Предлагаемый проект можно назвать «Возвращаясь к опубликованному», поскольку он является продолжением статьи Стереофонический аудиоусилитель на микросхеме TDA2616 [1]. При обсуждении на Датагоре указанной публикации были эмоционально рассмотрены как глобальные проблемы типа: «зачем приведены определенные размеры помещений, если можно было обратиться к древним грекам?» и «не хочется стареть!», так и конкретный вопрос: «что можно сказать про микросхемы TDA7265 и TDA7269, применяемые в высококачественных музыкальных центрах и стереофонических телевизионных приемниках?».
Не в силах повлиять на законы природы, постараюсь осветить конкретный вопрос.
↑ Заглянем в даташиты
Проанализировав номенклатуру микросхем, выпускаемых ST Microelectronics, я выявил три полностью взаимозаменяемые микросхемы в корпусе Multiwatt11: TDA7269, TDA7265 и TDA7292. В Сети можно найти много вариаций даташитов на все эти чипы (см. ссылки внизу).
Мощные двухканальные Hi-Fi усилители предназначены для высококачественной стереоаппаратуры, музыкальных центров и телевизоров класса Hi-Fi. Они имеют широкий диапазон напряжения питания, двухполярное питание, режим приглушения звука (Mute), режим ожидания, защиту от короткого замыкания и перегрева.
Я приобрел две из указанных микросхем, третью заказал в магазине, а испытал в работе пока что только TDA7265.
Характеристики микросхем при двухполярном питании приведены в табл. 1, а назначение выводов — в табл. 2.
Обратите внимание, что разработчики не приводят значений выходной мощности микросхемы TDA7265B при сопротивлении нагрузки Rн=4 Ом. Предположу, что нужно ориентироваться на соответствующие параметры микросхемы без индекса.
В зависимости от типа микросхемы выходной пиковый ток составляет 4…5,5 А. Температура отключения при перегреве 145°С.
Скорость нарастания выходного напряжения VUвых=10 В/мкс, коэффициент усиления с разомкнутой петлей отрицательной обратной связи KU0=80 дБ. Входное сопротивление в неинвертирующем включении Rвх=20 кОм.
↑ Разберемся с корпусом микросхемы
Различают две микросхемы: одну TDA2822, другую с индексом «М» — TDA2822М. Интегральная микросхема TDA2822
(Philips) предназначена для создания простых усилителей мощности звуковой частоты. Допустимый диапазон питающих напряжений 3…15 В; при Uпит=6 В, Rн=4 Ом выходная мощность составляет до 0,65 Вт на канал, в полосе частот 30 Гц…18 кГц. Корпус микросхемы Powerdip 16.
Микросхема TDA2822M
выполнена в ином корпусе Minidip 8 и имеет отличающуюся цоколевку при несколько меньшей максимальной рассеиваемой мощности (1 Вт против 1,25 Вт у TDA2822).
↑ Принципиальная схема усилителя
Тестовая схема включения микросхем из даташита практически пригодна для «боевого» применения (рис. 1).
Рис. 1.
Схема включения микросхем при питании от двухполярного источника
В реальной схеме (рис.2) воспользуемся рекомендациями, изложенными в публикации [1].
Рис. 2.
Принципиальная схема усилителя
Коэффициент усиления
с замкнутой петлей ООС KU=1+R7/R5=1+R8/R6=33,26 (30,4 дБ).
Выходная мощность определяется типом примененной микросхемы и сопротивлением нагрузки (см. табл. 1).
Управление микросхемой осуществляется подачей соответствующих напряжений на вывод 5 (Mute/Stand-by) микросхемы DA1.
Рабочий режим Play реализуется при напряжении, меньшем чем +Uп-6. Например, для напряжения питания ±20 В режим Play обеспечивается при напряжении на выводе 5 микросхемы от 0 до 14 В.
Для режима отключения звука Mute достаточно подать напряжение в диапазоне от +Uп-6 до +Uп-2,5 (от 14 В до 17,5 В).
Микросхема входит в режим ожидания (Stand-by) при напряжении, большем чем +Uп-2,5 (в нашем примере от 17,5 В до 20 В).
Схема управления на транзисторе VT1 необходима для развития, при реализации микропроцессорного управления. Для постоянно включенной микросхемы (режим Play) вполне достаточно соединить вывод 5 микросхемы с общим проводом.
В зависимости от положения джамперов P1 и P2 схема управления обеспечивает напряжение на выводе 5, равное 11,5 В в режиме Play; 16,1 В в режиме Mute и около 20 В в режиме Stand-by.
Для снижения электролитических искажений емкость конденсаторов С1, С2 увеличена в два раза по сравнению с типовой схемой включения.
Для подавления радиочастотных помех добавлены входные пассивные ФНЧ R3, C3 и R4, C4.
В целях предотвращения самовозбуждения УМЗЧ на комплексной нагрузке и без нее, включены цепи Зобеля R9, C9 и R10, C10.
Схемотехника одноплатного стерео усилителя для наушников на микросхеме TDA2822
Посмотрим ещё раз на плату усилителя вертикально сверху:
За исключением входной цепи, плата соответствует типовой схеме, приведённой в datasheet:
Что касается входной цепи, то она включает переменный резистор регулировки громкости номиналом 50К; а за ним идут делители напряжения, состоящие из резисторов 22К 1% и 1.5К 1%.
Итого, коэффициент деления составляет (22+1.5)/1.5 = 15.67.
Соответственно, коэффициент усиления всей платы в максимальном положении регулятора громкости составит 89.12/15.67 = 5.69 ; где 89.12 — коэффициент усиления самой микросхемы (39 дБ, переведённые в «разы»).
В процессе тестирования рассчитанный коэффициент усиления подтвердился с хорошей точностью.
Вернёмся к входной цепи.
Номинал электролитических конденсаторов, подсоединённых к выводам 5 и 8 микросхемы, составляет 10 мкФ (а не 100, как указано на схеме; но здесь это допустимо).
Номинал блокировочного конденсатора по питанию составляет 470 мкФ * 16 В, что полностью одобряем.
На выходе RC-цепочки C6R3 и C7R4 служат для предотвращения самовозбуждения усилителя.
Вот, собственно, и вся схема.
Есть в datasheet ещё и вариант включить эту двухканальную микросхему в режиме одноканального мостового усилителя (для стерео усилителя потребуются две микросхемы).
Но такая схема не подойдёт для работы на стандартные наушники с тремя проводами (общей землёй); она может работать только с независимым подключением динамиков.
Важное замечание: на плате нет диода «защиты от дурака» в цепи питания, в связи с чем перепутывать полярность питания нельзя ни разу!!!
↑ Детали, печатная плата и характеристики УМЗЧ
Детали усилителя
DA1 — TDA7265 STM, корпус Multiwatt 11 (замена: TDA7269, TDA7269A, TDA7265B, TDA7292) — 1 шт., VT1 — 2N2222 — 1 шт., VD1 — Стабилитрон BZX55C5V1 5,1V 0,4W, корпус DO-35 — 1 шт., R1, R2 — Рез.-0,25-1,0 МОм (коричневый, черный, зеленый, золотистый) — 2 шт., R3 — R6 — Рез.-0,25-620 Ом (синий, красный, коричневый, золотистый) или рез.-0,25-619 Ом 0,5% (синий, коричневый, белый, черный, зеленый) — 4 шт., R7, R8 — Рез.-0,25-20 кОм (красный, черный, оранжевый, золотистый) или рез.-0,25-20 кОм 0,5% (красный, черный, черный, красный, зеленый) — 2 шт., R9, R10 — Рез.-2-4,7 Ом (желтый, фиолетовый, золотистый, золотистый) — 2 шт., R11 — Рез.-0,25-2 кОм (красный, черный, красный, золотистый) — 1 шт., R12, R13 — Рез.-0,25-15 кОм (коричневый, зеленый, оранжевый, золотистый) — 2 шт., R14 — Рез.-0,25-18 кОм (коричневый, серый, оранжевый, золотистый) — 1 шт., C1, C2 — Конд. 2,2/50V 0511 NPL или конд. К73-17 имп. 2,2 мкФ х 100 В 5% POLYESTER BOXED, B32522C1225C1225J000 — 2 шт., C3, C4 — Конд. NPO 750 пФ 5% керам. имп. или FKP2 750 пФ х 100 В, WIMA — 2 шт., C5, C6, C9, C10 — Конд. К73-17 имп., 0,1 мкФ, 63В, 10%, POLYESTER BOXED, B32529C0104K000 — 4 шт., C7, C8 — Конд. 1000/50V 1331+105°С — 2 шт., C11 — Конд. 1/50V 0405+85°С — 1 шт., X1, X2 X3; X4, Х5, Х6 — TB-3 (300) клеммник 3 к. шаг 5 мм на плату — 2 шт., X7, X8; X9, X10 — TB-01A клеммник 2 к. шаг 5 мм на плату — 2 шт., J1, J2 — PLS-3 2,54 вилка 3 к. на плату — 2 шт., P1, P2 — MJ-0-4 съемная перемычка (джампер) с шагом 2,54 мм высотой 4,5 мм для штыревых контактов PLS — 2 шт., печатная плата 82×82 мм — 1 шт.
Вместо указанного на схеме транзистора 2N2222 можно применить транзисторы KSP2222, BC546, а также отечественные КТ3102А, КТ3102Б.
Любители, планирующие «выжать из схемы максимум», вместо неполярных конденсаторов С1, С2 и керамических С3, С4 могут использовать пленочные К73-17, WIMA. В этом случае печатную плату придется подкорректировать.
Для получения идентичных коэффициентов передачи каждого канала резисторы R5, R6 и R7, R8 необходимо подобрать попарно с отклонением от указанных на схеме номиналов не более 0,5…1%.
Трехконтактная вилка PLS может быть отрезана от длинной PLS-40 или PLS-80, имеющей требуемый шаг 2,54 мм.
Все детали УМЗЧ смонтированы на печатной плате (см. рис. 3), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Микросхема DA1 установлена на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности около 380 кв. см.
Рис. 3.
Размещение деталей стереофонического усилителя на печатной плате. Дорожки показаны на просвет
Блок питания заимствован от предыдущей конструкции [1, рис. 3]. Необходим силовой трансформатор мощностью 50 Вт и напряжениями на вторичных обмотках 2×12 В для Rн=4 Ом и 2×15 В для Rн=8 Ом.
Получены следующие характеристики:
Максимальная выходная мощность: Rн=8 Ом — 25 Вт, Rн=4 Ом — 20 Вт; Полоса пропускания по уровню — 3 дБ: 4 Гц…100 кГц; Входное напряжение: 0,4 В; Входное сопротивление: 20 кОм; Коэффициент гармоник: 0,02%; Разделение между каналами: не хуже 70 дБ.
Внешний вид и конструкция одноплатного 2-канального усилителя класса AB на микросхеме TDA2822
Посмотрим на плату усилителя в различных ракурсах (кликнуть для увеличения, откроется в новом окне):
Как видите, в комплект входит даже ручка для переменного резистора регулировки громкости.
Входной сигнал подаётся через гнездо для трёхштырькового разъёма — джека 3.5 мм.
Следующий ракурс:
Все внешние подключения, кроме входного аудиосигнала, осуществляются без помощи пайки — с помощью клеммников под винт, что очень удобно.
Далее — вид сверху:
Здесь видно, что деталей, действительно, очень немного.
Да и даже здесь четыре детали — не совсем обязательные; это — два делителя на резисторах, которые установлены сразу после регулятора громкости.
Особенность механической конструкции — наличие всего одного отверстия под винт для закрепления платы. Но это уже из серии «лучше, чем ничего».
Ещё один вид сверху — под «скользящим» освещением, чтобы было видно маркировку микросхемы:
Обратная сторона платы:
В следующей главе разберём, что к чему и зачем на этой плате усилителя.
↑ Упомянутые источники
• Стереофонический аудиоусилитель на микросхеме TDA2616 • Аудио усилитель TDA7265 2×25W. Объект «Труба» — отгадка • TDA7265 Справочный листок на Датагоре. • TDA7265 (25 +25W STEREO AMPLIFIER WITH MUTE & ST-BY, April 2002). • TDA7265B (30 W + 30 W stereo amplifier with mute and standby, December 2011). • TDA7269A (14W+14W STEREO AMPLIFIER WITH MUTE & ST-BY, June 2003). • TDA7292 (40 W + 40 W stereo amplifier with mute and standby, February 2012). • Баширов С. Р., Баширов А. С. Современные интегральные усилители. — М.: ЭКСМО, 2008. — 176 с. • Авраменко Ю. Ф. Качественный звук — сегодня это просто. — К.: МК-Пресс, 2007. — 288 с.
Спасибо за внимание!
↑ Эксперименты со стереофоническим усилителем
проводились в соответствии со схемами, изображенными на рис. 3 и 8. Стереофонический усилитель, показанный на рис. 3, может использоваться как с небольшими акустическими системами, так и с наушниками.
Кратко о назначении элементов.
Резисторы R1 и R2 определяют входное сопротивление усилителя. Конденсаторы С1, С2 в цепи ООС включены последовательно с резисторами R5, R6, которые позволяют в небольших пределах уменьшить коэффициент усиления в каждом из каналов усилителя. Как уже указывалось выше, сопротивление резисторов R5, R6 может находиться в диапазоне 100…240 Ом.
Поскольку на выходах УМЗЧ присутствует постоянное напряжение, примерно равное половине напряжения источника питания, соединение с нагрузкой выполнено через разделительные конденсаторы С3, С4.
На выходе каждого канала включены цепи Зобеля R3, C6 и R4, C7, обеспечивающие устойчивую работу усилителя. Кстати, без указанных цепей усилитель неработоспособен.
По цепи питания усилителя установлены два конденсатора: керамический С8 и оксидный С5.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 3. Принципиальная схема экспериментального стереофонического усилителя
Усилитель имеет следующие характеристики:
Напряжение питания Uп=1,8…12 В Выходное напряжение Uвых=2…4 В Потребляемый ток в режиме покоя Io=6…12 мА Выходная мощность Pвых=0,45…1,7 Вт Коэффициент усиления Ku=36…41 (39) дБ Входное сопротивление Rвх=9,0 кОм Переходное затухание между каналами 50 дБ.
С практической точки зрения для надежной эксплуатации усилителя целесообразно установить напряжение питания не более 9 В; при этом для нагрузки Rн=8 Ом выходная мощность составит 2х1,0 Вт, для Rн=16 Ом – 2х0,6 Вт и для Rн=32 Ом – 2х0,3 Вт. При сопротивлении нагрузки Rн=4 Ом оптимальным будет напряжение питания до 6 В (Pвых=2х0,65 Вт).
Коэффициент усиления микросхемы в 39 дБ даже с учетом небольшой корректировки резисторами R5, R6 в сторону уменьшения, оказывается чрезмерным для современных источников сигнала напряжением 250…750 мВ. Например, для Uп=9 В, Rн=8 Ом чувствительность со входа составляет около 30 мВ.
На рис. 4, а показана схема включения усилителя, позволяющая подключить персональный компьютер, MP3 плеер или радиоприемник с уровнем сигнала около 350 мВ. Для устройств с выходным сигналом 250 мВ сопротивления резисторов R1, R2 необходимо уменьшить до 33 кОм; при уровне выходного сигнала 0,5 В следует поставить резисторы R1=R2=68 кОм, 0,75 В – 110 кОм.
Сдвоенным резистором R3 устанавливают необходимый уровень громкости. Конденсаторы С1, С2 – переходные.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 4. Схема подключения УМЗЧ: а) — к акустическим системам, б) – к головным телефонам (наушникам)
На рис. 4, б показано подключение к усилителю разъема для наушников. Резисторы R4, R5 устраняют щелчки при подключении стереотелефонов, резисторы R6, R7 ограничивают уровень громкости.
В процессе экспериментов я пытал питал УМЗЧ как от стабилизированного блока питания (на интегральной микросхеме LM317 и транзисторе BD912), рис. 5, так и от аккумуляторной батареи емкостью 7,2 А•ч на напряжение 12 В с источником питания на фиксированные напряжения, рис. 6.
Напряжение питания подается по возможности короткой парой свитых вместе проводов. Правильно собранное устройство в наладке не нуждается.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 5. Принципиальная схема стабилизированного блока питания
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 6. Аккумуляторная батарея – лабораторный источник питания
Субъективная оценка уровня шумов показала, что при установке регулятора громкости на максимальный уровень шум едва заметен. Субъективная оценка качества звуковоспроизведения производилась без сравнения с эталоном. Результат – звук неплохой, прослушивание фонограмм не вызывает раздражения.
Я ознакомился с форумами по микросхеме в Интернете, на которых встретил множество сообщений о поисках непонятных источников шумов, самовозбуждения и других неприятностей. В результате разработал печатную плату, отличительной особенностью которой является заземление элементов «звездой». Фотовид печатной платы из программы Sprint-Layout показан на рис. 7.
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 7. Размещение деталей на экспериментальной печатной плате
При экспериментах на этой печатке ни с одним из описанных на форумах артефактов встретиться не удалось.
Детали стереофонического УМЗЧ на микросхеме TDA2822M
Печатная плата рассчитана на установку самых распространенных деталей: резисторов МЛТ, С2-33, С1-4 или импортных мощностью 0,125 или 0,25 Вт, пленочных конденсаторов К73-17, К73-24 или импортных МКТ, импортных оксидных конденсаторов.
Я применил недорогие, но надежные электролитические конденсаторы с низким импедансом, большим сроком службы (5000 часов) и возможностью работы при температуре до +105°С фирмы Hitano серий ESX, EHR и EXR. Следует помнить, что чем больше внешний диаметр конденсатора в серии, тем выше срок его службы.
Микросхема DA1 установлена в восьмивыводную панельку. Микросхему TDA2822M можно заменить на KA2209B (Samsung) или К174УН34 (ОАО «Ангстрем», г. Зеленоград) [2, 3]. ЧИП конденсатор С8 (SMD) размещен со стороны печатных дорожек.
Детали
DA1 — TDA2822M ST Корпус: DIP8-300 — 1 шт., SCS-8 Розетка dip узкая — 1 шт., R1, R2 — Рез.-0,25-10к (Коричневый, черный, оранжевый, золотистый) — 2 шт., R3, R4 — Рез.-0,25-4,7 Ом (Желтый, фиолетовый, золотистый, золотистый) — 2 шт., R5, R6 — Рез.-0,25-160 Ом (Коричневый, синий, коричневый, золотистый) — 2 шт., С1, С2 — Конд.100/16V 0611 +105°C — 2 шт., С3 — С5 — Конд.1000/16V 1021+105°C — 3 шт., С6, С7 — Конд.0,1/63V К73-17 — 2 шт., С8 — Конд.0805 0,1µF X7R smd – 1 шт.
Многие радиолюбители не без основания полагают, что лучше всего включать микросхемы в соответствии с Datasheet и использовать предлагаемые разработчиками печатные платы. Ниже приведены схемы и печатные платы, выполненные на основе документации с единственной доработкой — для повышения устойчивости работы усилителя параллельно оксидному конденсатору по цепи питания включен пленочный (рис. 8, 9).
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 8. Типовая схема включения микросхемы в стереофоническом режиме
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Рис. 9. Размещение элементов типового стереофонического УМЗЧ
Детали типового стереофонического УМЗЧ
При установке элементов на печатную плату советую воспользоваться простыми технологическими приемами, описанными в Датагорской статье [4].
Детали
DA1 — TDA2822M ST Корпус: DIP8-300 — 1 шт., SCS-8 Розетка dip узкая — 1 шт., R1, R2 — Рез.-0,25-10к (Коричневый, черный, оранжевый, золотистый) — 2 шт., R3, R4 — Рез.-0,25-4,7 Ом (Желтый, фиолетовый, золотистый, золотистый) — 2 шт., С1, С2 — Конд.100/16V 0611 +105°C — 2 шт., С3 — Конд.10/16V 0511 +105°C (Емкость может быть увеличена до 470 мкФ) — 1 шт., С4, С5 — Конд.470/16V 1013+105°C — 2 шт., С6 – С8 — Конд.0,1/63V К73-17 — 3 шт.
