Как я делал бюджетный усилитель на TDA2050 для старых колонок

Как я делал бюджетный усилитель на TDA2050 для старых колонок

Под катом фото, описание процесса, немного схем и детальное описание некоторых моментов создания этого чуда. Вот попали ко мне старые советские колонки S-50(если руки дойдут – хочу модернизировать их, но пока что есть, то есть), их ТХ:

• Паспортная электрическая мощность не менее 50 Вт
• Номинальная электрическая мощность 25 Вт
• Номинальное электрическое сопротивление 8 Ом
• Диапазон воспроизводимых частот не уже 40-20000 Гц

И в комплекте с ними мне достался великолепный усилитель Одиссей У-010, который сгорел. Разобрав его, понял, что с моим-то мизерным опытом, ничего не сделаю. Немного помучил гугл, посмотрел на профильных сайтах и вот оно решение — сделаем себе сами усилитель на базе микросхемы TDA2050, как замену старому. Ибо «Handmade и DIY навеки

», да и не так уж сложно. ТХ TDA2050:

• Номинальная выходная мощность 32Вт
• Интегрированная защита от КЗ
• Интегрированная защита от перегрева
• Питание до 50В от однополярного БП

(Сразу замечание, возможно, мне попалась подделка, однако при КЗ, одна TDA2050 взорвалась так, что осколком микросхемы оставила на моем предплечье довольно глубокую рану, повезло, что не в глаз, будьте внимательны, Техника безопасности превыше всего!)

Корпус

Для начала определимся с корпусом. Как вариант, использование корпуса от сгоревшего Одиссей У-010, отпал сразу, по причине размера того корпуса с небольшую тумбочку (460х360х120). Нам же подойдет что-то более компактное. Сначала смотрел в сторону алюминиевых корпусов, но быстро отказался от затеи ввиду цены этих самых корпусов. Те, что мне нравились от 100$, что уже никак не вписывается в «бюджетный усилитель». Поэтому был выбран промежуточный вариант «временного» самого дешевого корпуса, в котором он стоит уже как 6 месяцев. Этим корпусом стал «Z16 Черный» (легко находится в гугле по этому запросу). Габариты (H/W/L): 89 x 257 x 148

Схема

Далее надо было определиться с самой схемой, ведь под TDA2050 их огромное количество. Выбор пал на так называемую «схему Скифа
». Да и обычные компоненты, не SMD, для меня стали плюсом, ведь опыта в пайке SMD и самой паяльной станции не было, только обычный паяльник на 40Вт. Итак, сама схема (рисунок платы для этой схемы можно скачать по ссылке в конце статьи):

Обращаю ваше внимание на то, что для этой схемы нужно ДВУПОЛЯРНОЕ питание. Размер готовой платы под один канал усилителя: 35х45мм (а их нужно 2), что вполне компактно в результате.

Блок питания

Итак, для питания 2-х каналов по 32 Вт, нам нужно 64 Вт(хотя это все условно и можно меньше). По счастливой случайности в закромах валялся без дела трансформатор ТПП-287-220-50
мощностью 90 ВА, и с него как раз легко снять двуполярное питание. Фото и схема:

Для того, что бы снять с него по 35,26 В переменного тока со средней точкой, необходимо соединить выводы с номерами: 12-15, 11-20, 13-18, 14-21, 17-16, а снимать напряжение мы будем с 16, 19, 21 выводов. Далее схема выпрямителя:

Вот пример самой платы. Хотя я её сделал, просто нарисовав перманентным маркером на текстолите, и вытравив, без всякого ЛУТа. Все довольно просто.

В случае с трансформатором ТПП-287-220-50 нужно соединить 16 вывод трансформатора с входом «средняя точка» платы выпрямителя. 19 и 21 в оставшиеся два, какой куда решать вам, и припаять перемычку от входа средней точки к площадке между конденсаторами. После подключения можно проверять напряжения на выходах выпрямителя. Между + и – должно быть от 42 до 50 В, в зависимости от напряжения в сети. Между «+» и землей, а так же землей и «-» должны быть одинаковые значения. Если у вас нет в наличии чего-то из элементов для выпрямителя, то не спешите, как разберемся с платой усилителя, поедем на радиорынок брать все кучей. Список всех элементов будет далее по тексту.

Усилитель

Для начала травим две вот такие платы:

И пока они травятся, можем съездить в ближайший магазин радиокомпонентов или радиорынок.

Итак, нам понадобятся на весь усилитель:

Блок питания:

• Эл. литические конденсаторы минимум 10 000 мкФ х 25 (или больше) В
• Диодный мост практически любой, до 10А (с огромным запасом) и более 50 В. (я взял на 10А и 400В – стоит копейки)

Сами усилители (все посчитано на 1 плату, соответственно берете в 2 раза больше): Конденсаторы эл. литические:

• С7, С8 – 1000мкФ x 25 В
• С3 – 22мкФ x 25 В

Конденсаторы керамические:

• С2- 220пФ

Конденсаторы пленочные:

• С1, С4, С6 – 4,7мкФ
• С5 — 0,47мкФ

Резисторы (все по 0.125 Вт, а R6 и R7 2Вт):

• R1, R3 – 2,2k
• R2, R5 – 22k
• R4 – 680
• R6 – 2,2
• R7 – 10

Ну и конечно сама TDA2050, возьмите штуки 3, что бы запас был, а то мало ли. Ещё вам понадобится:

• 2 RCA входа,
• 4 зажима под выход на колонки
• выключатель
• и сдвоенный переменный резистор на 50 кОм
• ручка регулятора на этот самый резистор (но я просто снял алюминиевую со старого радио)
• Радиатор от старого процессора (если у вас нет ненужного)

После чего сверлим и собираем по схеме. У меня все заработало сразу, вот только был треск в динамиках, но об этом я расскажу позже. Единственное, что хочу заметить, так это радиаторы. Я пошел легким путем и просто разрезал, обычной ножовкой, старый радиатор от какого-то AMD пополам, и на каждую половину прикрутил микросхему, предварительно просверлив и нарезав резьбу. Вот только мои микросхемы не на самих платах расположены, а на отдельно стоящих радиаторах, соединены с платами небольшими шлейфами примерно вот так:

А катушка L1 по схеме мотается очень просто, берете одну жилу с витой пары, и мотаете 5 витков прямо на резисторе R7, концы припаиваете к выводам этого же резистора. Вот и все, с электроникой закончили, к этому моменту у вас должны быть готовы 3 платы: выпрямитель и 2 одинаковые платы усилителя на оба канала.

Компоновка и сборка

А после этого можем приступать к сборке всего этого уже в корпусе. Итак, для начала лучше разметить и высверлить отверстия для крепления плат, трансформатора, радиаторов охлаждения микросхем, входов-выходов. Кстати, если вы купили прямоугольный выключатель для своего усилителя, есть маленький хинт, как под него легко сделать отверстие на панели. Для начала размечаете размеры вашего будущего отверстия прямо на панели, и сверлите тонким сверлом аккуратную дырочку внутри периметра этого самого отверстия. А теперь самое интересное: возьмите самую обычную хлопковую нить (желательно потолще, тонкая часто рвется в процессе), проденьте в отверстие и, натянув нить, можно, как полотном лобзика, вырезать любую форму. Вот только лобзиком вы вырезаете, а здесь, как бы «расплавляете». Именно поэтому лучше вырезать немного меньшее отверстие, что бы потом надфилем довести его до ровного. Ещё желательно сделать вентиляционные отверстия недалеко от радиаторов. Я перестраховался и ставил ещё кулер, который оказался бесполезен, усилитель сильно не греется даже на максимальной громкости. Включаю только тогда, когда усилитель летом на улице работает.

Моя компоновка выглядит так (и хотя куча проводов и вообще не красиво, но все работает как часы уже полгода при регулярном использовании):

Крайняя слева плата – выпрямитель, остальные 2 – усилители.

Вот и все, можно начинать собирать и спаивать. Я спаивал прямо в корпусе, без всяких зажимов, штекеров и прочего. Возможно, кто-то захочет сделать все удобнее.

Схема подключения регулятора громкость (два резистора — это один сдвоенный):

Основные рекомендации:

• Выходы с усилителей лучше выполнить как можно более толстым кабелем.
• Если после сборки и спайки в колонках слышите отчетливый шум – проверяйте конденсаторы на платах усилителя
• Если треск в колонках, то проверяйте дорожки питания на усилителях – я плохо отмыл флюс кислотный, и если присмотреться в темноте были видны маленькие искры между дорожками, как только отмыл плату от флюса, треск пропал.

В итоге выглядит все так:

Расходы:

• Все конденсаторы и резисторы в сумме – 4$
• Микросхемы TDA2050(3 шт) – 2$
• Корпус – 3$
• Все штекера, гнезда, ручки, выключатели – 7-8$

Итого 17$ и куча положительных эмоций «Оно работает!»

Архив со всеми схемами и рисунками плат в формате Sprint-Layout 6: dl.dropbox.com/u/47591852/usilitjel_habr.rar

PS Это мое первое рабочее устройство, собранное для проверки работоспособности и надежности. В ближайшее время планирую его переработать в новом корпусе и в более аккуратном исполнении. Если Вам будет интересно — то будет продолжение.

Микросхема TDA2030A (К174УН19).

Микросхема TDA2030A представляет собой мощный операционный усилитель с низким уровнем гармонических искажений (THD Total Harmonic Distortion) менее 0,08%.

Микросхема имеет встроенную тепловую защиту, которая срабатывает при температуре кристалла 150ºС, и защиту от коротких замыканий, которая может защитить микросхему в течение 10 секунд при перегрузке.

Микросхему можно питать от двухполярного источника питания, что не создаёт дополнительных трудностей с пульсацией напряжения питания и щелчками при включении.

Советский аналог этой микросхемы К174УН19.

Предельные эксплутационные данные.

Напряжение питания – ±6… ±22 В*,

Максимальное входное напряжение – ±15 В,

Максимальные выходной ток – 3,5 А,

Максимальная температура кристалла – 150ºС,

Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой, при температуре корпуса ≤ 90ºС – 20 Вт.

——————————

* Предельное допустимое напряжение для К174УН19 — ±6… ±18 В

Несколько советов по выбору радиатора охлаждения.

Расчёт радиатора пассивного охлаждения сопряжён со сложными вычислениями и измерениями. Результаты зависят от множества переменных, а значения некоторых из них радиолюбителю могут быть неизвестны.

Однако есть несколько простых правил, которые позволяют обеспечить надёжное охлаждение любых компонентов электронной аппаратуры.

1. Нужно обеспечить хороший контакт полупроводникового элемента с радиатором. Для этого желательно хорошо выровнять контактируемую поверхность радиатора и применить теплопроводную пасту КПТ-8 или любую другую. Когда нет ничего подходящего, можно использовать силиконовую смазку.
2. При использовании изоляционных прокладок между микросхемой и радиатором, использование теплопроводной пасты обязательно.
3. Лучше всего выбирать радиаторы чёрного цвета с матовой поверхностью.
4. Снижение температуры на 10ºС увеличивает ресурс микросхемы вдвое.
5. Не стоит поднимать температуру радиатора выше 60… 65ºС, а температуру корпуса микросхемы выше 80… 85ºС.

Ориентировочно, необходимую площадь радиатора можно определить при помощи калькулятора, скачав последний из «Дополнительных материалов» к этой статье. Для данного УНЧ, необходимая площадь радиатора – 310см² и более.

Печатная плата.

Печатная Плата (ПП) спроектирована исходя из имеющихся радиоэлементов и корпуса.

Рациональнее было бы разместить блок питания и оконечные усилители на одной печатной плате, но сделать это не позволила конструкция корпуса, а именно то обстоятельство, что большую часть корпуса занял силовой трансформатор.

Для увеличения сечения дорожек и уменьшения расхода хлорного железа, площадь дорожек была увеличена с использованием инструмента «Полигон».

На картинке фрагмент печатной платы, выполненной из стеклотекстолита сечением 1мм, по описанной здесь технологии.

Для повышения надёжности и ремонтопригодности, в отверстиях, предназначенных для установки плавких вставок, развальцованы медные пустотелые заклёпки (пистоны) поз.1.

Для соединения с другими блоками усилителя, в соответствующие отверстия платы заклёпаны медные штырьки поз.2.

На интерактивной картинке видно, как собиралась эта печатная плата. Добавил этот ролик, так как, как раз во время сборки экспериментировал с цейтраферной съёмкой. Чтобы «управлять» картинкой, потяните изображение мышкой.

В качестве предохранителей я использовал отрезки отдельных жил провода МГТФ (провод во фторопластовой изоляции) диаметром 0,07мм. Такие импровизированные плавкие вставки заменяют предохранители номиналом около 1-го Ампера.

При установке микросхемы TDA2030 на радиатор, нужно иметь в виду, что корпус этого чипа соединён с минусом источника питания. Если на один радиатор устанавливаются сразу две микросхемы, то нужно предусмотреть и установку изоляционных прокладок. Последние можно выполнить из любого материала обеспечивающего зазор в 0,03… 0,05мм между сопрягаемыми поверхностями. Например, можно использовать марлю, бинт или канву, пропитанную термопроводящей пастой КПТ-8.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика).

На этой картинке изображен разрез соединения микросхемы с радиатором охлаждения.

1. Винт М2,5.
2. Шайба стальная М2,5.
3. Шайба изоляционная М2,5.
4. Корпус микросхемы.
5. Прокладка – отрезок трубки (кембрика).
6. Прокладка – х/б канва, пропитанная пастой КПТ-8.
7. Радиатор охлаждения.