Двухканальный мостовой усилитель на TDA1554Q

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на микросхемах

Опубликовано: 19.03.2017 14:41

Просмотров: 3732

Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) со встроенным источником питания, имеющий реальную выходную мощность не менее 8 Вт в каждом канале, можно собрать в малогабаритном корпусе размерами всего 170x150x50 мм. Этот усилитель обеспечивает высокое качество звучания и не требует для своего изготовления больших трудозатрат и денежных средств.

Принципиальная схема двухканального мостового УМЗЧ показана на рис.1.
 
 Усилитель построен на двух интегральных микросхемах типа LM358N и TDA1554Q. На микросхеме DA1 собран предварительный нормирующий усилитель. Стереосигнал звуковой частоты через резисторы R1 и R2 поступает на регулятор громкости - сдвоенный переменный резистор R9. С подвижных контактов переменного резистора сигналы звуковой частоты через разделительные конденсаторы С7, С8 поступают для усиления на сдвоенный малошумящий операционный усилитель DA1, оба канала которого включены как неинвертирующие усилители. Коэффициент усиления по напряжению DA1.1 и DA1.2 зависит от соотношения сопротивлений резисторов R12/R10 и R16/R14. При указанных на схеме сопротивлениях этих резисторов усиление DA1 будет около 7 для каждого из каналов. Конденсаторы С1, С2 предотвращают проникновение на вход усилителя радиочастот. Микросхема DA1 получает питание через RC-фильтр R22C23C24. Резисторы R13, R17 образуют делитель напряжения «средняя точка», которое необходимо для корректной работы DA1 при однополярном питании.
С выходов DA1 усиленный стереосигнал через разделительные конденсаторы СЗ, С4 и резисторы R3, R4 поступает на регулятор стереобаланса -переменный резистор R5. С подвижных движков переменного резистора R5 стереосигнал через разделительные конденсаторы С5, С6 поступает на оба входа усилителя мощности звуковой частоты DA2. Микросхема TDA1554Q содержит четыре канала усиления, выполненных по двухтактной схеме. Ее внутренняя структура (рис.2)
 
 допускает ее использование как в виде обычного четырех-канального УМЗЧ, так и включение микросхемы по схеме двухканального мостового усилителя. Микросхема способна развивать в мостовом включении выходную мощность до 22 Вт в каждом канале при напряжении питания 13,2 В. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 0,1% при выходной мощности 1 Вт.
В качестве нагрузки к выходам микросхемы DA2 могут быть подключены акустические системы с комплексным сопротивлением 4 Ом и более. Размах амплитуды выходного сигнала на подключенной нагрузке составляет около 22 В при напряжении питания ИМС DA2 12 В. Выключатель SA2 предназначен для отключения акустических систем. К гнезду XS4 можно подключить стереонаушники. Резисторы R18-R21 ограничивают поступающую на наушники мощность.
Микросхема TDA1554Q - это относительно старая разработка фирмы Philips. Выбор такой микросхемы для этого усилителя мощности был обусловлен тем, что более современные микросхемы TDA****, KIA**** (способные работать в двухканальном мостовом УМЗЧ), которые были опробованы автором для работы в этом усилителе, оказались или некачественными, или частично или полностью бракованными.
Узлы УМЗЧ получают питание от нестабилизированного трансформаторного источника постоянного напряжения. Сетевое напряжение
поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1 через разрывной резистор R8 и замкнутые контакты сетевого выключателя SA1. С вторичной обмотки трансформатора напряжение около 12В переменного тока через плавкий предохранитель FU1 поступает на мостовой выпрямитель, собранный на четырех диодах Шотки VD1-VD4. Использование таких диодов позволяет снизить потери мощности в выпрямителе, что позволяет более полно использовать мощность понижающего трансформатора, и примерно на 1 В увеличить напряжение на выходе выпрямителя, что актуально при относительно низковольтном напряжении питания узлов усилителя. Конденсаторы большой емкости С17 и С18 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения. Двухобмо-точные дроссели уменьшают негативное влияние на работу УМЗЧ импульсных и высокочастотных помех. Светодиод HL1 светится при наличии напряжения питания.
Усилитель не содержит узлов эквалайзера или регуляторов тембра, поскольку эти функции содержатся практически в каждом цифровом звуковоспроизводящем устройстве (от компьютеров до самых дешевых МРЗ плееров), и дублировать их нет смысла. К тому же, качественные фонограммы обычно не требуют дополнительной регулировки АЧХ, а добавлять «низы» и «верха» -это вредная привычка.
Конструкция и детали
Узлы усилителя мощности смонтированы на плате размерами 95x75 мм (рис.3).
 
 Все компоненты устройства были размещены в металлическом корпусе от автомагнитолы (см. фото в начале статьи). Для лучшего охлаждения в нижней и боковых металлических стенках корпуса просверлено около двухсот отверстий диаметром 2,7 мм. Корпус можно покрасить автомобильной эмалью желательно темного цвета. Перед покраской корпус должен быть хорошо очищен и обезжирен.
Узел выпрямителя смонтирован на отдельной плате размерами 60x38 мм.
Постоянные резисторы подойдут типов МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23, РПМ и аналоги. На месте резистора R8 желательно применить невозгораемый резистор Р1-7 или импортный разрывной. Его сопротивление выбирают так, чтобы при работе усилителя в режиме максимальной громкости этот резистор рассеивал около 50% допустимой для него мощности. Переменные резисторы типа СПЗ-33-23 или аналогичные сдвоенные. Металлические экраны переменных резисторов должны быть соединены с общим проводом.
Для регулятора громкости подойдет резистор сопротивлением 22... 100 кОм. Для регулятора стереобаланса необходим резистор сопротивлением 10...22 кОм с линейной характеристикой зависимости сопротивления от угла поворота подвижного контакта. При выборе переменных резисторов следует учитывать, что чем больше сопротивление примененного переменного резистора, тем больше будет уровень собственных шумов подключенной к нему микросхемы. Для уменьшения количества проводных соединений резисторы R1, R2 и конденсаторы С1, С2 припаяны непосредственно к контактам переменного резистора R9. С этой же целью к выводам переменного резистора R5 припаяны резисторы R6, R7.
Оксидные конденсаторы - импортные аналоги К50-68. При наличии свободного места в корпусе суммарную емкость конденсаторов фильтра выпрямленного напряжения желательно увеличить до 15000...22000 мкФ. Конденсатор С17 должен быть установлен вблизи выводов питания микросхемы DA2. Конденсаторы С5-С8 - малогабаритные пленочные. Остальные неполярные конденсаторы -К10-17, КМ-5, КМ-6 или импортные аналоги на рабочее напряжение не менее 16В.
Конденсатор С14 устанавливается вблизи выводов питания DA2. Конденсатор С23 устанавливается вблизи выводов питания DA1. Для оптимизации монтажа часть постоянных резисторов и керамических конденсаторов можно применить в SMD исполнении.
Диоды Шотки 1N5822 можно заменить SR360, SR306, MBR360, DQ06. При напряжении на вторичной обмотке трансформатора 13... 14 В при токе нагрузки 2 А желательно применить более мощные диоды Шотки, например, MBRD660CT, MBR1060, 50WR06. При отсутствии таких диодов можно установить по 2 диода 1 N5822, включенных параллельно (всего 8 шт. диодов), токовыравнивающие резисторы для параллельно включенных выпрямительных диодов в этой конструкции не нужны.
Светодиод RL50-YG413 можно заменить любым немигающим общего применения видимого цвета свечения. Микросхему LM358N можно заменить любой из этой серии.
Микросхему TDA1554Q необходимо установить на дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности от 300 см2. Теплоотвод для лучшего охлаждения прикручен к металлическому корпусу усилителя.
Автор применил трансформатор от устаревшего импортного видеомагнитофона. Габаритная мощность трансформатора около 40 Вт, напряжение на вторичной обмотке 12 В при токе нагрузки 2 А. Из отечественных унифицированных подойдет ТПП40, обе 12 В обмотки которого следует включить параллельно.
Металлический корпус усилителя соединен в одной точке с сигнальным «общим» проводом -«масса» гнезда XS1, или общая точка переменного резистора R9. Все дроссели содержат по 3 витка сложенного вдвое монтажного провода с сечением по меди 0,75 мм2, намотанных на кольцах внешним диаметром 10... 12 мм из низкочастотного феррита. Выключатель SA1 любой, рассчитанный на коммутацию напряжения 220 В переменного тока.
Выключатель SA2 типа П2К с четырьмя группами контактов, соединенных попарно. Можно применить другой выключатель, контакты которого рассчитаны на коммутацию тока не менее 3 А. Особенности монтажа УМЗЧ
Для получения высокого качества звучания усилителя необходима тщательно продуманная разводка силовых и сигнальных цепей. Например, каждый вывод 7, 11, 13, 14 DA2 должен быть подключен к конденсатору С17 отдельными максимально короткими проводниками с сечением по меди не менее 1 мм2 при навесном монтаже или широкими умощненными дорожками при печатном монтаже. Также отдельным проводником или дорожкой подключается к С17 вывод 3 DA2. При неудачной разводке силовых и сигнальных цепей возможно появление фона переменного тока и/или резкий рост искажений на средней и максимальной громкости.
Изготовленный усилитель тестировался с АС закрытого типа, выполненных на основе отечественных широкополосных динамических головок 10ГДШ-1. Развиваемой усилителем мощности, при работе с такими АС, более чем достаточно для озвучивания жилой комнаты средних размеров. При выходной мощности более 10 Вт в каждом канале при воспроизведении музыкального сигнала становятся заметны на слух искажения, вызванные ограничением амплитуды выходного сигнала. Температура внутри корпуса устройства при длительной работе на максимальной громкости не превышает 45°С, при комнатной температуре 18°С. Вес усилителя около 2 кг.
Другие варианты конструкции
При желании, этот усилитель можно установить в компьютерный корпус, например, смонтировав его в корпусе от неисправного DVD привода, установленного в 5-дюймовый отсек. В этом случае питание +12 В от источника питания ПК на усилитель подают через мощный однообмоточный дроссель (вместо L3) индуктивностью 100...500 мкГн, наличие немагнитного зазора обязательно, и плавкий предохранитель. Компьютерный ИП должен быть рассчитан на отдачу не менее 50 Вт дополнительной мощности. Для «типичного» современного ПК стоимостью 500-800 USD будет достаточно источника питания мощностью от 550 Вт.
При подключении АС следите за правильной фазировкой динамических головок. «Общий» провод усилителя должен быть подключен к металлическому корпусу ПК вблизи выходных разъемов звуковой карты. Общие (черные) провода, идущие от источника питания ПК на 4-контактный Molex разъем питания, остаются незадействованными. Корпус ПК, с установленным в него усилителем мощности, должен хорошо вентилироваться. Для уменьшения акустического шума при работе УМЗЧ можно применить корпусные вентиляторы с термодатчиками.
PA 6'2011