Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2050 класса AB
TDA2050 (усилитель класса AB)Тест, обзор, осциллограммы
Усилитель
мощности звуковой частоты на
микросхеме TDA2050 класса
AB (1×32 W) — вечная молодость классической технологии!
Обзор посвящен одноплатному усилителю мощности звуковой частоты (УМЗЧ, УНЧ) класса AB на основе микросхемы TDA2050 номинальной мощностью 1×32 Вт.
В обзоре будут приведены технические характеристики микросхемы усилителя низкой частоты TDA2050, кратко разобрана схемотехника тестируемого одноплатного усилителя, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.
Купить плату усилителя на основе TDA2050 можно на Алиэкспресс, например, здесь
Цена на дату обзора — около $3.5 с учётом доставки.
(усилитель низкой частоты на TDA2050 и схема его подключения; изображение с официального сайта AliExpress)
Небольшие пояснения к схеме подключения платы.
Ключевой элемент платы, усилитель мощности TDA2050, может работать как с однополярным, так и с двухполярным питанием.
Поскольку эта плата рассчитана на однополярный источник питания, то контакты «Power IN-«, «Audio IN-» и «Speaker-» соединены вместе, это — «Земля».
Усилитель (микросхема) TDA2050 — технические характеристики:
| Вариант подключения TDA2050 | Однополярное питание | Двухполярное питание |
| Максимальная выходная мощность на канал (RMS)* | 32 Вт (VS = 44 V, RL = 8 Ohm) | 32 Вт (VS = ±22, V RL = 8 Ohm) |
| Номинальное напряжение питания |
9. ..50 В |
±4.5…±25 В |
| Максимально-допустимый пиковый ток выхода | 5 А | 5 А |
| Рекомендуемое сопротивление нагрузки | 4…8 Ом | |
| Коэффициент нелинейных искажений | < 0.5% (PO = 0.1…24 W, RL = 4 Ohm) | < 0.5% (PO = 0.1…24 W, RL = 4 Ohm) |
| Шум, приведённый ко входу | 10 мкВ (макс.), 4…5 мкВ (тип) | 10 мкВ (макс.), 4…5 мкВ (тип) |
| Полоса пропускания | 20 Гц — 80 кГц | 20 Гц — 80 кГц |
Примечание:
* RMS (Rated Maximum Sinusoidal) — Максимальная (предельная)
синусоидальная мощность — мощность, при которой усилитель или колонка
может работать в течение одного часа без физического повреждения.
В дополнение к этим параметрам надо сказать, что максимальная мощность микросхемы может доходить до 35 Вт, но при нагрузке 4 Ом и коэффициенте нелинейных искажений 10%, что вряд ли заинтересует пользователей.
Нижнюю границу полосы пропускания (20 Гц) производитель микросхемы указал чисто формально. Фактически микросхема представляет собой низкочастотный операционный усилитель и может использоваться в качестве усилителя постоянного напряжения с полосой частот от 0 Гц.
Микросхема выпускается в двух модификациях в зависимости от направления изгиба выводов: TDA2050V — с вертикальной ориентацией (как в тестируемой версии) и TDA2050H — с горизонтальной ориентацией.
Эта микросхема имеет
глубокую историю (выпускается уже около 20 лет) и позитивную репутацию,
что и позволило ей столь долгое время оставаться актуальной.
Её историческая предшественница, TDA2030, имеет ещё более древнюю историю и совместима с TDA2050 по выводам, но имеет меньшую мощность.
Полностью все характеристики и типовая схема включения TDA2050 с однополярным и двухполярным питанием указаны в техническом описании (datasheet) TDA2050 (PDF, 3.2 Mb).
Теперь —
углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого
усилителя.
Внешний вид и конструкция одноплатного одноканального усилителя класса AB на микросхеме TDA2050 с однополярным питанием
Никакой
документации в комплекте усилителя не было, но осмотр показал полное
совпадение схемы с той, которая приведена в datasheet
на микросхему для варианта с однополярным питанием; добавлен
только переменный резистор регулировки громкости.
Со схемой, приведённой в datasheet, совпадает даже нумерация резисторов. Нумерация конденсаторов, вероятно, тоже совпадает; но она на плате расположена под конденсаторами и различить её невозможно.
Посмотрим на плату усилителя в двух наклонно-диагональных ракурсах:
(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)
Вид с противоположной диагонали:
Здесь надо обратить внимание на несколько моментов.
Микросхема
прикреплена к теплоотводу через прокладку. Это означает, что теплоотвод изолирован и на нём не будет того потенциала, который есть на
металлической части микросхемы. В данном случае это — потенциал «Земли»,
но в двухполярном варианте это был бы потенциал источника отрицательного
питания.
Все внешние подключения осуществляются без помощи пайки — с помощью клеммников под винт.
Задняя сторона платы:
Площадь радиатора составляет около 59 кв. см. Это — не так уж и много с учетом того, что с древних времён считается соответствующей манерам хорошего тона площадь в 10 кв. см на каждый Ватт рассеиваемой мощности.
Обратная сторона платы:
Обратная сторона платы почти полностью покрыта слоем металлизации, соединённым с «землёй» — это очень полезно для защиты от помех.
К сожалению, флюс отмыт не очень хорошо. Но мешать работе УНЧ это не должно.
В нижних
углах платы видны отверстия для прикрепления платы в используемой
конструкции.
В середине платы внизу видны 5 отверстий, расположенных под радиатором теплоотвода для улучшения циркуляции воздуха.
Сам радиатор закреплён на плате с помощью двух штырьков, припаянных к плате.
В следующей
главе разберём, что к чему и зачем на этой плате усилителя.
Схемотехника одноплатного одноканального усилителя класса AB на микросхеме TDA2050 с однополярным питанием
Перед анализом схемы посмотрим на плату усилителя вертикально сверху:
Здесь
отметим, что регулятор громкости припаян слегка кривовато. При наличии паяльника и «прямых рук» это —
легко поправимо.
Теперь посмотрим на схему усилителя из даташит на микросхему TDA2050 (по сравнению с ней на плате добавлен только переменник регулировки громкости):
схема включения TDA2050 с однополярным питанием
Теперь — пробежимся по основным элементам платы.
1. R1, R2, C2 — схема создания искусственной средней точки питания (при двухполярном питании не требуется).
2. C3, C5 — блокировочные конденсаторы по питанию.
3.
R5, C4, R4 —
отрицательная обратная связь с выхода на инвертирующий вход
TDA2050. Задаёт коэффициент усиления схемы.
Рассчитывается как R5/R4 + 1, и в данном случае
составляет 33.4.
В данном случае полоса цепи
обратной связи по уровню -3 дБ составляет около 11 Гц, что не будет
критичным. Этот конденсатор должен
присутствовать и в схеме с двухполярным питанием; иначе, из-за усиления
постоянной составляющей возможно сильное смещение нуля на выходе.
4. Цепь R6C6 служит для предотвращения самовозбуждения усилителя.
5.
C7 —
конденсатор развязки между выходом микросхемы TDA2050
и нагрузкой. Необходим для предотвращения попадания постоянного
напряжения с выхода микросхемы (равно половине питания) в нагрузку.
Этот конденсатор попутно выполняет зловредную функцию: «режет»
низкие частоты.
При нагрузке 4 Ом частота среза по уровню -3 дБ составит 40 Гц, при
нагрузке 8 Ом — 20 Гц.
При двухполярном питании этот конденсатор не требуется.
Испытания УНЧ на микросхеме TDA2050
При
измерениях использовались лабораторный блок питания
LW-K3010D (обзор) и
DDS-генератор сигналов
FY6800 (обзор).
Номинально источник питания может отдавать напряжение 30 В при токе до 10 А, но по
факту напряжение может может составлять до 32 В.
Сначала было замерено потребление усилителя без подачи сигнала с
установленным в «ноль» регулятором громкости.
Ток потребления холостого хода менялся в зависимости от
напряжения питания и составлял следующие значения:
9 В — 14.5 мА
12 В — 15.6 мА,
20 В — 17.5 мА,
32 В — 19.6 мА.
Такие значения тока покоя — очень небольшие.
Шумы усилителя оказались очень малы и практически не заметны. Но надо отметить, что ручка регулятора громкости собирает наводки «из воздуха», поэтому желательно корпус этого переменника заземлить.
Малосигнальные испытания (амплитуда на выходе до 2 В, нагрузка 4 Ом)
Испытания
проводились при напряжении питания 32 В.
Синус 20 кГц:
Синус — практически идеальный.
Повышаем частоту — синус 100 кГц:
На частоте 100 кГц заметны небольшие неровности вблизи перехода отрицательного спада через ноль. Также немного упала амплитуда.
Повышаем частоту до 200 (!) кГц:
Неровности уже очень хорошо заметны; они принимают выраженную пилообразную форму.
Этот же сигнал, растянутый по горизонтали:
Искажения
видны уже очень хорошо, но они находятся далеко за пределами слышимого
диапазона.
То есть, этих страшных зазубрин совсем не надо пугаться.
🙂
Несколько слов о происхождении таких несимметричных искажений (только на спаде, на подъёме их нет).
Они связаны с тем, что в усилителях на обычных биполярных транзисторах все транзисторы усилителя не могут быть одной и той же полярности (n-p-n), в схеме должен быть хотя бы один транзистор другой полярности (p-n-p).
Транзисторы разных типов проводимости формируются на кристалле микросхемы по-разному. Чаще всего транзисторы p-n-p формируются в виде т.н. «боковых» транзисторов.
По этой причине эти транзисторы по-разному ведут себя в предельных режимах и возникают несимметричные искажения в разных полуволнах или на разных фронтах.
По итогам
этой части испытаний можно сказать, что полоса пропускания усилителя в
области высоких частот составила чуть более 200 кГц, что значительно
превышает требования к аппаратуре высокого класса.
Теперь переходим на прямоугольный сигнал.
Частота сигнала — 10 кГц; вершины — плоские (как и должно быть), но фронты — явно не бесконечно-короткие.
Посмотрим на передний и задний фронт в увеличенном виде.
Передний фронт:
Теперь — задний фронт:
Здесь можно видеть те же пилообразные искажения, которые присутствовали на синусе 200 кГц.
В целом
поведение усилителя на прямоугольном сигнале можно оценить положительно:
«шероховатости» хотя и имеются, но сколь-нибудь существенно на
воспроизведении сигналов звуковой часты не отразятся.
Испытания на сигналах высокой амплитуды (сравнимой с напряжением питания), нагрузка 4 Ом
Начать надо с того, что попытка раскачать максимум амплитуды при напряжении питания 32 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом оказалась неудачной.
После 2-3 секунд работы в таком режиме в микросхеме TDA2050 срабатывала защита от перегрева, сигнал искажался, а затем амплитуда резко падала:
Проблема — не столько в малой площади радиатора, сколько в повышенном тепловом сопротивлении от микросхемы к радиатору, поскольку между ними находятся два препятствия: изолирующая прокладка и слой чёрной краски на радиаторе.
Стабильной работы с нагрузкой 4 Ом удалось добиться при напряжении питания 20 В:
В таком
режиме мощность на выходе составила 5.
3 Ватт.
Кстати, на осциллограмме заметна небольшая несимметричность ограничения сигнала: верхняя полуволна уже немного ограничивается (клиппинг), а нижняя — ещё нет.
Тем не менее, и в таком режиме через несколько минут пришлось тест прекратить из-за подозрительно высокого нагрева радиатора.
Но в режиме прослушивания музыки перегрева быть не должно, поскольку средняя мощность музыкального сигнала ниже мощности синуса при равном пиковом уровне.
Подытоживая эту часть испытаний надо сказать, что работа с нагрузкой 4 Ом оказалась тяжела для усилителя.
И вот тут
самое время проверить, как он будет работать с нагрузкой 8 Ом.
Испытания на сигналах высокой амплитуды (сравнимой с напряжением питания), нагрузка 8 Ом
На этот раз
работа с напряжением питания 32 В оказалась успешной, поэтому именно при
таком питании и проведены тесты.
Начинаем с банального синуса:
Здесь тоже заметна несимметричность ограничения сигнала.
За счёт увеличения напряжения питания увеличилась и мощность, отдаваемая в нагрузку, в данном тесте она составила 11 Вт.
Можно было бы, теоретически, и ещё больше поднять мощность, увеличив напряжение питания. Но дальше повышать напряжение питания нельзя: «большие» электролиты на плате имеют номинальное напряжение 35 В, и может получиться хороший «бабах!».
Теперь — прямоугольник с размахом «под потолок»:
Здесь тоже всё довольно красиво.
Рассмотрим детально фронты:
Здесь всё
красиво.
А на этой осциллограмме видны всё те же зазубрины, которые мы уже видели раньше.
Нагрев радиатора через несколько минут снова дошел до опасной величины, тест был прекращён.
Последний эксперимент — определение минимального напряжения питания, при котором усилитель работоспособен. Оно составило 4.5 В (мощность в нагрузке не проверялась).
Промежуточный диагноз одноплатного усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2050
Почему диагноз — промежуточный? Потому, что далее последует доработка усилителя, призванная устранить некоторые его недостатки. Но это — потом.
А сейчас начнём с
того, что разберёмся, почему усилитель не смог отдать мощность,
заявленную в технических параметрах на TDA2050.
Основных причин — две: недостаточно высокое напряжение питания и откровенно слабый теплоотвод.
По результатам испытаний можно рекомендовать использовать протестированный усилитель с напряжением питания до 32 Вольт при нагрузке в 8 Ом; а при использовании нагрузки 4 Ом — с питанием до 20 Вольт. В последнем случае можно, естественно, подключать и нагрузку 8 Ом, но мощность в нагрузке тогда будет значительно ниже.
Усилитель имеет крайне малые искажения в области звуковых частот и подходил бы для работы в составе высококачественных систем, если бы не ограничения полосы в области низких частот, что определяется используемыми компонентами.
В принципе,
можно полосу поправить, установив разделительный конденсатор на выходе с
большей ёмкостью, но для этого придётся доработать плату (подобрать
совместимый по габаритам электролит и произвести перепайку).
В области
высоких частот, наоборот, характеристика усилителя — очень хорошая и
имеет хороший запас полосы пропускания.
Модернизация одноплатного усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2050
Как отмечалось в разделе испытаний, усилитель плохо работает с нагрузкой 4 Ом при высокой выходной мощности; а причина этого — перегрев микросхемы и, как следствие, включение защиты от перегрева.
Для борьбы с этим усилитель был модернизирован: вместо штатного радиатора был применён другой, более крупный со значительно более высокой площадью оребрения.
В качестве такового радиатора был использован массивный кулер от процессора Intel Pentium IV со снятым вентилятором.
Микросхема TDA2050 была прикручена к радиатору без прокладки и с применением термопасты:
Теперь снова было установлено напряжение питания 32 В и подан сигнал на грани ограничения на выходе:
Теперь в
таком режиме микросхема уже оказалась способной работать длительное
время, не впадая в термозащиту.
Амплитуда сигнала на выходе составила 10.5 В, мощность на нагрузке — 13.8 Вт.
Несмотря на это, работу в таком режиме нельзя назвать успешной.
Остаточное
напряжение на выходных транзисторах было довольно большим, из-за чего
КПД остался низким (менее 50%), а нагрев даже нового массивного
радиатора — высоким (разве что не доходил до срабатывания термозащиты).
Окончательный диагноз одноплатного усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2050
Теперь уже можно подвести окончательные итоги тестирования.
Усилитель
хотя и оказался работоспособен с нагрузкой 4 Ом, это — явно не его
епархия. Низкий КПД и высокий нагрев — это не то, что украсит
радиолюбительскую конструкцию.
В тоже время работа на нагрузке 8 Ом — весьма позитивна, и именно такой вариант применения усилителя можно рекомендовать.
В качестве философской части диагноза надо отметить, что самое лучшее применение микросхемы TDA2050 — в УНЧ с двухполярным питанием. В этом случае можно отказаться от разделительного конденсатора на выходе, что исправит характеристику в области низких частот и сделает усилитель вполне пригодным для истинно высококачественного воспроизведения.
А вариант с однополярным питанием следует оставить для тех случаев, когда нет возможности организовать двухполярное подключение.
Ещё одна
возможность отказа от разделительного конденсатора на выходе — это
построение усилителя на основе другой микросхемы, имеющей мостовой выход. В этом
случае возможна работа и с однополярным питанием.
Например, по такой
схеме построен усилитель-плеер Kentiger HY-502S (обзор),
в котором применёна микросхема УНЧ TDA7297SA
c мостовым выходом.
Где купить УНЧ на TDA2050
Купить плату протестированного в этом обзоре усилителя на основе TDA2050 можно на Алиэкспресс по этой ссылке. Цена на дату обзора — около $3.5 с учётом доставки (в дальнейшем может меняться).
На Алиэкспресс есть ещё один интересный вариант усилителя 2.1 (стерео + сабвуфер + темброблок) на микросхемах TDA2030 (2 шт.) и TDA2050 (1 шт.) по этой ссылке. Но он требует двухполярного питания; либо может питаться непосредственно от трансформатора с отводом от средней точки выходной обмотки. Цена — около $11.5. Внимание — усилитель не протестирован!
Кроме того, можно купить
отдельно микросхемы TDA2050 и впаять их в свой
собственный вариант усилителя, благо расположение выводов — удобное
для ручной пайки.
Приобрести можно
здесь, цена — $1.8 за десяток
(!) с учётом доставки.
Обзоры других усилителей класса
AB —
здесь.
Обзоры усилителей класса
D —
здесь.
Весь раздел «Сделай сам! (DIY)» — здесь.
Вступайте в группу SmartPuls.Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.
Искренне
Ваш,
Доктор
16 августа 2020 г.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.
ru) обязательна!
Схема усилителя сабвуфера на микросхеме TDA2030
by Areeba Arshad
19 211 просмотровСхема усилителя сабвуфера в основном представляет собой громкоговоритель, из которого вырабатываются низкочастотные или низкочастотные аудиосигналы. Эти схемы эффективно улучшают звуковые сигналы и улучшают их качество басов.
Эта схема усилителя очень полезна для создания частот низкого тона, так что звук, генерируемый динамиком, устойчив с громким хлопком, но исчезает гудение. Так что в целом эта полная схема улучшает качество звука вашего сабвуфера, усиливая его.
Buy From Amazon
Hardware Components
The following components are required to make Subwoofer Amplifier Circuit
S. No | Component | Value | Qty |
|---|---|---|---|
| 1. | Breadboard | 1 | |
| 2. | TDA2030 Hi-Fi Amplifier IC | 1 | |
| 3. | Diode | 1N4007 | 1 |
| 4. | Electrolytic Capacitor | 2.2uF, 22uF, 100uF, 2200uF | 1,2,1,1 |
| 5. | Potentiometer | 100K | 1 |
6. | Ceramic Capacitor | 0.1uF | 2 |
| 7. | Resistors | 10ohm, 4.7k, 100k | 1,1,3 |
| 8. | Battery | 12v | 1 |
| 9. | Динамик | 8 Ом | 1 |
TDA2030. Пояснение
В этой схеме усилителя сабвуфера на базе TDA2030 мы подключили конденсатор последовательно с неинвертирующим выводом TDA2030. Здесь он работает как фильтр верхних частот. Таким образом, он разрешает только высокочастотный звуковой сигнал. Между контактами 2 и 4 находится резистор, называемый резистором обратной связи. Этот резистор обратной связи используется для получения усиления.
Выход TDA2030 соединен последовательно с конденсатором, пропускающим усиленный сигнал на динамик. Эта схема сабвуфера имеет выходную мощность 12 Вт.
Здесь мы можем использовать динамики сопротивлением от 4 до 6 Ом. Для снятия высокой температуры в TDA 2030 лучше использовать радиатор. При необходимости вы также можете добавить охлаждающий вентилятор для лучшей работы.
Похожие сообщения:
Схема усилителя сабвуфера TDA2030 — ElecCircuit.com
от Apichet Garaipoom
Это схема усилителя сабвуфера TDA2030, в которой используется интегральная схема. и транзистор BD249 или TIP31 или TIP41 или C1061 и BD250 или TIP32 или TIP42 или A671. Это хорошая схема и проста в использовании.
Мы разрабатываем схему с TDA2030A в качестве драйвера для питания выходного транзистора с выходной мощностью до 30 Вт. Затем соедините обе цепи вместе, чтобы увеличить выходную мощность до 4 раз, и даже максимальная выходная мощность составляет 200 Вт.
Схема схемы усилителя сабвуфера TDA2030
Может не бить, так как эта схема дает электрическую мощность около 120 Вт на нагрузку 2 Ом. Увидев схему, вы подумаете об использовании важного оборудования. Необходимо использовать источник питания, соответствующий напряжению +15 В и -15 В, току 2 ампера. Кроме того, следует использовать радиатор на соответствующих размерах микросхем TDA2030 и Q1-Q4 BD249 , BD250 , схема уже предусмотрена. Легкое построение не должно ничего украшать.
— Преимущество этой схемы, напряжение источника питания низкое (по сравнению с другими схемами. Ватты равны по размеру), поэтому я использовал низковольтный конденсатор, меньше и дешевле.
— Как видно из схемы, мы вводим сигнальный вход на контакт 1 сбоку одинарного. Контакт 1 IC2 (TDA2030) подключен к земле, а выходной сигнал подается обратно на инвертирующий контакт (контакт 2) IC2. Позволяет нам сигнал с противоположной фазой, вход в усилитель автоматически.
