC 来设计、演示、构建和测试 IC 以实现上述要求。所以事不宜迟，让我们开始吧。

　　此外，检查我们的其他音频放大器电路，我们使用运算放大器、MOSFET 和 IC（如IC TDA2030、TDA2040 ）构建了 25w、40w、100w 音频放大器电路。

　　在我们开始之前

　　在开始构建这款32+32 瓦音频放大器之前，您应该知道您的放大器可以提供多少功率。此外，您需要考虑扬声器、低音扬声器或您正在构建放大器的任何东西的负载阻抗。

　　

　　通过查看数据表，我发现 TDA2050 可以在 22V 电源上以 0.5% 的失真向 4Ω 扬声器输出 28 瓦功率。我将为一个阻抗为 4Ω 的 20 瓦低音扬声器供电，这使得 TDA2050 IC 成为完美的选择。

　　选择变压器

　　TDA2050 数据表上的示例电路表明该 IC 可以由单电源或分离电源供电。在这个项目中，将使用双极性电源为电路供电。

　　这里的目标是找到合适的变压器，它可以提供足够的电压和电流来正确驱动放大器。

　　如果我们考虑一个 12-0-12 变压器，如果输入电源电压为 230V，它将输出 12-0-12V 交流电。但由于交流电源输入总是漂移，所以输出也会漂移。考虑到这一事实，现在我们可以计算放大器的电源电压。

　　变压器为我们提供交流电压，如果我们将其转换为直流电压，我们将得到 -

　　VsupplyDC = 12*（1.41） = 16.97VDC

　　由此可以清楚地说明，当输入为230V AC时，变压器可以输出 16.97VDC

　　现在，如果我们考虑 15% 的电压漂移，我们可以看到最大电压变为 -

　　VmaxDC = （16.97 +2.4） = 18.97V

　　这完全在 TDA2050 IC 的最大电源电压范围内。

　　TDA2050 放大器电路的电源要求

　　现在让我们确定放大器将消耗多少功率。

　　如果我们考虑我的低音扬声器的额定功率，它是 20 瓦，因此立体声放大器将消耗 20+20 = 40 瓦。

　　此外，我们还必须考虑放大器的功率损耗和静态电流。一般来说，我不会计算所有这些参数，因为对我来说这很耗时。因此，根据经验，我找到总消耗功率，并将其乘以 1.3 以找出输出功率。

　　Pmax = （2x18.97）*1.3 = 49.32 瓦

　　因此，为了给放大器电路供电，我将使用 12 - 0 - 12 变压器，额定电流为 6 安培，这有点矫枉过正。但目前，我没有任何其他变压器，所以我将使用它。

　　

　　散热要求

　　现在，这款高保真音频放大器的功率要求已经不存在了。让我们将注意力转向找出散热要求。

　　对于这个构建，我选择了一个铝制挤压型散热器。铝是一种众所周知的散热器材料，因为它相对便宜并且具有良好的热性能。

　　要验证 TDA2050 IC 的最高结温不超过最高结温，我们可以使用流行的热方程式，您可以在此Wikipedia链接中找到该方程式。

　　我们使用的一般原理是，在给定的绝对热阻 R Ø上，给定的热流 Q 上的温降 ΔT 是。

　　ΔT = Q * R Ø

　　其中，Q 是通过散热器的热流，可以写为

　　Q = ΔT /R Ø

　　这里，ΔT是从结点到环境的最大温降

　　R Ø是绝对热阻。

　　Q是器件消耗的功率或热流。

　　现在为了计算，公式可以简化并重新排列为

　　T Jmax – （T amb + Δ T HS ） = Q max * （R​ Ø JC + R​ Ø B + R ​Ø HA ）

　　重新排列公式

　　Q max = （T Jmax – （T amb + Δ T HS ）） / （R​ Ø JC + R​ Ø B + R​ Ø HA ）

　　这里，

　　T Jmax 是器件的最高结温

　　T amb 是环境空气温度

　　T Hs 是安装散热器的温度

　　R ØJC 是器件结到外壳的绝对热阻

　　R ØB 是用于 TO-220 封装的弹性体导热垫的典型值

　　R ØHA TO-220 封装的散热器的典型值

　　现在让我们输入 TDA2050 IC 数据表中的实际值

　　T Jmax = 150 °C（硅器件的典型值）

　　T amb = 29 °C（室温）

　　R ØJC = 1.5 °C/W（对于典型的 TO-220 封装）

　　R ØB = 0.1 °C/W（用于 TO-220 封装的弹性体导热垫的典型值）

　　R ØHA = 4 °C/W（TO-220 封装的散热器的典型值）

　　所以，最终的结果变成

　　Q = （150 - 29） / （1.5+0.1+4） = 17.14W

　　这意味着我们必须消耗 17.17 瓦或更多功率，以防止设备过热和损坏。

　　计算 TDA2050 放大器电路的元件值

　　设置增益

　　设置放大器的增益是构建过程中最重要的一步，因为低增益设置可能无法提供足够的功率。高增益设置肯定会使电路的放大输出信号失真。以我的经验，我可以看出 30 到 35 dB 的增益设置非常适合使用智能手机或 USB 音频套件播放音频。

　　

　　数据表中的示例电路建议增益设置为 32db，我将保持原样。

　　运算放大器的增益可以通过以下公式计算

　　AV = 1+（R6/R7）

　　AV = 1+（22000/680） = 32.3db

　　这适用于这个放大器

　　注意：为了设置放大器增益，必须使用 1% 或 0.5% 的电阻，否则立体声通道会产生不同的输出

　　设置放大器的输入滤波器

　　

　　电容器 C1 用作隔直电容器，从而降低噪声。

　　电容 C1 和电阻 R7 构成一个 RC 高通滤波器，它决定了带宽的下限。

　　放大器的截止频率可以通过使用下面显示的公式找到。

　　FC = 1 / （2πRC）

　　其中 R 和 C 是组件的值。

　　为了找到 C 的值，我们必须将等式重新排列为：

　　C = 1 / （2π x 22000R x 3.5Hz） = 4.7uF

　　注意：建议使用金属膜油电容以获得最佳音频性能。

　　在反馈回路中设置带宽

　　

　　反馈回路中的电容有助于制作低通滤波器，有助于增强放大器的低音响应。C15 的值越小，低音就越柔和。较大的 C15 值将为您提供更有力的低音。

　　设置输出滤波器

　　输出滤波器或通常称为Zobel 网络可防止扬声器线圈和电线产生振荡。它还抑制了从扬声器到放大器的长线拾取的无线电干扰；它还可以防止他们进入反馈循环。

　　

　　Zobel网络的截止频率可以通过以下简单公式计算

　　数据表给出了 R 和 C 的值，即 R6 = 2.2R 和 C15 = 0.1uF 如果我们将值放入公式并计算，我们将得到截止频率

　　Fc = 1 / （2π x 2.2 x （1 x 10^-7））

　　= 723 kHz

　　723 kHz 高于人类听觉范围 20 kHz，因此不会影响输出频率响应，也可以防止有线噪声和振荡。

　　电源

　　需要使用带有适当去耦电容的双极性电源为放大器供电，原理图如下所示。

　　

　　所需组件

　　TDA2050 集成电路 - 2

　　100k 可变电位器 - 1

　　螺丝端子 5mmx2 - 2

　　螺丝端子 5mmx3 - 1

　　0.1µF 电容 - 6

　　22k 欧姆电阻 - 4

　　2.2欧姆电阻 - 2

　　1k 欧姆电阻 - 2

　　47µF 电容 - 2

　　220µF 电容 - 2

　　2.2µF 电容 - 2

　　3.5 毫米耳机插孔 - 1

　　复合板 50x 50mm - 1

　　散热器 - 1

　　6安培二极管 - 4

　　2200µF 电容 - 2

　　原理图

　　TDA2050放大器电路的电路图如下：

　　

　　电路结构

　　对于这个 32 瓦功率放大器的演示，电路是在原理图和 PCB 设计文件的帮助下在手工制作的 PCB 上构建的。请注意，如果我们将大负载连接到放大器的输出端，会有大量电流流过 PCB 走线，并且有可能会烧坏走线。因此，为了防止 PCB 走线烧坏，我加入了一些有助于增加电流的跳线。

　　测试 TDA2050 放大器电路

　　

　　为了测试电路，使用了以下设备。

　　具有 13-0-13 分接头的变压器

　　4Ω 20W 扬声器作为负载

　　Meco 108B+TRMS 万用表作为温度传感器

　　和我的三星手机作为音频源

　　如上所示，我已将万用表的温度传感器直接安装在 IC 的散热片上，以在测试期间测量 IC 的温度。

　　此外，您可以看到在测试期间室温为31 °C 。此时放大器处于关闭状态，万用表只显示室温。在测试的时候，我在低音喇叭纸盆里加了一些盐来给你看低音，它在这个电路中产生的低音会很低，因为我没有使用音调控制电路来增强低音。我将在下一篇文章中这样做。

　　

　　从上图可以看出，测试结果或多或少都很好，IC 的温度在测试过程中没有超过 50 °C。