Одноплатные усилители мощности звуковой частоты класса AB (подборка с Алиэкспресс): классика жанра
Первые однокристалльные микросхемы усилителей мощности звуковой частоты были выпущены ещё несколько десятилетий назад (можно обозначить этот рубеж словами «в незапамятные времена» или же «даже старожилы не помнят», хотя они никогда ничего не помнят).
Эти чипы потихоньку развивались, расширяли полосу пропускания, увеличивали мощность, обзаводились мостовым выходом, и, наконец, у самых сильных и прогрессивных из них на выходе появились MOSFET (МОП) транзисторы.
Последнее событие оказалось и последним этапом в их развитии: дальше развиваться им стало некуда, а на арену вышли усилители класса D с их невероятным КПД, а заодно и со своими не всегда позитивными особенностями.
В этой подборке усилителей классического жанра будут представлены одноплатные усилители на основе однокристалльных микросхем усилителей мощности, т.е. без дискретных элементов в выходном каскаде (транзисторов или ламп).
Такие усилители имеют небольшие габариты и массу, и, как правило, (почти) не требуют настройки: подключай и пользуйся!
В подборке приведены примерные цены на дату обзора; в дальнейшем они могут меняться в любую сторону. Но на распродаже 11.11 они, скорее всего, на несколько процентов снизятся.
Цены указаны в долларах, так как цены в рублях быстро становятся недействительными (время сейчас такое!).
Одноплатный стереоусилитель мощности на основе TDA7377 с темброблоком
Проверить актуальную цену или купить
Микросхема TDA7377 построена на обычных биполярных транзисторах и представляет собой популярный и проверенный временем усилитель с однополярным питанием.
Выходы одноплатного усилителя — мостовые, благодаря чему он может развивать значительную мощность даже при невысоком напряжении питания (8-18 В).
Сама микросхема TDA7377 может работать и как 4-канальная с независимыми одиночными каналами, но в этом мало смысла (мостовые выходы лучше во всех отношениях).
В обзорах на данный одноплатный усилитель он критикуется за малый диапазон регулировки тембра по низам; но плата собрана на основе обычных элементов (не SMD!), так что всё в руках пользователя.
Китайские продавцы заявляют выходную мощность усилителя как 2*40 Вт, но паспортная мощность TDA7377 составляет только 2*30 Вт; так что, как всегда, к информации китайских продавцов надо относиться очень критически.
Цена — около $7.9.
Одноплатный стереоусилитель мощности на основе TDA2030 с темброблоком
Проверить актуальную цену или купить
Микросхема TDA2030 (TDA2030A) — исторически первая удачная микросхема для усилителей с двухполярным питанием. Микросхема — одноканальная с мощностью до 15 Вт; на плате расположены две микросхемы.
Усилители с двухполярным питанием относятся к числу особо почитаемых у любителей Hi-Fi. И это — в значительной степени обосновано: благодаря их симметричности относительно питающих напряжений значительно снижается влияние качества источника питания на качество звука.
По факту такие усилители можно запитывать прямо от сетевого трансформатора с выпрямителем.
Именно так и сделано в этом одноплатном усилителе: прямо на плате расположен выпрямительный мост и сглаживающие конденсаторы. Хотя, если есть возможность разместить выпрямитель и конденсаторы за пределами платы, было бы ещё лучше.
Также на плате имеется чисто пассивный регулятор тембра.
Цена — около $8.4.
Одноплатный моноусилитель мощности на основе TDA2050
Проверить актуальную цену или купить
Микросхема TDA2050 — это дальнейшая модификация предшественника, TDA2030; полностью совместимая по выводам.
От предшественника она отличается только более высокой выходной мощностью (35 Вт вместо 15 Вт у TDA2030). Также немного повышено и допустимое напряжение питания (до 50 В вместо 44 В).
Данная плата — одноканальная, в ней реализовано однополярное подключение TDA2050 (что допускается документацией на TDA2050).
Хотя это и не лучшее применение TDA2050, но не всегда у пользователя есть возможность реализовать двухполярное питание.
У платы есть очевидный недостаток: площадь теплоотвода явно не соответствует рассеиваемой мощности микросхемы.
В связи с этим, если планируется использование усилителя на высокой мощности, то надо задуматься о принудительной вентиляции или об установке более серьёзного радиатора.
При наличии желания и «прямых рук» плату можно переделать под двухполярное питание.
Цена — около $4 с учётом доставки.
Одноплатные 4-канальные усилители мощности на основе TDA7850
Простая плата — проверить цену или купить Сложная плата — проверить цену или купить
Микросхема TDA7850 имеет MOSFET-ы в выходных каскадах, 4 канала с мостовыми выходами, сопротивление нагрузки до 2 Ом, мощность 4*50 Вт. Огонь!!!
Если у Вас под окнами ночью гоняет на «тачке» какой-либо джентльмен и радует весь район своей любимой музыкой; то знайте, что в его магнитоле, скорее всего, установлена именно эта микросхема!
Плата по первой ссылке не сразу готова к употреблению: на ней нет теплоотвода, и пользователю нужно решить эту проблему самостоятельно.
Кроме того, в ней есть особенность: помехоподавляющая микросхема BA3121. Для её функционирования на плате разделены сигнальная земля и земля питания. Если они нигде не объединены за пределами платы, их надо соединить на плате.
Цена — ок. $7.7.
Плата по второй ссылке — «навороченная». Она содержит теплоотвод с принудительной вентиляцией, канал Bluetooth и два регулятора громкости.
Цена — ок. $17.6.
Одноплатный мостовой моноусилитель мощности на основе LM3886
Проверить актуальную цену или купить
Микросхема LM3886 (LM3886TF) — одноканальный усилитель мощности (68 Вт) с двухполярным питанием.
Микросхема имеет изолированный корпус, что упрощает выбор конструкции теплоотвода (на теплоотводе не будет электрического потенциала).
Кроме того, как и многие другие одноканальные УНЧ, она допускает лёгкое построение усилителя с мостовым выходом из двух микросхем, подключенных в противофазе.
Этто позволяет ещё больше увеличить мощность и объединить преимущества двухполярного питания и мостового выхода.
Правда, при таком способе подключения должно быть вдвое повышено и сопротивление нагрузки (с 4 до 8 Ом); иначе будет превышен предельный ток.
Представленная плата построена именно по такой схеме и может отдать мощность до 130 Вт.
Для построения стерео усилителя потребуются две таких платы.
Плата не имеет в комплекте теплоотвода (а он — обязателен), об этом должен будет позаботиться потребитель.
Цена — $25.
Одноплатный мостовой стереоусилитель мощности на основе TDA7293 / TDA7294
Проверить актуальную цену или купить
Есть и ещё пара родственных очень мощных микросхем для УНЧ с биполярным питанием: TDA7293 и TDA7294.
Обе микросхемы рассчитаны на выходную мощность 100 Вт и построены с DMOS-транзисторами в выходных каскадах, но рассчитаны на разное питающее напряжение: от ±12 В до ±50 В для TDA7293 и от ±10 В до ±40 В для TDA7294. Справка: DMOS — технология, близкая к MOSFET.
На данной плате установлены 4 микросхемы, работающие попарно в мостовом режиме.
Продавец заявляет для такой конфигурации мощность 2*150 Вт.
Как всегда, надо помнить, что сопротивление нагрузки для такой схемы должно быть двойным (8 Ом или более).
Также пользователю придётся самостоятельно позаботиться о радиаторе (внимание: теплоотвод микросхемы находится под потенциалом отрицательного источника питания!).
Цена — около $50 с учётом доставки.
Пример радиатора 60*150*25 для усилителей
Проверить актуальную цену или купить
Усилители класса AB рассеивают довольно значительную мощность и требуют теплоотвода.
Алюминиевые радиаторы стоят относительно дорого, и, поэтому, при возможности, лучше их найти где-нибудь в неиспользуемой аппаратуре. Например, для охлаждения некоторых старых процессоров использовались кулеры с массивными алюминиевыми радиаторами. Теперь эти радиаторы могут обрести «вторую жизнь»!
Если найти подходящий радиатор не удаётся, то можно поискать его на Алиэкспресс.
В качестве примера приведена ссылка на радиатор 60*150*25, содержащий 24 ребра. Общая площадь радиатора — около 800 кв. см.
Цена — $4.2 с учётом доставки.
Микросхемы усилителей мощности звуковой частоты россыпью
Проверить актуальную цену или купить
Большинство микросхем УНЧ класса AB имеет конструкцию, удобную для монтажа в радиолюбительских конструкциях даже с проводным монтажом.
В связи с этим, когда ни одна готовая плата не подходит для задуманной конструкции, можно разработать свою собственную плату; а микросхемы для неё купить отдельно, благо микросхемы россыпью стоят настолько дешево, что чаще всего продаются не поштучно, а наборами по 2 — 10 шт.
По приведённой ссылке можно приобрести микросхемы УМЗЧ в наборах по 5 штук одного наименования.
Это — TDA7385 (4 мостовых канала по 30 Вт), TDA7388 (4 мостовых канала по 41 Вт), TDA7850 (4 мостовых канала по 50 Вт, MOSFET), TDA7851 (4 мостовых канала по 48 Вт, MOSFET).
Цена — от $6.3 до $11.5 за 5 шт. в зависимости от наименования.
Усилители класса AB на основе однокристалльных микросхем показали себя как добротное и проверенное временем решение с высоким качеством звучания.
Выходная мощность таких микросхем может быть очень значительной.
Фактически, если потребителю не нужно конструировать аппаратуру для озвучки стадионов и концертных залов, то для всех прочих бытовых нужд конструкции на основе таких микросхем будут вполне достаточны.
Кроме того, надо заметить, что они содержат различные виды защиты (от перегрева, от перегрузки по току и т.п.), а также имеют качественную термостабилизацию режимов за счёт того, что термодатчик и источник тепла расположены в непосредственной близости (на одной подложке).
То есть, при мощности до 100 — 150 Вт нет никакой необходимости собирать усилитель из дискретных элементов.
Описанные в подборке одноплатные усилители могут быть применены как для ремонта радиоаппаратуры, так и для создания самостоятельных конструкций; в том числе, например, для оживления «старосоветских» колонок (многие из которых до сих пор у населения живы и здоровы); или же для возвращения в строй «осиротевших» колонок от магнитол и музыкальных центров после непоправимого выхода из строя основного устройства.
Если указанные в описаниях товары найдутся у других продавцов на Алиэкспресс дешевле, то тоже можно брать — товар одинаковый (но надо следить за стоимостью доставки).
Испытания УНЧ на микросхеме TDA7850
Для проведения технических испытаний к микросхеме был прикреплён массивный теплоотвод с использованием термопасты (радиатор от кулера для процессора Intel Pentium IV S478):
При измерениях использовались лабораторный блок питания LW-K3010D (обзор), генератор FY6800 (обзор), цифровой осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).
Испытания проводились при двух напряжениях питания: 12 В (наиболее распространённый вариант в автомобилях и при аккумуляторном питании) и 18 В (максимально-допустимое).
Сначала было замерено потребление платы усилителя без подачи сигнала. Ток потребления холостого хода менялся в зависимости от напряжения питания и составлял следующие значения (округлённо): 8 В — 210 мА 12 В — 220 мА 18 В — 220 мА. Такие значения тока покоя — умеренные, но назвать их пренебрежимо-малыми нельзя.
При напряжении питания ниже 7.8 В терялась работоспособность усилителя: искажалась форма сигнала, падала амплитуда даже для небольших сигналов.
Шумы усилителя оказались очень малы и практически не заметны (можно услышать, только вплотную приблизив ухо к колонке).
Испытания при напряжении питания 12 В, нагрузка 4 Ом
Синус 1 кГц, амплитуда на грани ограничения (клиппинга):
Отдаваемая в нагрузку мощность в таком режиме — почти точно 16 Вт.
Потребляемая мощность при этом — 22.1 Вт, КПД = 72% (возможна ошибка в несколько процентов из-за неточности измерений с помощью осциллографа).
Далее — сигнал треугольной формы, частота 5 кГц, амплитуда ~0.5 от максимума:
Линейность треугольника — очень хорошая, вершины — острые.
Следующий сигнал — прямоугольник, частота 5 кГц, амплитуда ~0.5 от максимума:
Теперь — фронты прямоугольного сигнала в увеличенном виде.
Передний фронт:
Задний фронт:
На фронтах заметны короткие одиночные «зазубрины», выходящие за слышимый диапазон.
Сигнал — синус 100 кГц:
На склонах сигнала заметны такие же «зазубрины», как и на фронтах прямоугольного сигнала. Но очень радует, что в целом сигнал столь высокой частоты не только воспроизведён, но и воспроизведён с малыми искажениями.
Испытания при напряжении питания 18 В, нагрузка 2 Ом (предельный режим)
Теперь переходим к испытаниям в максимально-допустимом режиме: с питанием 18 Вольт (по замерам на конденсаторе 10000 мкФ) и с нагрузкой 2 Ом (нагрузка — только в испытуемом канале, остальные каналы — без нагрузки).
Начинаем, как обычно, с синуса. Частота во всех измерениях выбрана 5 кГц, чтобы за счёт более высокой частоты уменьшить влияние процессов зарядки-разрядки конденсатора 10000 мкФ на результаты.
На осциллограмме показан предельный уровень сигнала, когда искажения синуса малы и находятся на грани обнаружения. Мощность на нагрузке в таком режиме составила 54 Вт.
Потребляемая мощность от источника питания — 79.4 Вт, КПД = 68%.
Ещё немного добавляем уровень сигнала. Искажения уже становятся заметны «невооруженным глазом»:
При длительном прогоне этого теста радиатор усилителя нагревался очень сильно, в районе крепления микросхемы «рука не терпела» (т.е. температура была выше 60 градусов).
И ещё немного добавляем уровень сигнала. Теперь искажения многократно усиливаются, поскольку начинает срабатывать защита от перегрузки по току:
Факт срабатывания защиты оцениваем исключительно позитивно: потребителю важнее не лишние милливатты мощности, а чтобы усилитель оставался жив и здоров.
Теперь — сигнал треугольной формы для оценки линейности в предельном режиме:
Линейность — на хорошем, но не идеальном уровне: в непосредственной близости вершин заметны небольшие искажения. Но режим-то — предельный!
И, наконец, запускаем прямоугольник на максимальной амплитуде, не вызывающей срабатывания защиты по току:
Мощность на нагрузке в этом режиме составила 60 Вт.
Амплитудно-частотная характеристика (напряжение питания 12 В, нагрузка 4 Ом)
АЧХ снималась с помощью подачи на вход усилителя сигнала с линейно-нарастающей частотой; а затем фиксировалась осциллограмма, снятая по максимумам сигнала. Она и представляет собой АЧХ усилителя.
Первый проход, диапазон 10 Гц — 40 кГц:
Один период повторения сигнала с линейно-нарастающей частотой отмечен красной рамкой, он и представляет собой АЧХ в диапазоне 10 Гц — 40 кГц.
Масштаб графика по горизонтали — 3.6 кГц/деление.
Падение АЧХ к концу измеряемого диапазона — очень малое, им можно пренебречь.
Второй проход, диапазон 10 Гц — 400 Гц (для более детального просмотра нижних частот):
Масштаб графика по горизонтали — 36 Гц/деление.
В начале полосы частот (вблизи 10 Гц) заметен существенный спад; но, уже начиная с частоты 20 Гц, уровень АЧХ можно считать вполне удовлетворительным.
Схема усилителя TPA3116 класса D
Особенно радует что тут есть встроенные всевозможные защиты (КЗ, перегрев, превышение напряжения питания). Ведь в процессе настройки и работы неизбежно возникают всякие случайности, от которых могут пострадать детали УНЧ. Подробнее смотрите в даташите.
Электрическая схема усилителя TPA3116
При однополярном питании 12 В — выходная мощность около 10 Вт, при 24 В — около 30 Вт (на 8 Ом АС).
Мощность – искажения УНЧ, график
Судя по графикам искажения – сильно его раскачивать не стоит, до 20 Вт и всё. Дальше Кни резко лезет вверх.
Полезное: Усилитель T-класса на микросхеме TK2050
Плата блока TPA3116, TPA3118, TPA3130
Несмотря на скромные размеры платы и непривычное глазу аудиосборщика отсутствие радиаторов – этот малыш играет очень громко. Сама сборка заняла пару часов – делать ведь особо ничего не нужно, только провода от разъёмов и блока питания припаять. Но постарайтесь все сделать максимально качественно, чтобы не пришлось потом разбирать и переделывать. Эти модули УМЗЧ питаются чаще всего импульсными блоками питания, которые свистят и шумят по цепи. Поэтому установите фильтры дополнительной емкости, которые устранят эти эффекты.
Обратите внимание на дополнительный транзистор TIP-142 фильтра питания. Предполагалось что он будет немного греться, так что транзистор прикручен к корпусу. В реальности он холодный. Дополнительным преимуществом является то, что через этот фильтр напряжение растет постепенно, после включения за короткое время.
В общем по питанию перед модулями поставили ещё по одному конденсатору 50В/6800мкФ на канал. Платы TPA3116 установлены вертикально с помощью втулок. Если хотите, чтобы конечный результат оставил хорошее впечатление, найдите для регулятора громкости хорошую ручку и хорошие разъемы аудио. Питание внешнее, тоже поступает через гнездо.
