如何设计基于TDA7294 IC的170W高功率音频放大器

如何设计基于TDA7294 IC的170W高功率音频放大器

TDA7294 IC 是一种流行的声音放大器 IC，成本低，具有大量的功率处理能力，准确地说是 100W。对于本教程，我们将在桥接配置中使用其中两个TDA7294 IC来构建功能更强大的放大器，可处理高达 170W 的 RMS 功率。在本教程中，我们将引导您完成构建过程，首先，我们将向您展示如何计算电源所需的电压和电流，然后我们将找到如何根据给定的热数据获得合适的散热器在 TDA7294 IC 的数据表中，最后，我们将讨论如何通过稍微调整电路的值来改变放大器的增益。因此，事不宜迟，让我们开始吧。

此外，请检查我们使用运算放大器、MOSFET 和 IC（如TDA2030、TDA2040和TDA2050 ）构建 25w、40w、100w 音频放大器电路的其他音频放大器电路。

在我们开始之前，最好考虑一下我们想要从放大器获得多少输出功率，正如我们之前讨论的那样，它大约是 150W 到 170W RMS 功率，您还应该知道扬声器的阻抗和扬声器的输入电压您可以在TDA7294 IC 的数据表中找到音频源。在此配置中，出于功耗和电流能力的原因，负载不得低于 8 Ω。TDA7294 IC 可以在 16 Ω 扬声器中输出 170W 的功率，在 ± 35V 电源上具有 0.5% 的失真。对于音频源，我们将使用可以轻松产生 500-900mV 峰值功率输出的智能手机。

TDA7294 IC 可以由双电源或分离电源供电，这样可以大大提高设备的性能和效率。这就是为什么我们将使用分离式电源而不是单个电源。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。

如果我们考虑上面显示的 30-0-30 变压器，如果输入电源电压为 230V，它将输出或多或少的 30-0-30V AC。但由于交流电源输入总是漂移，输出也会漂移。考虑到这一点，现在我们可以计算放大器的电源电压。变压器给我们交流电压，如果我们把它转换成直流电压，我们会得到

VsupplyDC = 30*(1.41) = 42.3VDC

该值略高于我们最初的目标值，但根据数据表，它在设备的绝对最大额定值范围内。可以清楚地表明，当输入为 230V AC 时，变压器可以提供 42.3VDC。现在如果我们考虑 5% 的电压漂移，我们可以看到最大输出电压变为

VmaxDC = (42.3 +2.4) = 44.77V

这完全在 TDA7294 IC 的最大电源电压范围内。

现在我们已经计算出最大功率要求，我们可以将注意力转移到为我们的放大器电路寻找合适的散热器上。对于此构建，我选择了铝制挤压型散热器。铝是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。

我们使用的一般原理是，在给定的热流 Q 下，给定的绝对热阻 RØ 上的温降 ΔT。最终的公式是，

Qmax = (TJmax – (Tamb + Δ THS)) / (R Ø JC + R Ø B + R Ø HA)

TJmax = 150 °C（硅器件的典型值）

Tamb = 29 °C（室温）

RØJC = 1.5 °C/W（对于典型的 TO-220 封装）

RØB = 0.1 °C/W（TO-220 封装的弹性传热垫的典型值）

RØHA = 2 °C/W

所以，最后的结果就变成了

Q = (150 - 29) / (1.5+0.1+2) = 15.14W

这意味着我们必须耗散 15.14 瓦或更多，以防止设备过热和损坏。

注意：请注意，在制作此项目时，我的库存中没有任何其他大型散热器，因此我不得不使用我拥有的最大散热器，为了平稳运行，建议使用更大的散热器。

TDA7294放大电路的电路图如下：

该电路非常容易复制，因为我们使用通用组件来构建它，您可以在本节中找到该项目的 pars 要求。

现在我们已经看到了电路的完整原理图，我们可以了解电路的工作原理。我们将从设置放大器的增益开始，因为它是最重要的部分。

设置放大器增益

为放大器设置增益是构建中最重要的一步，因为低增益设置可能无法提供足够的功率。而高增益设置肯定会使电路放大后的输出信号失真。根据我的经验，我可以说将增益设置在 30 到 35 dB 之间对于使用智能手机或 USB 音频套件播放音频非常有用。这就是为什么我们要专注于此。

在上面的电路中，引脚 14 的输出通过分压器配置反馈到引脚 2

注意：要将放大器增益设置为 1% 或 0.5%，必须使用电阻器，否则立体声通道将产生不同的输出。

设置放大器的输入滤波器

电阻器 R1 与 C2 一起用作确定带宽下端的高通滤波器。除此之外，电容器C2用作隔直流电容器。

放大器的截止频率可以通过使用下面所示的公式找到。

FC = 1 / (2πRC)

其中 R 和 C 是组件的值。

要找到 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。

设置输出和配置引导程序

接下来，我们将通过配置 TDA7294 IC 的自举引脚来设置输出。

正如您可以清楚地看到，IC 的引脚 6 是放大器的自举引脚，需要连接到 IC 的输出引脚（引脚 14），这就是该 IC 将如何知道它配置在引导程序配置。

单信号ST-BY/MUTE控制电路

上图显示了仅使用一个命令来实现 st-by 和 mute 功能的可能性。在两个引脚上，最大适用范围对应于工作电源电压，这意味着通过施加一定范围的输入电压，该设备可以进入待机或静音模式。

功放电源

需要具有适当去耦电容器的双极性电源为放大器供电，原理图如下所示。虽然电源部分不是原理图的一部分，但我们将使用此桥式整流器配置为电路供电。

对于演示，电路是在原理图的帮助下在手工制作的虚线穿孔板上构建的。请注意，如果我们将大负载连接到放大器的输出端，将会有大量电流流过，为了克服这一点，我们使用单股 CAT6 电缆连接性能板中的电源线。

为了使电路更小并降低复杂性，我将一些电阻器焊接到穿孔板的背面，如下图所示。

测试过程非常简单，我们将电源和负载连接到放大器。此外，我们将在放大器上连接一个温度传感器以监控温度，然后让它运行。

为了测试电路，使用了以下设备。

使用的扬声器系统如下所示。如前所述，这是一个 180 瓦扬声器系统，带有 150 瓦 RMS 主扬声器、一个 15 瓦高音扬声器和另一个 10 瓦扬声器输出人声。

此外，您还可以看到测试期间的室温为 22°C。此时放大器处于关闭状态，万用表只是显示室温。通常，此放大器的音频输出非常好，可以通过在其旁边添加音频音调控制电路来改善。

从上图可以看出；结果或多或少很好，在测试过程中 IC 的温度没有超过 41°C。使用一个小时后，温度没有超过 55°C。

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