Самодельный звуковой усилитель на микросхеме. TDA7294: схема усилителя

Если нужно сделать простой, но достаточно мощный УМЗЧ — микросхема TDA2040 или TDA2050 будет наилучшим и недорогим решением. Этот небольшой стереофонический усилитель ЗЧ построен на основе двух всем известных микросхем TDA2030A. По сравнению с классическим включением, в этой схеме улучшена фильтрация питания и оптимизирована разводка печатной платы. После добавления любого предусилителя и блока питания — конструкция идеально подходит для изготовления самодельного домашнего усилителя мощности звука, примерно на 15 Вт (каждый канал). Проект изготовлен на основе TDA2030A, но можно использовать TDA2040 или TDA2050, тем самым раза в полтора увеличивая выходную мощность. Усилитель подходит для динамиков с сопротивлением 8 или 4 Ом. Преимуществом конструкции является то, что она не требует двух-полярного питания, как большинство . Схема отличается хорошими параметрами, легкостью запуска и надежностью в работе.

Принципиальная электрическая схема УНЧ

Усилитель 2x15W ТДА2030 — схема стерео

TDA2030A позволяет спаять усилитель низкой частоты класса AB. Микросхема обеспечивает большой выходной ток, характеризуясь при этом низкими искажениями сигнала. Есть защита встроенная от короткого замыкания, которая автоматически ограничивает мощность до безопасной величины, а также традиционная для таких устройств тепловая защита. Схема состоит из двух одинаковых каналов, работа одного из которых описана далее.

Принцип действия усилителя на TDA2030

Резисторы R1 (100k), R2 (100k) и R3 (100k) служат для создания виртуального нуля усилителя U1 (TDA2030A), а конденсатор C1 (22uF/35V) фильтрует это напряжение. Конденсатор С2 (2,2 uF/35V) отсекает постоянную составляющую — предотвращает попадание постоянного напряжения на вход микросхемы усилителя через линейный вход.

Элементы R4 (4,7k), R5 (100k) и C4 (2,2 uF/35V) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования частотной характеристики усилителя. Резисторы R4 и R5 определяют уровень усиления, в то время как C4 обеспечивает усиление в единицу для постоянной составляющей.

Резистор R6 (1R) вместе с конденсатором C6 (100nF) работают в системе, которая формирует характеристику АЧХ на выходе. Конденсатор C7 (2200uF/35V) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик (пропуская переменный звуковой сигнал музыки).

Диоды D1 и D2 предотвращают появление опасных напряжений обратной полярности, которые могут возникнуть в катушке динамика и испортить микросхему. Конденсаторы C3 (100nF) и C5 (1000uF/35V) фильтруют питающее напряжение.

Печатная плата УНЧ

Печатная плата УНЧ ТДА2030

Печатную плату можете посмотреть на фотографиях. с чертежами можно в архиве (без регистрации). Что касается сборки — удобно сначала впаять две перемычки на шинах питания. По возможности следует использовать более толстый провод, а не тоненькую ножку от резистора, как часто бывает. Если усилитель будет работать с АС 8 Ом, а не 4 Ома — конденсаторы C7 и C14 (2200uF/35V) могут иметь значение 1000uF.

На фланцы обязательно следует прикрутить радиаторы или один общий радиатор, помня, что корпуса микросхем TDA2030A внутренне связаны с массой.

На печатной плате с успехом можно применять микросхемы TDA2040 или TDA2050 без всяких изменений цоколёвки. Плата была разработана таким образом, чтобы ее можно было при необходимости перерезать в месте, обозначенном пунктирной линией, и использовать только одну половину усилителя с микросхемой U1. На место разъемов AR2 (TB2-5) и AR3 (TB2-5) можете впаивать провода напрямую, если аудио разъёмы закреплены на корпусе усилителя.

Печатная плата усилителя готовая с расположением деталей

Корпус и БП

Блок питания берите или с трансформатором плюс выпрямитель, или готовый импульсный, например от ноутбука. Усилитель необходимо питать не стабилизированным напряжением в пределах 12 — 30 В. Максимальное напряжение питания 35 В, до которого естественно лучше не доходить на пару вольт, мало ли что.

Корпус делать с нуля очень хлопотно, так что проще всего подобрать готовую коробку (металл, пластик) или даже готовый корпус от электронного устройства (ТВ тюнер спутниковый, плеер DVD).

Обновлено: 27.04.2016

Отличный усилитель для дома можно собрать на микросхеме TDA7294. Если вы не сильны в электронике, то такой усилитель идеальный вариант, он не требует тонкой настройки и отладки как транзисторный усилитель и прост в построении в отличие от лампового усилителя.

Микросхема TDA7294 выпускается вот уже на протяжении 20 лет и до сих пор не потеряла своей актуальности, и по прежнему востребована в кругу радиолюбителей. Для начинающего радиолюбителя, эта статья станет хорошим подспорьем для знакомства с интегральными усилителями звуковой частоты.

В этой статье я постараюсь подробно расписать устройство усилителя на TDA7294. Основной акцент сделаю на стерео усилителе, собранном по обычной схеме (1 микросхема на канал) и вкратце расскажу про мостовую схему (2 микросхемы на канал).

Микросхема TDA7294 и ее особенности

TDA7294 – детище компании SGS-THOMSON Microelectronics, эта микросхема представляет собой усилитель низкой частоты AB класса, и построена на полевых транзисторах.

Из достоинств TDA7294 можно отметить следующее:

выходная мощность, при искажениях 0,3–0,8 %:
- 70 Вт для нагрузки сопротивлением 4 Ом, обычная схема;
- 120 Вт для нагрузки сопротивлением 8 Ом, мостовая схема;
функция приглушения (Mute) и функция режима ожидания (Stand-By);
низкий уровень шумов, малые искажения, диапазон частот 20–20000 Гц, широкий диапазон рабочих напряжений - ±10–40 В.

Технические характеристики

Технические характеристики микросхемы TDA7294
Параметр	Условия	Минимум	Типовое	Максимум	Единицы
Напряжение питания		±10		±40	В
Диапазон воспроизводимых частот	Cигнал 3 db Выходная мощность 1Вт	20-20000			Гц
Долговременная выходная мощность (RMS)	коэф-т гармоник 0,5%: Uп = ±35 В, Rн = 8 Ом Uп = ±31 В, Rн = 6 Ом Uп = ±27 В, Rн = 4 Ом	60 60 60	70 70 70		Вт
Пиковая музыкальная выходная мощность (RMS), длительность 1 сек.	коэф-т гармоник 10%: Uп = ±38 В, Rн = 8 Ом Uп = ±33 В, Rн = 6 Ом Uп = ±29 В, Rн = 4 Ом		100 100 100		Вт
Общие гармонические искажения	Po = 5Вт; 1кГц Po = 0,1–50Вт; 20–20000Гц		0,005	0,1	%
Общие гармонические искажения	Uп = ±27 В, Rн = 4 Ом: Po = 5Вт; 1кГц Po = 0,1–50Вт; 20–20000Гц		0,01	0,1	%
Температура срабатывания защиты		145			°C
Ток в режиме покоя		20	30	60	мА
Входное сопротивление		100			кОм
Коэффициент усиления по напряжению		24	30	40	дБ
Пиковое значение выходного тока		10			А
Рабочий диапазон температур		0		70	°C
Термосопротивление корпуса				1,5	°C/Вт

Назначение выводов

Назначение выводов микросхемы TDA7294
Вывод микросхемы	Обозначение	Назначение	Подключение
1	Stby-GND	«Сигнальная земля»	«Общий»
2	In-	Инвертирующий вход	Обратная связь
3	In+	Неинвертирующий вход	Вход аудиосигнала через разделительный конденсатор
4	In+Mute	«Сигнальная земля»	«Общий»
5	N.C.	Не используется	–
6	Bootstrap	«Вольтодобавка»	Конденсатор
7	+Vs	Питание входного каскада (+)
8	-Vs	Питания входного каскада (-)
9	Stby	Режим ожидания	Блок управления
10	Mute	Режим приглушения	Блок управления
11	N.C.	Не используется	–
12	N.C.	Не используется	–
13	+PwVs	Питания выходного каскада (+)	Плюсовая клемма (+) блока питания
14	Out	Выход	Выход аудиосигнала
15	-PwVs	Питания выходного каскада (-)	Минусовая клемма (-) блока питания

Обратите внимание. Корпус микросхемы связан с минусом питания (выводы 8 и 15). Не забывайте про изоляцию радиатора от корпуса усилителя или изоляцию микросхемы от радиатора, установив ее через термопрокладку.

Также хочу заметить, что в моей схеме (как и в даташите) нет разделения входных и выходных «земель». Поэтому в описании и на схеме определения «общий», «земля», «корпус», GND следует воспринимать как понятия одного толка.

Отличие в корпусах

Микросхема TDA7294 выпускается двух видов – V (вертикальный) и HS (горизонтальный). TDA7294V, имея классическое вертикальное исполнение корпуса, первой сошла с конвейера и до настоящего времени является наиболее распространённой и доступной.

Комплекс защит

Микросхема TDA7294 имеет ряд защит:

защита от перепадов напряжения питания;
защита выходного каскада от короткого замыкания или перегрузки;
тепловая защита. При нагреве микросхемы до 145 °С включается режим приглушения (Mute), а при 150 °С включается режим ожидания (Stand-By);
защита выводов микросхемы от электростатических разрядов.

Усилитель мощности на TDA7294

Минимум деталей в обвязке, простая печатная плата, терпение и заведомо годные детали позволят вам без труда собрать недорогой УМЗЧ на TDA7294 с чистым звучанием и хорошей мощностью для домашнего использования.

Вы можете подключить данный усилитель непосредственно к линейному выходу звуковой карты компьютера, т.к. номинальное входное напряжение усилителя 700 мВ. А уровень номинального напряжения линейного выхода звуковой карты регламентируется в пределах 0,7–2 В.

Структурная схема усилителя

На схеме представлен вариант стерео усилителя. Структура усилителя по мостовой схеме аналогична – также две платы с TDA7294.

А0 . Блок питания
А1 . Блок управления режимами Mute и Stand-By
A2 . УМЗЧ (левый канал)
A3 . УМЗЧ (правый канал)

Обратите внимание на подключение блоков. Неправильная разводка проводов внутри усилителя может вызвать дополнительные помехи. Чтобы максимально минимизировать шумы следуйте нескольким правилам:

Питание к каждой плате усилителя нужно подводить отдельным жгутом.
Провода питания должны быть свиты в косичку (жгут). Это позволит компенсировать магнитные поля, создаваемые протекающим по проводникам током. Берем три провода («+», «-», «Общий») и плетем из них косичку с легким натягом.
Избегайте «земляных петель». Это такая ситуация когда общий проводник, соединяя блоки, образует замкнутый контур (петлю). Подключение общего провода должно идти последовательно от входных разъемов к регулятору громкости, от него к плате УМЗЧ и дальше на выходные разъемы. Желательно использовать изолированные от корпуса разъемы. А для входных цепей также экранированные провода в изоляции.

Перечень деталей для БП TDA7294:

Приобретая трансформатор, обратите внимание, что на нем пишут действующее значение напряжения – U Д, и, замерив вольтметром вы также увидите действующее значение. На выходе после выпрямительного мостика конденсаторы заряжаются до амплитудного напряжения – U А. Амплитудное и действующее напряжения связаны следующей зависимостью:

U А = 1,41 × U Д

Согласно характеристикам TDA7294 для нагрузки сопротивлением 4 Ом оптимальное напряжение питания ±27 вольт (U А). Выходная мощность при таком напряжении будет 70 Вт. Это оптимальная мощность для TDA7294 – уровень искажений составит 0,3–0,8 %. Увеличивать питание для повышения мощности нет смысла т.к. уровень искажений растет лавинообразно (см. график).

Вычисляем необходимое напряжение каждой вторичной обмотки трансформатора:

U Д = 27 ÷ 1,41 ≈ 19 В

У меня трансформатор с двумя вторичными обмотками, с напряжением на каждой обмотке 20 вольт. Поэтому на схеме я обозначил клеммы питания как ± 28 В.

Для получения 70 Вт на канал, учитывая КПД микросхемы 66 %, считаем мощность трансформатора:

P = 70 ÷ 0,66 ≈ 106 ВА

Соответственно для двух TDA7294 это 212 ВА. Ближайший стандартный трансформатор, с запасом, будет на 250 ВА.

Здесь уместно заявить, что мощность трансформатора посчитана для чистого синусоидального сигнала, для реального музыкального звука возможны поправки. Так, Игорь Рогов утверждает , что для усилителя мощностью 50 Вт, достаточно будет трансформатора на 60 ВА.

Высоковольтная часть БП (до трансформатора) собирается на печатной плате 35×20 мм, можно и навесным монтажом:

Низковольтная часть (А0 по структурной схеме) собрана на печатной плате 115×45 мм:

Все платы усилителя доступны в одном .

Данный блок питания для TDA7294 рассчитан на две микросхемы. Для большего количества микросхем придется заменить диодный мост и увеличить емкость конденсаторов, что повлечет за собой изменение габаритов платы.

Блок управления режимами Mute и Stand-By

Микросхема TDA7294 обладает режимом ожидания (Stand-By) и режимом приглушения (Mute). Управление этими функциями происходит через выводы 9 и 10 соответственно. Режимы будут включены пока на этих выводах напряжение отсутствует или оно меньше +1,5 В. Чтобы «разбудить» микросхему достаточно подать на выводы 9 и 10 напряжение больше +3,5 В.

Для одновременного управления всеми платами УМЗЧ (особенно актуально для мостовых схем) и экономии радиодеталей есть резон собрать отдельный блок управления (А1 по структурной схеме):

Список деталей для блока управления:

Диод (VD1) . 1N4001 или аналогичный.
Конденсаторы (C1, C2) . Полярные электролитические, отечественные K50-35 или импортные, 47 мкФ 25 В.
Резисторы (R1–R4) . Обычные маломощные.

Печатная плата блока имеет размеры 35×32 мм:

Задача блока управления обеспечить бесшумное включение и отключение усилителя за счет режимов Stand-By и Mute.

Принцип работы следующий. При включении усилителя, вместе с конденсаторами блока питания, заряжается и конденсатор C2 блока управления. Как только он зарядится, режим Stand-By отключится. Чуть дольше заряжается конденсатор C1, поэтому режим Mute отключится во вторую очередь.

При отключении усилителя от сети первым разряжается конденсатор C1 через диод VD1 и включает режим Mute. Затем разряжается конденсатор C2 и устанавливает режим Stand-By. Микросхема замолкает, когда конденсаторы блока питания имеют заряд порядка 12 вольт, поэтому никаких щелчков и прочих звуков не слышно.

Усилитель на TDA7294 по обычной схеме

Схема включения микросхемы неинвертирующая, концепция соответствует оригинальной из даташита, только изменены номиналы компонентов для улучшения звуковых характеристик.

Список деталей:

Конденсаторы:
- C1 . Пленочный, 0,33–1 мкФ.
- С2, С3 . Электролитические, 100–470 мкФ 50 В.
- С4, С5 . Пленочные, 0,68 мкФ 63 В.
- С6, С7 . Электролитические, 1000 мкФ 50 В.
Резисторы:
- R1 . Переменный сдвоенный с линейной характеристикой.
- R2–R4 . Обычные маломощные.

Резистор R1 сдвоенный т.к. усилитель стерео. Сопротивление не более 50 кОм с линейной, а не логарифмической характеристикой для плавной регулировки громкости.

Цепь R2C1 представляет собой фильтр верхних частот (ФВЧ), подавляет частоты ниже 7 Гц, не пропуская их на вход усилителя. Резисторы R2 и R4 должны быть равны для обеспечения устойчивой работы усилителя.

Резисторы R3 и R4 организуют цепь отрицательной обратной связи (ООС) и задают коэффициент усиления:

Ку = R4 ÷ R3 = 22 ÷ 0,68 ≈ 32 дБ

Согласно даташиту коэффициент усиления должен лежать в пределах 24–40 дБ. Если меньше, то микросхема будет самовозбуждаться, если больше – вырастут искажения.

Конденсатор C2 участвует в цепи ООС, лучше взять с большей емкостью, чтобы снизить его влияние на низкие частоты. Конденсатор C3 обеспечивает увеличение напряжения питания выходных каскадов микросхемы – «вольтодобавка». Конденсаторы C4, C5 устраняют наводки вносимые проводами, а C6, C7 дополняют емкость фильтра блока питания. Все конденсаторы усилителя, кроме C1, должны быть с запасом по напряжению, поэтому берем на 50 В.

Печатная плата усилителя односторонняя, довольно компактная – 55×70 мм. При ее разработке стояла цель развести «землю» звездой, обеспечить универсальность и при этом сохранить минимальные габариты. Думаю это одна из самых маленьких плат для TDA7294. Данная плата рассчитана под установку одной микросхемы. Для стерео варианта, соответственно, понадобится две платы. Их можно установить рядом или одну над другой как у меня. Подробнее про универсальность расскажу чуть позже.

Радиатор, как видите, указан на одной плате, а вторая, аналогичная, крепится к нему сверху. Фотографии будут чуть дальше.

Усилитель на TDA7294 по мостовой схеме

Мостовая схема это сопряжение двух обычных усилителей с некоторыми поправками. Такое схемотехническое решение рассчитано для подключения акустики сопротивлением не 4, а 8 Ом! Акустика подключается между выходами усилителей.

Отличий от обычной схемы всего два:

входной конденсатор C1 второго усилителя подключается к «земле»;
добавлен резистор обратной связи (R5).

Печатная плата также представляет собой комбинацию из усилителей по обычной схеме. Размер платы – 110×70 мм.

Универсальная плата для TDA7294

Как вы уже заметили, вышеупомянутые платы по сути одинаковые. Следующий вариант печатной платы полностью подтверждает универсальность. На этой плате можно собрать стерео усилитель 2×70 Вт (обычная схема) или моно усилитель 1×120 Вт (мостовая). Размер платы – 110×70 мм.

Обратите внимание. Для использования этой платы в мостовом варианте, необходимо установить резистор R5, а перемычку S1 установить в горизонтальном положении. На рисунке эти элементы изображены пунктиром.

Для обычной схемы резистор R5 не нужен, а перемычку необходимо установить в вертикальном положении.

Сборка и наладка

Сборка усилителя не вызовет особых трудностей. Как таковой наладки усилитель не требует и заработает сразу при условии, что все собрано правильно и микросхема не бракованная.

Перед первым включением :

Убедитесь в правильном монтаже радиодеталей.
Проверьте правильность подключения проводов питания, не забывайте, что на моей плате усилителя «земля» находится не по центру между плюсом и минусом, а с краю.
Убедитесь, что микросхемы изолированы от радиатора, если нет, то проверьте отсутствие контакта радиатора с «землей».
Подавайте питание по очереди на каждый усилитель, так есть шанс не сжечь сразу все TDA7294.

Первое включение :

Нагрузку (акустику) не подключаем.
Входы усилителей замыкаем на «землю» (замкнуть X1 с X2 на плате усилителя).
Подаем питание. Если с предохранителями в БП все нормально и ничего не задымилось, то запуск удался.
Мультиметром проверяем отсутствие постоянного и переменного напряжения на выходе усилителя. Допускается незначительное постоянное напряжение, не более ±0,05 вольта.
Отключаем питание и проверяем на нагрев корпус микросхемы. Будьте внимательны, конденсаторы в БП долго разряжаются.
Через переменный резистор (R1 по схеме) подаем звуковой сигнал. Включаем усилитель. Звук должен появиться с небольшой задержкой, а при выключении сразу пропадать, это характеризует работу блока управления (A1).

Заключение

Надеюсь, данная статья поможет вам собрать качественный усилитель на TDA7294. Напоследок представляю несколько фотографий в процессе сборки, не обращайте внимания на качество исполнения платы, старый текстолит неравномерно протравился. По результатам сборки были сделаны некоторые правки, поэтому платы в файле.lay немного отличаются от плат на фотографиях.

Усилитель изготавливался для хорошего знакомого, он придумал и реализовал такой оригинальный корпус. Фотографии стерео усилителя на TDA7294 в сборе:

На заметку : Все печатные платы собраны в одном файле. Для переключения между "печатками" покликайте по вкладкам как показано на рисунке.

Список файлов

Я бы сказал, что это просто супер простой усилитель, содержащий все четыре элемента и выдающий мощность 40 Вт на два канала!
4 детали и 40 Вт х 2 выходной мощности Карл! Это находка для автолюбителей, так как питается усилитель от 12 Вольт, полный диапазон от 8 до 18 Вольт. Его можно запросто встраивать в сабвуферы или акустические системы.
Все сегодня доступно благодаря использованию современной элементной базы. А именно микросхеме - TDA8560Q.

Это микросхема фирмы «PHILIPS». Ранее была в ходу TDA1557Q, на которой можно также собрать стерео усилитель с выходной мощностью 22 Вт. Но её в последствии модернизировали, обновив выходной каскад и появилась TDA8560Q с выходной мощностью 40 Вт на канал. Также аналогом является TDA8563Q.

Схема автомобильного усилителя на микросхеме

На схеме микросхема, два входных конденсатора и один фильтрующий. Фильтрующий конденсатор указан с минимальной емкостью 2200 мкФ, но лучшем решением будет взять 4 таких конденсатора и запараллелить, так вы обеспечите более стабильную работу усилителя на низких частотах. Микросхему нужно обязательно устанавливать на радиатор, чем больше, тем лучше.

Сборка простого усилителя

Также можно увеличить в схеме число компонентов, повышающих надежность при эксплуатации, но не принципиально.

Тут добавилось ещё пять деталей, объясню для чего. Два резистора на 10 К Ом уберут фон, если к схеме идут длинные провода. Резистор 27 К Ом и конденсатор 47 мкФ дают плавный пуск усилителя без щелчков. А конденсатор 220 пF отфильтрует высокочастотные помехи идущие по проводам питания. Так что я рекомендую доработать схему этими узлами, лишним не будет.
Хочу ещё добавить, что усилитель развивает полную мощность только на нагрузке 2 Ома. На 4 Ом будет где-то порядка 25 Вт, что тоже очень неплохо. Так что нашу советскую акустику раскачает.
Низковольтное, однополярное питание дает дополнительные плюсы: использование в автомобильной акустике, дома же можно питать от старого компьютерного блока питания.
Минимальное количество компонентов позволяет встраивать усилитель в замен старому, вышедшему из строя, на микросхеме других марок.

Довольно простой усилитель для домашних колонок вы можете собрать своими руками. В его основе лежат две микросхемы-усилителя НЧ TDA2030 (К174УН19), стоимость этой микросхемы весьма мала, но при этом она обладает довольно неплохими параметрами.

Перечень элементов схемы

Bat1 = блок питания, батарейки/аккумулятор
C1 = 10 µF
C2 = 10 µF
C3 = 100 nF
C4 = 10 µF
C5 = 10 µF
C6 = 10 µF
C7 = 0.1 uF
C8 = 10 µF
C9 = 10 µF
C10 = 100 nF
C11 = 10 µF
OP1 = TDA2030
OP2 = TDA2030
R1 = 2 kOhm
R2 = 150 kOhm
R3 = 150 kOhm
R4 = 2 kOhm
R5 = 1 Ohm
R6 = 2 kOhm
R7 = 150 kOhm
R8 = 150 kOhm
R9 = 2 kOhm
R10 = 1 Ohm
R11 = 22 kOhm
R12 = 22 kOhm
SP1 = 15 Watt
SP2 = 15 Watt

Микросхема TDA2030 имеет 5 выводов, а корпус TO220. И первую, и вторую TDA2030 обязательно нужно установить на какой-нибудь теплоотвод, термопасту использовать необязательно, но желательно.

Схема рассчитана на два входа, то есть в итоге мы получим стерео звук.

Максимальная мощность выдаваемая данным усилителем 18 Ватт на один динамик 4 Ом, а у нас их два, - это два источника звука с почти чистыми 18W, что весьма неплохо. Печатная плата испытана на работоспособность. Скачать 18W.lay . Не забудьте отзеркалить её при печати, коль будете паять не со стороны дорожек.

У меня не оказалось подходящих динамиков, для демонстрации работы взял два по 4 Ома 3 Вт и ничего, качество воспроизведение аудио-звука мне лично понравилось. В комнате слышно отлично, на улице естественно хуже. Если поместить усилитель 2*18 Вт в нормальный корпус, то выйдут приличные колонки за маленькую стоимость.

В качестве источника аудио-сигнала можно использовать любой гаджет: mp3, смартфон или компьютер. На картинке показана распиновка стандартного штекера джек (Jack) 3,5 мм.

Питать усилитель звука на двух ТДА2030 можно от блока питания или от батареек/аккумуляторов. Напряжение от 12-44 Вольт, но реально заработает и меньше чем от двенадцати вольт. Если будет наблюдаться раздражающий гул в динамиках, то виноват БП и неэкранированные провода. Я использовал блок питания 13 В, 0.45 A (он выдает 17,8 вольт). Ток в режиме покоя составляет 60-70 mA, когда же включаем музыку - около 0,1 Ампера.

После успешной сборки схемы усилителя и подключения его к источнику электроэнергии, в динамиках вы услышите небольшой шум, но он пропадёт, как только подадите аудио-сигнал к входам схемы.

Ниже вы можете увидеть видео работы усилителя. К сожалению, микрофон камеры не смог передать истинную силу звука. На самом деле он намного громче, на 50% ползунка телефона уже неплохо, правда при полной мощности наблюдаются хрипы, искажения и другая нечисть.

Видео работы УМЗЧ

И вот ещё что - более половины активной китайской акустики имеет в качестве УМЗЧ именно микросхему 2030. Автор материала - EGOR .

Обсудить статью СХЕМА УМЗЧ

Не мечтай, действуй!

В настоящем проекте мы построим простой усилитель мощности звуковой частоты на популярной микросхеме . Чтобы конструкция стала законченной, снабдим его регулятором громкости и тембра, а также устройством защиты акустических систем.
Ознакомимся с представленными материалами, соберем базовые узлы и насладимся звучанием собственного усилителя…
Через некоторое время проведем серию экспериментов по улучшению звука, извлекаемого с помощью усилителя.

В первой части проекта мы, не мудрствуя лукаво, соберем «студенческий» усилитель Питера Смита.

Немного истории

На рис. 1 изображена принципиальная схема усилителя, которую в свое время собирал каждый увлеченный студент радиотехнической специальности. На юбилейной (30 лет со дня окончания ВУЗа) встрече выпускников Новгородского политехнического института в мае 2009 года мы обсуждали этот усилитель, а главным образом танцы, в озвучивании и которых он принимал самое непосредственное участие .

Рис. 1. Принципиальная схема высококачественного усилителя звуковой частоты С. Батя и В. Середы

Параметры усилителя мощности следующие:
Номинальная выходная мощность (Rн=4 Ом, Кг=0,7 %), Вт = 20
Рабочий диапазон частот при неравномерности частотной характеристики ±0,5 дБ, Гц = 20…20000
Чувствительность при номинальной выходной мощности и входном сопротивлении 10 кОм, В = 1
Относительный уровень помех, дБ = -86

Усилитель выполнен по топологии Лина, ставшей классической и состоит из дифференциального входного каскада на транзисторах VT1, VT2, усилителя напряжения VT3 и двухтактного выходного каскада VT4 – VT9. Выбрана неинвертирующая схема включения. Резистор R1 определяет входное сопротивление, а резисторы R6 и R7 образуют делитель цепи отрицательной обратной связи, задающий усиление по переменному току: Ku=1+R7/R6=11 (20,83дБ).

По постоянному току коэффициент передачи равен единице, от аудиоусилителя не требуется усиление постоянного напряжения. Но встречаются авторы, скажем Е.С. Алешин, которые утверждают, что усилитель должен иметь нижнюю границу усиливаемых частот от постоянного тока (0 Гц). Для разделения цепей передачи постоянного и переменного тока установлен конденсатор С3. Входная цепь R1, C1 и цепь обратной связи R6, C3 образуют фильтры верхних частот. Поскольку частоты среза этих фильтров близки, вместе они определяют нижнюю границу воспроизводимого усилителем диапазона частот.
В нашем случае:
Оптимальной результирующей частотой среза будет частота, на порядок ниже слышимой человеком, а именно – 1…3 Гц.
В цепи коллектора усилителя напряжения VT3 имеется схема «вольтодобавки» R10, R11, C5, создающая положительную обратную связь на нижних частотах, и позволяющая улучшить форму отрицательной полуволны усиливаемого сигнала. В коллектор VT3 включен также конденсатор С4, формирующий требуемую амплитудно-частотную характеристику на высоких частотах. Обычно такой конденсатор включают между базой и коллектором каскада усилителя напряжения. За счет эффекта Миллера его емкость оказывается небольшой – несколько десятков пикофарад. Включение конденсатора С4 между коллектором и общим проводом потребовало на порядок увеличить его емкость.

Выходной каскад выполнен на составном эмиттерном повторителе – тройке, причем в отрицательном плече применена схема Шиклаи, позволяющая использовать мощные транзисторы одинаковой структуры.
Поскольку в то время был дефицит всего, транзисторы мы покупали на радиорынке Автово в Ленинграде (теперь Санкт – Петербург). Помню, в первый раз приобрел транзисторы у любезного молодого человека в пиджаке и при галстуке. По приезде в Новгород выяснилось, что все транзисторы имеют пробой между коллектором и эмиттером, хотя и не паяные. В следующий раз мне не удалось заглянуть в глаза этому жулику, но опыт пришел быстро. На радиорынке я приметил мужика, у которого тряслись руки, и внешний вид был не столь фешенебельный, как у предыдущего. Зато все приобретенные транзисторы оказались просто замечательными, да еще с военной приемкой!

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Интегральная схема TDA2006 снята с производства, но все еще встречается в продаже. Ее улучшенным вариантом можно считать распространенную микросхему высококачественного звукового усилителя .
Все микросхемы имеют внутреннюю защиту от перегрузок или короткого замыкания на выходе, а также автоматическую систему отключающую усилитель при перегреве.
Металлическая планка для крепления к радиатору микросхем, указанных в табл. 1, соединена с отрицательным выводом (вывод 3) источника питания, что удобно при однополярном питании микросхемы, поскольку не требует изолирующей прокладки между микросхемой и радиатором. Обратите внимание на то, что с двухполярным источником прокладка необходима.

Входной конденсатор С1 является неполярным электролитическим, а усиление по напряжению определяется уже известным отношением резисторов в цепи обратной связи: Ku=1+R4/R3.

Фильтр нижних частот R1, C2 на входе микросхемы, ограничивает спектр сигналов, тем самым предотвращает появление динамических искажений. Элементы R5, C4 – цепь Зобеля; в непосредственной близости от выводов питания микросхемы устанавливаются пары конденсаторов пленочный плюс оксидный (соответственно С5, С6 и С7, С8), играющие важную роль в обеспечении устойчивой работы усилителя.

Ограничительные диоды VD1, VD2, присоединенные между шинами питания и выходом усилителя в обратной полярности, служат эффективным методом защиты транзисторов выходного каскада микросхемы DA1. В Datasheet рекомендуются выпрямительные диоды общего применения 1N4001, но я на практике убедился, что лучше использовать быстродействующие диоды, например отечественные КД212 .

Анализ данных, приведенных в табл. 1, показывает, что наименьшими искажениями обладает интегральная схема высококачественного звукового усилителя . При напряжении питания ±25 В и нагрузке 4 Ом она может обеспечить выходную мощность 20 Вт с коэффициентом нелинейных искажений 0,015 %. Выберем эту микросхему для реализации нашего проекта.

Рис. 4. Принципиальная схема «студенческого» усилителя Питера Смита
Усилителя мощности имеет следующие параметры:
Номинальная выходная мощность (Rн=4 Ом; 8 Ом), Вт = 20
Рабочий диапазон частот при выходной мощности 1 Вт, Гц = 14…100000
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц при выходной мощности 20 Вт, дБ = -105
Рис. 5. Принципиальная схема блока питания для усилителя Питера Смита

Хотя микросхемы, указанные в табл. 1 просты и удобны в использовании, они требуют тщательной продуманности разводки проводников при разработке печатной платы для обеспечения устойчивой и надежной работы. Печатная плата, спроектированная Питером Смитом представляет собой пример грамотной разводки сильноточных и слаботочных цепей усилителя, и может быть смело рекомендована к повторению (рис. 6), также, как и блок питания (рис. 7).

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Рис. 6. Размещение элементов и печатная плата «студенческого» усилителя мощности. Размеры печатной платы – 80х63,5 мм

Рис. 7. Размещение элементов и печатная плата (90х54,5 мм) блока питания для усилителя Питера Смита

Здесь возник вопрос, требующий пояснения.

Что такое силовая и сигнальная «земля»?

Разберемся с заземлением в УМЗЧ. Следует понимать, что имеются земли двух типов: силовые (токовые) и сигнальные (потенциальные). По первым протекают токи, а по вторым практически нет (малые токи сигнала и смещения в дифференциальном каскаде). Как только в цепь потенциальной земли попадает отрезок токовой земли (иногда достаточно нескольких миллиметров!), возникают помехи и искажения выходного сигнала. Я сталкивался с ситуацией, когда один сантиметр общей сигнальной и силовой земли увеличивал коэффициент гармоник на два порядка – с тысячных долей процента до десятых!

Виновато конечное сопротивление «земляных» шин, которое приводит к тому, что импульсы тока по общему проводу с выхода усилителя могут попасть на его вход.
Существуют три действенных способа борьбы с такими помехами:
- увеличение сечения шин общего провода;
- соединение всех идущих к общему проводу проводников в одной точке;
- гальваническая развязка общего провода входного каскада от шины питания выходных каскадов усилителя.

Последнее возможно в УМЗЧ с дифференциальным каскадом. С общим проводом источника сигнала связаны выводы R1, R2, С2 и С3, см. рис. 4 (сигнальная «земля»). Все остальные проводники, соединенные с общим проводом, подсоединены к силовой «земле». Кстати, некоторые конструкторы используют не две, а три «земли» - сигнальную, промежуточную и силовую. Для предотвращения выхода усилителя из строя при случайном отключении источника сигнала обе земляные шины соединены на плате резистором R6. Его сопротивление выбирают как компромисс между воздействием помех от «силовой» земли и влиянием на глубину отрицательной обратной связи (практический выбор – единицы … десятки Ом).
В случаях, когда сигнальная земля образует замкнутый контур, он играет роль антенны, вызывая появление трудно устранимых наводок.

Вид смонтированного модуля УМЗЧ и блока питания к нему, вынесенный в аннотацию статьи, обязаны усилить желание немедленно самому собрать данную конструкцию.

Оценка площади охлаждающей поверхности радиатора

Микросхема обязательно должна быть установлена на радиаторе – ведь даже в состоянии покоя на ней рассеивается мощность, равная P0=UпI0=(2 25) 0,07=3,5 Вт. Чтобы рассчитать необходимую площадь радиатора, вычислим максимальную рассеиваемую мощность для случая работы в идеальном классе В:

где Uп – полное напряжение источника питания, Rн – сопротивление нагрузки, Р0 – мощность, рассеиваемая в режиме покоя.
При полном напряжении источника питания Uп =50 В, Rн =8 Ом на корпусе микросхемы должна рассеиваться мощность около 19,3 Вт. Ясно, что температура кристалла при работе всегда должна быть ниже 150ºС. Примем температуру окружающего воздуха 53 ºС, тогда тепловое сопротивление переход – окружающая среда должно быть меньше, чем: (150-53)/19,3=5,0 ºС/Вт.

Обычно сумма тепловых сопротивлений корпус – радиатор и радиатор – окружающая среда оказываются меньше, чем 2,0 ºС/Вт. Тепловое сопротивление корпус – радиатор зависит от способа установки микросхемы. Если использовано непосредственное соединение металл – металл, тепловое сопротивление будет примерно 1,0 ºС/Вт при использовании теплопроводной пасты и 1,2 ºС/Вт при ее отсутствии.

При наличии слюдяной прокладки между корпусом и радиатором тепловое сопротивление можно считать равным 1,6 ºС/Вт и 3,4 ºС/Вт соответственно при применении теплопроводной пасты и без нее. Рассмотрим для примера крепление микросхемы к радиатору через слюдяную прокладку с применением теплопроводной пасты. Тепловое сопротивление радиатора должно быть меньше чем 5,0 – 2,0 - 1,6 = 1,4 ºС/Вт. Это рекомендуемое тепловое сопротивление радиатора для данной конструкции.

Полезно оценить результаты расчетов радиатора с помощью какой-нибудь программы, например, . Самый прикидочный расчет площади охлаждающей поверхности радиатора: 20 квадратных сантиметров на каждый ватт рассеиваемой микросхемой мощности.
Для радиаторов, выполненных из алюминиевых сплавов с ребрами не тоньше 3 мм при шаге ребер не менее 10 мм и свободном потоке воздуха площадь радиатора можно оценить следующей приближенной формулой: S[кв см]≈600/Rθр-с[ºС/Вт]=600/1,4=430 кв см.
Как уже указывалось, микросхема снабжена эффективной схемой тепловой защиты. Когда температура кристалла микросхемы достигнет 170 ºС, схема тепловой защиты срабатывает, и усилитель выключается. Включение происходит после понижения температуры кристалла до 145 ºС. Однако, если температура кристалла снова начнет повышаться, то теперь отключение произойдет уже при 150 ºС.

Детали

Ниже приведен список деталей для сборки усилителя .

DA1 – Микросхема – 2 шт.,
R1 - Рез.-0,25-1 м – 2 шт.,
R2, R5 - Рез.-0,25-22 кОм – 4 шт.,
R3, R4 - Рез.-0,25-1 кОм – 4 шт.,
R6 - Рез.-0,25-10 Ом – 2 шт.,
R7 - Рез.-1-1 Ом
C1 - Конд.2,2/16V 0511 NPL – 2 шт. (Рекомендую 2,2/50V или 2,2/63V),
C2 - Конд.NPO 330пф 5%керам.имп. – 2 шт.,
C3 - Конд.22/16V 1016 NPL – 2 шт. (Рекомендую 22/50V или 22/63V),
C4 - Конд.0,22/63V К73-17 – 2 шт.,
C5, C7 - Конд.0,1µ/63V J К73-17(имп.) – 4 шт.,
C6, C8 - Конд.220/35V 1016 +105°C – 4 шт.,
FU1, FU2 – Предохранитель 2,5А – 4 шт.,
Держатель предохранителя 5х20, FH-100 на плату (пара) – 4 шт.,
Клеммник 2К шаг 5 мм на плату ТВ-01А – 4 шт.,
Клеммник 3К шаг 5 мм на плату ТВ-03ВС – 2 шт.,

Детали блока питания
VD1 – VD4 – Диод UF5404 – 4 шт.,
VD5, VD6 – Стабил. 15V 1,3W – 2 шт.,
R1, R2 – Рез.-1-560 Ом – 2 шт.,
C1, C2 – Конд.4700/35V 1840 +105° - 2 шт.,
C3, C4 – Конд.100/16V 0809 105°C – 2 шт. (Рекомендую 100/25V),
Клеммник 3К шаг 5 мм на плату ТВ-03ВС – 3 шт.,
T1 – Трансформатор 80 Вт (Например, тороидальный силовой трансформатор HR типа Т008218, 2х18В, 2,2А) – 1 шт.,
SA1 – Перекл. SC-791, 220V, 15A
FU1 – Предохранитель 1А – 1 шт.
XP1 - Шт."Сеть" CS-001 приб./защёлка – 1 шт.

Подчеркну, что в данном усилителе может быть применена любая из микросхем, указанных в табл. 1. Из этой же таблицы берется напряжение питания усилителя и параметры элементов обвязки (С1, С2, С4, R4 и R7, см. рис. 4).