Усилитель низкой частоты на TDA2030. Простой лабораторный блок питания на микросхеме TDA2030A

TDA2030 является монолитной интегральной схемой, выпускается в Pentawatt корпусе. Предназначена для использования в качестве усилителя низкой частоты класса AB. Как правило, она обеспечивает 14W выходной мощности (d = 0.5%) при 14V (двухполярном) или 28V (однополярном) напряжении питания и нагрузкой в 4 Ом, гарантированная выходная мощность 12W на 4 Ом нагрузки и 8W на 8 Ом.

TDA2030 обеспечивает высокий выходной ток и имеет низкие гармонические и переходные искажения. Предусмотрена оригинальная защита от короткого замыкания на выходе. Модуль защиты содержит устройство для автоматического ограничения рассеиваемой мощности таким образом, чтобы сохранить рабочую точку выходных транзисторов в пределах их безопасной эксплуатации. Имеется схема отключения при перегреве.

Абсолютные максимальные значения

Vs Напряжение питания – ± 18 (36) V
Vi Входное напряжение – Vs
Vi Дифференциальное входное напряжение – ± 15 V
Io Максимальный выходной ток (внутренне ограничивается) – 3.5 A
Ptot Мощность рассеивания при Tкорпуса = 90°C – 20 W
Tstg, Tj Температура хранения и температура кристалла – -40 до 150 °C

Распиновка tda2030 (вид сверху)

Испытательная схема

Температурные данные

Рисунок 1. Выходная мощность по сравнению с напряжением питания.

Рисунок 2. Выходная мощность по сравнению с напряжением питания.

Рисунок 3. Искажения в зависимости от выходной мощности.

Рисунок 4. Искажения в зависимости от выходной мощности.

Рисунок 5. Искажения в зависимости от выходной мощности.

Рисунок 6. Искажения в зависимости от частоты.

Рисунок 7. Искажения в зависимости от частоты.

Рисунок 8. Частотный диапазон с различными значениями конденсатора С8 (см. рис. 13).

Рисунок 9. Ток покоя в зависимости от напряжения.

Рисунок 10. Подавление помех питания в зависимости от усиления по напряжению.

Рисунок 11. Мощность рассеиваемая и эффективность в зависимости от выходной мощности.

Рисунок 12. Максимальная рассеиваемая мощность в зависимости от напряжения питания.

Информация по применению

Рисунок 13. Типовая схема умзч на микросхеме tda2030 с двухполярным питанием.

Рисунок 14. Печатная плата для усилителя на tda2030 для схемы рис. 13.

Рисунок 15. Типовая схема умзч на микросхеме tda2030 с однополярным питанием.

Рисунок 16. Печатная плата для усилителя на tda2030 для схемы рис. 15.

Рисунок 17. Мостовая схема tda2030 с двухполярным питанием (Ро = 28W, Vs = ± 14В).

Земля от источника питания должна подводиться разными проводниками к входным и к выходным цепям, тем самым ослабляется влияние сильноточных выходных цепей на слаботочные входные.

При однополярном питании, изоляция корпуса от радиатора не требуется.

Защита от короткого замыкания

TDA2030 имеет оригинальную схему, которая ограничивает ток выходных транзисторов. На рис. 18 показано, что максимальный выходной ток является функцией от напряжения коллектор-эмиттер; следовательно, выходные транзисторы работают в безопасной области (рис. 2).

Поэтому эту функцию можно рассматривать как ограничение пиковой мощности, а не просто ограничение тока. Это уменьшает возможность того, что устройство будет повреждено во время случайного короткого замыкания выхода на землю.

Рисунок 18. Максимальный выходной ток в зависимости от напряжения каждого выходного транзистора.

Рисунок 19. Безопасная область.

Тепловая защита

Наличие тепловой ограничивающей схемы предлагает следующие преимущества.

Микросхема усилитель TDA2030 является достаточно популярной и дешевой микросхемой позволяющей построить качественный усилитель для бытовых нужд. Может работать как от двухполярного, так и однополярного источника питания.

TDA2030 является монолитной интегральной микросхемой в корпусе типа Pentawatt с пятью выводами.

Микросхема предназначена для изготовления низкочастотных усилителей звука класса AB.

Усилитель класса «A» – является линейным, усиление совершается на линейном участке вольт-амперной характеристики. Достоинством является хорошее качество усиления и практически нет переходных искажений. К недостаткам можно отнести не экономичный в плане энергопотребления, отсюда низкий КПД.

Усилитель класса «В» – усиление происходит активными транзисторами, причем каждый работает в ключевом режиме, усиливая свою часть полуволны сигнала. У данного класса высокий КПД, но вместе с тем и уровень нелинейных искажений выше, по причине несовершенной стыковки обоих полуволн.

Усилитель класса «AB» – усредненный вариант. По причине начального смещения снижаются нелинейные искажения звукового сигнала («стыковка» приближена к совершенной), но происходит ухудшение в плане экономичности.

Микросхема обеспечивает 14 ватт выходной мощности (d = 0,5%) при 14 В (двухполярном) или 28 В (однополярном) напряжении питания и нагрузки в 4 Ом. А также обеспечивает гарантированную выходную мощность в 12/8 ватт при нагрузки 4/8 Ом.

TDA2030 создает высокий выходной ток и имеет очень низкие гармонические и перекрестные искажения.

Гармонические колебания возникают из-за искажения формы напряжения от идеальной синусоиды. Это приводит к тому, что, помимо колебания первостепенной частоты (первой гармоники), в форме напряжения возникают колебания высших гармоник, которые и являются гармоническими искажениями.

Перекрестные искажения являются причиной нелинейной входной характеристики транзисторов, функционирующих в усилителях режима «В».

Кроме того, TDA2030 включает в себя оригинальную и запатентованную систему защиты от короткого замыкания, состоящую из модуля автоматического ограничения рассеиваемой мощности для удержания рабочей точки выходных транзисторов в пределах их безопасного рабочего диапазона. Так же имеется типовая схема отключения по перегреву.

Технические характеристики TDA2030

Габаритные размеры и распиновка выводов микросхемы TDA2030

Типовая схема включения TDA2030 с выходной мощностью до 14 ватт

В качестве входного сигнала (приблизительно 0,8 вольт) может выступать аудиосигнал с выхода CD/DVD проигрывателя, радиоприемника, MP3 плеера. К выходу необходимо подключить громкоговоритель с сопротивлением катушки 4 Ом. Переменный резистор Р1 предназначен для изменения величины входного аудиосигнала. Если необходимо усилить достаточно слабый сигнал, например, сигнал с микрофона или со звукоснимателя электрогитары, то в этом случае необходимо применить .

Предусилитель – усилитель слабого сигнала, расположенный, как правило, вблизи источника этого сигнала для предотвращения всевозможных искажений из-за различных наводок. Используется для усиления слаботочных сигналов с таких устройств как микрофоны, всевозможные звукосниматели.

Источник питания желательно собрать на отдельной плате от самого усилителя. Схема источника питания достаточно проста.

Выпрямительным трансформатором может быть любой трансформатор, обеспечивающий на вторичной обмотке напряжение около 20…22 вольт. Для нормальной работы усилителя, микросхему TDA2030 желательно установить на теплоотвод. В качестве, которого вполне подойдет небольшая алюминиевая пластина толщиной около 3 мм с общей площадью поверхности приблизительно 15 кв. см. Собранный без ошибок усилитель в наладке не нуждается и начинает работать сразу.

Мостовая схема включения TDA2030

В случае если необходимо получить более мощное усиление звука, то можно собрать усилитель по мостовой схеме подключения TDA2030

Акустический сигнал с выхода микросхемы DA1 поступает сквозь делитель на резисторах R5, R8 на инвертирующий вход микросхемы DA2. Это позволяет работать в противоположной фазе. В связи с чем увеличивается напряжение на нагрузке, и, следовательно усиливается мощность на выходе. При напряжении питания 16 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом выходная мощность может составить 32 Вт.

В обзоре изучаем радиоконструктор УНЧ класса АВ (2+1) на микросхемах TDA2030.
Схема, описание конструктора, замена микросхем на TDA2050/LM1875, измерения, возможный апгрейт.

Характеристики УНЧ
1. Класс АВ
2. Напряжение питания двойное 12V АС 30W. Лучше использовать трансформатор мощностью 40W и больше.
3. Максимальная выходная мощность 15 Ватт на канал
4. Сопротивление нагрузки 4 to 8 Ω
5. Микросхемы защищены от перегрева, короткого замыкания.
6. Возможность подключить пассивный сабвуфер.
7. THD 0.1% или меньше.

Упаковка

Конструктор:

Двухсторонняя печатная плата (качественная):

Детальки подробно

Конденсаторы:

Потенциометры (все на 50 кОм, линейные):

Фурнитура:

TDA2030, ОУ NE5532, стабилизаторы на 12 В.

Радиатор для одной TDA2030. Двумя ножками впаивается в плату:

Считаем площадь: (3*3+1,5*3*2+0,7*3*6)*2=61.2 см^2
Трансформатор для питания (мой) 40 Ватт, две обмотки по 12 В переменки:

Схема УНЧ

Схему по печатке восстанавливал. Возможно где-то ошибся. Если кто-то ошибку заметит - пишите, исправлю.

По даташиту TDA2030 соетуют ставить два конденсатора (электролит в 100 мкФ и шунтирующий пленку-керамику 0.1 мкФ) и два диода на питание каждой микросхемы:

Тут нету их.
Две TDA2030 стоят на правый-левый каналы, две включены в мост и используются для сабвуфера. Один предуслитель на NE5532 на общий вход работает, второй на сабвуфер.
На входе усилителя два электролита 4.7 мкФ, то же не очень хорошо. На входе каналов стоит керамика 0.1 мкФ. Тоже не хорошо.
Регулятор громкости после преда стоит. Можно сильным сигналом пожечь операционники.

Сразу напишу, что заменил все электролитические конденсаторы Chang на Jamicon 50 V. На фильтр питания поставил два кондера на 4700 мкФ*50 В (максимальные по емкости, которые залезли на плату). Планировал потестить усилок на питании 22-25 В, но из-за маленьких радиаторов от этой идеи отказался. В другом радиаторе 4 отверстия лень было сверлить и конденсаторы перепаивать тоже.

Прежде чем полностью распаивать усилитель, решил собрать только диодные мост на питание, фильтры питания и два канала - правый и левый. Предусилки и усилитель для сабвуфера решил не распаивать. Провел несколько экспериментов.

Результаты опытов с разными конденсаторами и микросхемами TDA2030/TDA2050/LM1875

Подключалось через плату защиты АС на всякий случай, АС Mission M51 8 Ом, источник ЦАП DAC Constantine + (Philips TDA 1545A + Analog Devices 826 opamp) по USB.

Первый тест. Керамика VS пленка
Сначала установил две микросхемы TDA2030 из набора. На одном канале установил керамические конденсаторы в 0.1 мкФ, на втором Wima MKP-4 0.1 мкФ 250 В. Конденсаторы Wima без проблем разместились на печатке:

Включил питание, послушал - результат очевиден. С Wima MKP-4 0.1 мкФ играет заметно лучше. Звук детальней. С керамикой «песочит» немного. Если на входе УНЧ вместо 0.1 мкФ установить пленку на 2 мкФ, то звук улучшается - басы лучше играет.
Звук микросхем TDA2030 достаточно жесткий. ВЧ (тарелочки, например) играет. с НЧ тоже ок на слух (особенно если на вход поставить пленку 2 мкФ).
Для дальнейших опытов убрал керамику, поставил везде Wima MKP-4 0.1 мкФ.

Дальше будем тестировать УНЧ с разными микросхемами. Напряжение питания оставил то же - 12 В двойной переменки.
Пациенты:

Справа налево: TDA2030 из набора, TDA2030 оффлайн куплена (левак видимо), TDA2050 оффлайн куплена, LM1875 оффлайн куплена. Все микросхемы взаимозаменяем. Отличаются друг от друга макс. напряжением питания, мощностью и уровнем искажений.
Крупным планом:
TDA2030 из набора:

TDA2030 оффлайн:

TDA2050 оффлайн:

LM1875 оффлайн:

Все тесты с трансформатором 12 В.

Второй тест. TDA2030 из набора VS TDA2030 оффлайн
Звук китайских микросхем из набора оказался лучше купленных оффлайн. На оффлайновых звук смазан. Китайские TDA2030 из набора больше понравились.

Третий тест. TDA2030 из набора VS TDA2050 оффлайн
Микросхема TDA2050 - более мощная микросхема. Если поднять напряжение питания до 22 В может выдать до 20 Вт на нагрузку в 8 Ом при THD 0.03% на 1кГц.
Установил. Послушал. С этим TDA2050 играет хуже. Звук как-то «размазан», вялый и немного приглушен. Странно, народу на форумах и обзорах TDA2050 больше нравится почему-то.

Четвертый тест. TDA2030 из набора VS LM1875 оффлайн
LM1875 - более мощная микросхема. Если поднять напряжение питания до 25 В может выдать до 20 Вт на нагрузку в 8 Ом при THD 0.015% на 1кГц.
Установил. Послушал. У LM1875 звук более детальный, чуть-чуть мягче TDA2030, но тоже достаточно жесткий, не вялый.

Итог - в моих тестах победила LM1875.
Есть в инете известный обзор на ютубе по тестам микросхем TDA2030, TDA2050,LM1875:
Там победила TDA2050. Выбор за вами.

Собрал конструктор. Все микросхемы, керамические конденсаторы из набора. Электролиты, как писал выше заменил. Операционники установил на панельки (их в наборе не было, свои поставил). Помыл плату. Вот что вышло:

Регуляторы справа налево: регулятор громкости, регулятор тональности, уровень сабвуфера. Два резистора - нормальные (нет треска, звука на мин положении, дисбаланса каналов и т.д.). Один (регулятор тональности) - немного трещит при вращении. Обычная лотерея на подобные дешевые детали.
Регулятор тональности работает на АЧХ так:

Проведем стандартные измерения напряжения в УНЧ.

Измерения напряжений

Переменное напряжение на трансформаторе питания
Одна обмотка:

Другая:

После диодного моста без нагрузки
Одна полярность:

Другая полярность:

Под нагрузкой (усилитель в клиппинге)

После стабилизаторов на ОУ

Подключим нагрузку (2 резистора 8 Ом на 100 Вт на каждый канал и 6 Ом 100 Вт на сабвуфер) и померим постоянку на выходе УНЧ при минимальном положении регулятора громкости:
Правый канал:

Левый канал:

Сабвуфер:

Померим работает ли УНЧ (подадим на вход сигнал 1 кГц и посмотрим осциллографом сигнал на выходе) и посчитаем мощность основных каналов (нагрузка 8 Ом). Два термометра - один на каналы, второй на усилитель для сабвуфера:

На входе:

На выходе:

Чуть больше и получаем клиппинг:

Pmax=(23,6/2)*(23,6/2)/8=17,4 Ватт
Prms=8.7 Ватт
Прямоугольник (крутим регулятор тональности до крайнего положения в право - иначе он кривой получается)

Все ок и тут.
Усилок для сабвуфера работает так:
На входе так:

На выходе так:

Если увеличить амплитуду сигнала на сабвуфере крайним левым резистором, получаем так:

Если еще больше - тогда так получается:

При увеличении частоты (например, до 400 Гц) получаем так:

Сдулось сабвуфер…

При температуре в примерно в 110 градусов на моих датчиках, срабатывает термозащита и микросхемы отключаются. Маленькие радиаторы и обдува нету.

Еще заметил, что встроенный преамп на ОУ усиливает звук всего процентов на 20%.

Тесты правого и левого канала с помощью программы RMAA

Тестировалось на нагрузке в 8 Ом, мощность выходная максимальная около 10 Ватт, при большей мощности появляются искажения.
Регулятор тональности на максимум:

Подключил усилитель к колонкам АС Mission M51 8 Ом, источник ЦАП DAC Constantine + (Philips TDA 1545A + Analog Devices 826 opamp) по USB. В качестве сабвуфера подключил старую колонку.
Послушал на разных треках. Усилитель в почти стоковом варианте работает неплохо. Так сказать, «весьма сбалансированно». Звезд не хватает, но свою цену отлично отыгрывает. Немного правда «песочит» и дает жесткий звук. Видимо из-за керамических конденсаторов. Лучше недорогих D-класса (например, микросхем PAM)

Тут на сайте есть обзор на подобный (идентичный видимо по схеме, но с другими деталями и цветом платы) усилок - . Автор его в корпус оформил.

Что имеем в итоге.
За свои деньги играет даже при в базовом наборе деталей достаточно неплохо. Конструктор можно использовать, если у вас завались пара колонок и сабвуфер (например от домашнего кинотеатра, автомобильная акустика, комповой акустики и проч). Там ему и место. Если только стерео, то продают кучу наборов в разных вариантах на этих микросхемах УНЧ только для стерео. Если акустика дешевая, то
смысла апгрейта по деталям нету. Если по-дороже - тогда меняем все конденсаторы 0.1 мкФ на приличную пленку, усиливаем батарею в блоке питания, меняем все проходные кондеры на пленку 2 мкФ, меняем микросхемы (УНЧ и ОУ) и регуляторы, для увеличения мощности поднимаем напряжение питания и ставим новый радиатор и т.д. правда после апгрейта стоить УНЧ будет дороже 10$.

Спасибо за внимание.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +42 Добавить в избранное Обзор понравился +40 +74

Усилитель класса АВ предназначен для использования в качестве усилителя мощности в бытовой технике. Микросхема TDA2030 имеет тепловую защиту и защиту от короткого замыкания выхода на корпус. Коэффициент усиления в усилителях с обратной связью не должен быть меньше 24 дБ.

Рис.1. Цоколевка микросхемы TDA2030

Рис.2. Схема включения микросхемы TDA2030 с двуполярным питанием

Рис.3. Печатная плата усилителя на TDA2030 с двуполярным питанием

Рис.4. Схема включения микросхемы TDA2030 с однополярным питанием

Рис.5. Печатная плата усилителя на TDA2030 с однополярным питанием

Коэффициент усиления в усилителях с обратной связью не должен быть меньше 24 дБ. Рекомендованные значения навесных элементов приведены в таблице, но могут быть использованы и другие значения. Таблица предназначена для ориентирования разработчиков автоаппаратуры.

Обозначение	Рекомендуемое значения	Назначение	Больше рекомендованного	Меньше рекомендованного
C1	1 мкФ	Входная развязка по постоянному току	-	Увеличение нижней частоты среза
C2	22 мкФ	Развязка по постоянному току инвертирующего входа	-	Повышение нижней частоты среза
C3, C4	0,1 мкФ	Развязка по питанию	-	Опасность генерации
C5, C6	100 мкФ	Развязка по питанию	-	Опасность генерации
C7	0,22 мкФ	Частотная стабилизация	-	Опасность генерации
C8	1/(2πFR1)	Верхняя частота среза	Уменьшение полосы пропускания	Увеличение полосы пропускания
R1	22 кОм	Коэффициент усиления	Увеличение усиления	Уменьшение усиления
R2	680 Ом	Коэффициент усиления	Уменьшение усиления	Увеличение усиления
R3	22 кОм	Смещение неинвертирующего входа	Увеличение входного сопротивления	Уменьшение входного сопротивления
R4	1 Ом	Частотная стабилизация	Опасность генерации на высоких частотах с индуктивной нагрузкой
R5	3*R2	Верхняя частота среза	Плохое ослабление высоких частот	Опасность генерации

Защитные цепи микросхемы TDA2030 ограничивают выходные токи выходных транзисторов таким образом, что их рабочие режимы не выходят за пределы зоны безопасной работы. Эта функция скорей может быть отнесена к классу ограничителей пиковой мощности, чем к ограничителям тока. Благодаря ей значительно уменьшается вероятность повреждения устройства в результате случайного короткого замыкания выхода усилителя на корпус.

Что касается тепловой защиты, то при повышении температуры кристалла выше 150°С, система тепловой защиты ограничивает ток потребления и рассеиваемую мощность. Поэтому даже постоянная перегрузка выхода или слишком высокая температура воздуха не приведут к порче микросхемы TDA2030. Радиатор можно делать без запаса на безопасность при перегреве, как это делается в классическом варианте теплового расчета.

Между микросхемой TDA2030 и теплоотводом изоляция не требуется. Рекомендуется применение теплопроводящей пасты.

Печатные платы и схемы включения для микросхемы TDA2030 полностью соответствуют TDA2006.