tda2050を備えたシンプルな2x32ワットオーディオアンプ

最大50ワットのピークRMS電力をスピーカーに供給できる、シンプルで安価、そして適度に高出力のアンプ回路を構築することを考えているなら、あなたは正しい場所にいます。この記事では、最も一般的なTDA2050 ICを使用して、ICを設計、デモンストレーション、構築、およびテストし、上記の要件を達成します。それで、それ以上の苦労なしに、始めましょう。

また、オペアンプ、MOSFET、およびIC TDA2030、TDA2040などのICを使用して25w、40w、100wオーディオアンプ回路を構築した他のオーディオアンプ回路も確認してください。

始める前に

この32+ 32ワットのオーディオアンプの構築を開始する前に、アンプが提供できる電力量を知っておく必要があります。また、スピーカー、ウーファー、またはアンプを構築しているものすべての負荷インピーダンスを考慮する必要があります。詳細については、データシートを読むことを検討してください。

データシートを調べてみると、TDA2050は22V電源で0.5％の歪みで28ワットを4Ωスピーカーに出力できることがわかりました。また、インピーダンスが4Ωの20ワットのウーファーに電力を供給するため、TDA2050ICが最適です。

トランスフォーマーの選択

TDA2050のデータシートのサンプル回路には、ICは単一または分割電源から電力を供給できると記載されています。そしてこのプロジェクトでは、回路に電力を供給するために双極性電源が使用されます。

ここでの目標は、アンプを適切に駆動するのに十分な電圧と電流を供給できる適切なトランスを見つけることです。

12-0-12トランスを考えると、入力電源電圧が230Vの場合、12-0-12VACを出力します。ただし、AC電源入力は常にドリフトするため、出力もドリフトします。その事実を念頭に置いて、アンプの供給電圧を計算することができます。

変圧器は私たちにAC電圧を与え、それをDC電圧に変換すると、次のようになります。

VsupplyDC = 12 *（1.41）= 16.97VDC

それによって、明確に変圧器が提供できると言うことができる16.97VDCを入力したとき230V AC

ここで、15％の電圧ドリフトを考慮すると、最大電圧が次のようになることがわかります。

VmaxDC =（16.97 +2.4）= 18.97V

これは、TDA2050ICの最大電源電圧範囲内に十分収まっています。

TDA2050アンプ回路の所要電力

次に、アンプが消費する電力量を決定しましょう。

私のウーファーの電力定格を考慮すると、それは20ワットなので、ステレオアンプは20 + 20 = 40ワットを消費します。

また、アンプの電力損失と静止電流も考慮する必要があります。一般的に、私には時間がかかるため、これらすべてのパラメーターを計算するわけではありません。したがって、経験則として、総消費電力を求め、これに1.3の係数を掛けて、出力電力を求めます。

Pmax =（2x18.97）* 1.3 = 49.32ワット

したがって、アンプ回路に電力を供給するために、6アンペアの定格を持つ12-0-12トランスを使用します。これは少しやり過ぎです。でも今のところ、他にトランスは持っていないので使ってみます。

熱要件

さて、このHifiオーディオアンプの電力要件は邪魔になりません。熱要件を見つけることに焦点を当てましょう。

このビルドでは、アルミニウムの押し出しタイプのヒートシンクを選択しました。アルミニウムは、比較的安価で優れた熱性能を発揮するため、ヒートシンクのよく知られた物質です。

TDA2050 ICの最大接合部温度が最大接合部温度を超えていないことを確認するために、このWikipediaリンクにある一般的な熱方程式を使用できます。

我々は、与えられた絶対的な熱抵抗Rの両端の温度降下ΔTという一般原則を使用_Øそれを介して所定の熱流Qです。

Δ T = Q * R _Ø

ここで、Qはヒートシンクを通る熱流であり、次のように書くことができます。

Q = Δ T / R _Ø

ここで、ΔTは接合部から周囲温度への最大温度降下です。

R _oは、絶対熱抵抗です。

Qは、デバイスまたは熱流によって消費される電力です。

計算のために、数式を簡略化して次のように並べ替えることができます

T _Jmaxは- （T _AMB + Δ T _HS）= Q _maxの*（R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _Ø _HA）

数式を並べ替える

Q_マックス=（T _Jmaxは- （T _AMB + Δ T _HS））/（R _{Ø JC} + R _{Ø B} + R _{Ø HA}）

ここに、

T _Jmax は、デバイスの最大接合部温度です

Tの_AMBは 周囲空気温度であります

T _Hs は、ヒートシンクが取り付けられている温度です。

R _OJCは、 接合部からケースへのデバイスの絶対熱抵抗します

R _OBは、 TO-220パッケージのエラストマー熱伝達パッドの典型的な値であります

R _OHA TO-220パッケージ用ヒートシンクの典型的な値

それでは、TDA2050ICのデータシートから実際の値を入力してみましょう。

T _Jmax = 150°C（シリコンデバイスでは一般的）

T _amb = 29°C（室温）

R _OJC = 1.5℃/ W（典型的なTO-220パッケージ）

R _OB = 0.1℃/ W（TO-220パッケージのエラストマー熱伝達パッドのための典型的な値）

R _OHA = 4°C / W（TO-220パッケージの放熱のための典型的な値）

したがって、最終結果は次のようになります。

Q =（150-29）/（1.5 + 0.1 + 4）= 17.14W

これは、デバイスが過熱して損傷するのを防ぐために、17.17ワット以上を消費する必要があることを意味します。

TDA2050アンプ回路のコンポーネント値の計算

ゲインの設定

低いゲイン設定では十分な電力が得られない可能性があるため、アンプのゲインを設定することは、ビルドの最も重要なステップです。また、ゲインを高く設定すると、回路の増幅された出力信号が確実に歪んでしまいます。私の経験では、30〜35 dBのゲイン設定は、スマートフォンまたはUSBオーディオキットでオーディオを再生するのに適していることがわかります。

データシートの回路例では、ゲイン設定を32dbにすることを推奨しているので、そのままにしておきます。

オペアンプのゲインは、次の式で計算できます。

AV = 1+（R6 / R7） AV = 1+（22000/680）= 32.3db

これはこのアンプには問題なく動作します

注：アンプのセットアップには、ゲイン1％または0.5％の抵抗を使用する必要があります。そうしないと、ステレオチャンネルで異なる出力が生成されます。

アンプの入力フィルターの設定

コンデンサC1はDCブロッキングコンデンサとして機能するため、ノイズが低減されます。

コンデンサC1と抵抗R7は、帯域幅の下限を決定するRCハイパスフィルタを作成します。

アンプのカットオフ周波数は、以下の式で求めることができます。

FC = 1 /（2πRC）

ここで、RとCはコンポーネントの値です。

Cの値を見つけるには、方程式を次のように再配置する必要があります。

C = 1 /（2πx22000Rx 3.5Hz）= 4.7uF

注：最高のオーディオパフォーマンスを得るには、金属フィルムオイルコンデンサを使用することをお勧めします。

フィードバックループでの帯域幅の設定

フィードバックループのコンデンサは、アンプの低音応答を向上させるのに役立つローパスフィルタを作成するのに役立ちます。C15の値が小さいほど、低音は柔らかくなります。また、C15の値を大きくすると、よりパンチの効いた低音が得られます。

出力フィルターの設定

出力フィルターまたは一般にZobelネットワークとして知られているものは、スピーカーのコイルとワイヤーから発生する振動を防ぎます。また、スピーカーからアンプまでの長いワイヤーによって拾われる無線干渉を拒否します。また、フィードバックループに入るのを防ぎます。

Zobelネットワークのカットオフ周波数は、次の簡単な式で計算できます。

データシートには、RとCの値が示されています。これはR6 = 2.2RとC15 = 0.1uFです。式に値を入力して計算すると、次のカットオフ周波数が得られます。

Fc = 1 /（2πx2.2 x（1 x 10 ^ -7）） = 723 kHz

723kHzは人間の可聴範囲である20kHzを超えているため、出力周波数応答に影響を与えることはなく、有線ノイズや発振も防止します。

電源

アンプに電力を供給するためには、適切なデカップリングコンデンサを備えた双極性電源が必要です。回路図を以下に示します。

必要なコンポーネント

TDA2050 IC-2
100k可変ポット-1
ネジ留め式端子5mmx2-2
ネジ留め式端子5mmx3-1
0.1µFコンデンサ-6
22kオーム抵抗-4
2.2オーム抵抗-2
1kオーム抵抗-2
47µFコンデンサ-2
220µFコンデンサ-2
2.2µFコンデンサ-2
3.5mmヘッドフォンジャック-1
クラッドボード50x50mm-1
ヒートシンク-1
6Ampダイオード-4
2200µFコンデンサ-2

回路図

TDA2050アンプ回路の回路図を以下に示します。

回路構築

この32ワットのパワーアンプのデモンストレーションでは、回路図とPCB設計ファイルを使用して、手作りのPCB上に回路を構築します。アンプの出力に大きな負荷を接続すると、PCBトレースに大量の電流が流れ、トレースが焼損する可能性があることに注意してください。そのため、PCBトレースが焼損するのを防ぐために、電流の流れを増やすのに役立つジャンパーをいくつか含めました。

TDA2050アンプ回路のテスト

回路をテストするために、以下の装置が使用された。

13-0-13タップのトランス
負荷としての4Ω20Wスピーカー
温度センサーとしてのMeco108B + TRMSマルチメーター
そして、オーディオソースとしての私のサムスンの電話

上記のように、マルチメータの温度センサーをICのヒートシンクに直接取り付けて、テスト中のICの温度を測定しました。

また、テスト中の室温は31°Cでした。この時点で、アンプはオフ状態であり、マルチメータはちょうど室温を示していました。テストの時点で、低音を表示するためにウーファーコーンに塩を追加しました。低音をブーストするためにトーン制御回路を使用しなかったため、この回路では低音が低くなります。次の記事でそれを行います。

上の画像からわかるように、結果は多かれ少なかれ素晴らしく、テスト中にICの温度は50 °Cを超えませんでした。

さらなる強化

高周波ノイズを除去するためにフィルターを追加できるように、回路をさらに変更してパフォーマンスを向上させることができます。32Wの全負荷状態に達するには、ヒートシンクのサイズを大きくする必要があります。しかし、それはもうすぐやってくる別のプロジェクトの主題です。

この記事が気に入って、そこから何か新しいことを学んだことを願っています。疑問がある場合は、以下のコメントで質問するか、フォーラムを使用して詳細なディスカッションを行うことができます。

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