Тда 2030а схема усилителя однополярное питание: Страница не найдена

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	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.

Обычно именно она указывается как номинальная «приличными» производителями (а не пиковая — PMPO).

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. Лучше было бы, если бы этих отверстий было не 2, а 4 (по всем углам), но так — тоже сгодится.

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.

   Конденсатор C4 предотвращает смещение уровня на инвертирующем входе относительно середины питания и заодно ограничивает полосу пропускания снизу. 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 мощности НЧ 8 Вт

Хотя TDA2030 способен выдавать 20 Вт мощности звука, я намеренно уменьшил выходную мощность примерно до 8 Вт, чтобы управлять динамиками мощностью 10 Вт. Этого более чем достаточно для небольшой комнаты. Входная чувствительность 200 мВ. Более высокие уровни входного сигнала, естественно, дадут больший выход, но при этом не должно быть слышно искажений.

Содержание

1. Усилитель на микросхеме TDA2030 мощностью 8 Вт
2. Схема с двухполярным напряжением питания мощностью 18 Вт
3. Схема однополярного включения
4. Усилитель с выходной мощностью 35 Вт с транзисторами установленных на радиаторах
5. Усилитель включенный по схеме в мост, используя при этом пару микросхем TDA2030 с общей на выходе мощностью 32 Вт.
6. Принципиальная схема усилителя на 3 полосы с включенными в нее частотными фильтрами

Усилитель на микросхеме TDA2030 мощностью 8 Вт

Коэффициент усиления устанавливается резисторами 47 кОм и 1,5 кОм. Микросхема TDA2030 доступна по приемлемой цене и является хорошей заменой УНЧ для аудиосистем с низким и средним энергопотреблением. Кстати, именно эффективность динамика определяет, насколько «громкий» звук.

Эффективность громкоговорителя или уровень звукового давления (SPL) обычно указывается в дБ/метр. Динамический излучатель с уровнем звукового давления 97 дБ/м будет звучать громче, чем динамик с уровнем звукового давления 95 дБ/м.

Для тех, кому нужна мощность повыше, ниже предлагаются несколько вариантов подключения этой универсальной и популярной микросхемы. Этот усилитель отлично подходит для установки в автомобиль.

Схема с двухполярным напряжением питания мощностью 18 Вт

На представленной выше схеме показан стандартный вариант включения микросхемы TDA2030 как неинвертирующего усилителя.

Схема однополярного включения

Так как микросхема TDA2030 является универсальным прибором, то ее можно применять как усилитель мощности звука в составе однополярного блока питания. Построенная по такому варианту схема, будет работать с напряжением питания до +36v, в отличии от двухполярного БП, где требуется питание +/- 18v.

Обозначенные в схеме выпрямительные диоды 1N4007, при необходимости можно поменять на диоды имеющие схожие параметры. Хотя у 1N4007 характеристика и так довольно приличная:

Значение	Параметры
Предельный долговременный прямой ток при 75°С	1.0 А
Предельный импульсный ток при длительности импульса 3.8 мс	30 А
Падение напряжения на диоде при токе 1.0А	1.1 В
Интервал рабочих температур	-65…+175°С
предельная рабочая частота	1 МГц

Усилитель с выходной мощностью 35 Вт с транзисторами установленных на радиаторах

Этот вариант схемы усилителя использует микросхему TDA2030 в качестве драйвера для выходного каскада, созданного на комплементарной паре биполярных транзисторах средней мощности Q1 BD538 (p-n-p ) и Q2 TIP41C (n-p-n). Если возникнут затруднения с поиском выше обозначенных транзисторов, то их можно заменить также на отечественную комплементарную пару, например: КТ819 и КТ818.

Обратите внимание! Силовые транзисторы выходного каскада обязательно нужно устанавливать на теплоотвод с достаточной площадью рассеивания тепла, кроме этого, микросхема также должна быть размещена на отдельном радиаторе.

Данная схема при напряжении питания +/- 18v, обеспечивает выходную мощность 35 Вт.

Усилитель включенный по схеме в мост, используя при этом пару микросхем TDA2030 с общей на выходе мощностью 32 Вт.

Представленные выше схемы могут усиливать аудио сигнал только одного канала. В случае построения стерео усилителя, потребуется делать идентичную плату для другого канала. Однако, представленная ниже схема обеспечит вам возможность сборки как моно усилителя, так и стерео. В стерео варианте вы получите мощность 32 Вт.

Здесь показана схема используемая двухканальное усиление сигнала:

В данном случае, нет никакой сложности, всего лишь две идентичные схемы усилителя.