Стереоусилитель на TDA2616 — 2×12 Вт с защитой от щелчков

TDA2616 — двухканальный усилитель мощности звука с функцией mute. По даташиту Philips (июль 1994, теперь NXP) при питании ±16 В на нагрузке 8 Ом он даёт на канал 12 Вт (типовое значение, искажения 0,5 %), а гарантированный минимум — 10 Вт.

Мощность зависит от напряжения питания. Допустимое питание — от ±7,5 до ±21 В, и при ±12 В (как на схеме ниже) получается ориентировочно около 6 Вт на канал. Это оценка по формуле, в даташите её нет.

Стереоусилитель на одной микросхеме — самый короткий путь к колонкам для радиоприёмника, небольшого проигрывателя или компьютерной акустики. Обвязки у TDA2616 немного, монтаж помещается на плате размером с ладонь.

Самое неприятное, что обычно случается при включении усилителя, — громкий хлопок в динамиках, — здесь предусмотрено заранее: встроенная цепь mute гасит щелчки при включении и выключении питания.

Ниже — параметры по даташиту, схема, выбор питания, расчёт радиатора, первое включение и типовые ошибки.

Что за микросхема

Так называется документ производителя: «2 × 12 W hi-fi audio power amplifiers with mute». Микросхему делали для сетевой аппаратуры — стереорадиоприёмников и телевизоров, а не для батарейных конструкций. Питается она от двухполярного или однополярного источника.

Корпус — девять выводов в один ряд (SIL-9, SOT131); есть и вариант TDA2616Q, «изогнутый» DIL (SOT157), с той же схемой включения.

В таблице — значения из даташита. Условия: питание ±16 В, нагрузка 8 Ом, частота 1 кГц, температура 25 °C, если не указано иное.

Параметр	Мин.	Тип.	Макс.
Напряжение питания, ±В	7,5	16	21
Ток покоя без нагрузки, мА	18	40	70
Мощность на канал при искажениях 0,5 %, Вт	10	12	—
Мощность на канал при искажениях 10 %, Вт	12	15	—
Искажения (THD) при 6 Вт, %	—	0,15	0,2
Усиление, дБ	29	30	31
Входное сопротивление, кОм	14	20	26
Разделение каналов (RS = 0), дБ	46	70	—
Подавление пульсаций питания, дБ	40	60	—
Шум на выходе, мкВ	—	70	140

Диапазон питания ±7,5–21 В — это рабочие условия; при ±21 В схема защищена от короткого замыкания нагрузки, превышать это значение нельзя.

Схема

Схема совпадает с типовым включением из даташита (рис. 4). Каналы одинаковые, поэтому разбирать достаточно один.

• 
  Вход.Конденсатор 220 нФ развязывает источник сигнала по постоянному току. Вместе с входным сопротивлением 20 кОм (тип.) он образует фильтр с границей около 36 Гц.
• 
  Усиление.Его задаёт внутренняя цепь обратной связи: 30 дБ (29–31 дБ), то есть примерно 31 раз. Для полной мощности 12 Вт на 8 Ом нужно входное напряжение около 0,31 В.
• 
  Выход.Цепь из резистора 8,2 Ом и конденсатора 22 нФ не даёт усилителю возбуждаться на высоких частотах, когда динамик ведёт себя как индуктивность.
• 
  Питание.Конденсаторы 2200 мкФ по каждой шине, а рядом с микросхемой — керамический конденсатор 100 нФ.

Номиналы совпадают с перечнем деталей. Напряжение питания выбирают по нужной мощности, о нём — в следующем разделе.

Назначение выводов

Перед пайкой сверьте выводы с рисунком: перепутанный вывод питания здесь стоит микросхемы. Выводы: 1 и 9 — входы (неинвертирующие), 2 — mute, 3 — половина питания или «земля», 4 и 6 — выходы, 5 — минус питания, 7 — плюс питания, 8 — общий вывод обратной связи.

Питание: сколько вольт и ампер

Мощность на нагрузке синусоидального сигнала оценивают по формуле P = U² / (2 · R), где U — амплитуда выходного напряжения. По даташиту при ±16 В получается 12 Вт, то есть амплитуда около 13,9 В: до шины остаётся около 2,1 В потерь в выходном каскаде.

При тех же потерях и питании ±12 В амплитуда составит около 9,9 В, а мощность — около 6 Вт на канал. Это оценка; для уверенных 12 Вт нужно питание ±16 В.

Ток шины оценивают по среднему току выходного каскада: I = U / (π · R) на канал. Пример (условный): при ±16 В это около 0,55 А на канал, то есть около 1,1 А по каждой шине при двух каналах на полной мощности. При ±12 В — около 0,8 А.

Отсюда и запас в «2 А» из перечня деталей: пики музыки короче синуса, но слабый блок на басах «просядет» и даст хрип. Сетевой трансформатор 2×12 В переменного напряжения после выпрямления и фильтра даёт без нагрузки около ±15–16 В (12 В · √2 минус падение на диодах), под нагрузкой — меньше.

Нестабилизированный источник под нагрузкой проседает, на холостом ходу напряжение выше. Следите, чтобы оно не превышало ±21 В.

Детали и замены

Номиналы взяты из схемы даташита, но отдельные детали можно заменить.

• 
  C1, C2, C6–C8.Керамика. На входе лучше плёночный конденсатор: у дешёвой керамики ёмкость зависит от напряжения, и звук это чувствует.
• 
  C9, C10.Электролиты 2200 мкФ; 50 В — большой запас над ±16 В, 35 В тоже подойдёт, если мало места на плате.
• 
  R1, R2.8,2 Ом, мощность 0,5 Вт, как в схеме даташита.
• 
  Питание.Двухполярное, не выше ±21 В; ток источника — не менее 2 А, чтобы басы не хрипели.

Остальные детали берите по схеме: она рассчитана на нагрузку 8 Ом.

Радиатор и защита от щелчков

Микросхеме нужен теплоотвод. В примере даташита при ±16 В и 8 Ом измеренная максимальная рассеиваемая мощность составляет 14,6 Вт.

При воздухе 65 °C и расчётном значении 2,5 К/Вт радиатору достаточно 3,3 К/Вт: (150 − 65) / 14,6 − 2,5 ≈ 3,3.

Предельная мощность рассеяния микросхемы — 25 Вт.

Металлическая подложка корпуса соединена с выводом 5 — минусом питания. Поэтому на общий радиатор с другими деталями микросхему ставят через изолирующую прокладку. Если радиатор заземлён, а прокладки нет, получится короткое замыкание шины питания.

Встроенная защита срабатывает при температуре кристалла выше 150 °C, но работать на её границе незачем: берите радиатор с запасом.

Функция mute устроена так. Входы отключаются, когда напряжение питания падает ниже ±6 В, а усилитель сохраняет режим по постоянному току. Это и убирает щелчки при включении и выключении.

Ту же функцию можно включить вручную: ток 300 мкА (мин.) через вывод 2 включает mute. Соединение вывода 2 с выводом 5 даёт такой режим; ток вывода при этом не превышает 8,2 мА.

Первое включение

Первый запуск делают осторожно, с токоограничением.

1. 1
   Подайте питание без колонок через лампу накаливания.Лампу (230 В) включают в разрыв сетевого провода первичной обмотки трансформатора. Она не должна ярко гореть.
2. 2
   Измерьте постоянное напряжение на выходах.По даташиту смещение выхода относительно «земли» — типовое 30 мВ, максимум 200 мВ.
3. 3
   Подключите колонки и подайте сигнал малой громкости.Громкость повышайте постепенно.

Если лампа горит ярко или смещение выходов велико, ищите ошибку в монтаже.

Типовые ошибки

Где пригодится сегодня

TDA2616 давно не новинка, и для компактного усилителя есть модули класса D, которые почти не греются. Но простой усилитель на одной микросхеме по-прежнему полезен: для ремонта старой аппаратуры и самодельных колонок.

Он помогает разобраться, как устроен блок «вход — обратная связь — выход», не теряясь среди сотен деталей.

Что в итоге

Схема подходит тем, кто хочет собрать стерео на вечер и уложиться в десяток деталей. Не подходит, если нужна мощность больше 12 Вт на канал или питание от батареи. Для этих случаев смотрите усилитель на TDA2030 или готовый модуль класса D.

Сравнение микросхемных усилителей и порядок выбора — в обзоре усилители НЧ на микросхемах. Для сравнения посмотрите усилитель 2×60 Вт на LM4780, а питание подберите по материалу про источник питания 30 В 3 А на LM723.

Частые вопросы

Сколько ватт даёт TDA2616?

При ±16 В, 8 Ом и искажениях 0,5 % — не менее 10 Вт, типовое значение 12 Вт на канал; при искажениях 10 % — не менее 12 Вт, типовое 15 Вт. При ±12 В оценка — около 6 Вт на канал.

Мощность зависит от питания и нагрузки: смотрите условия в таблице.

Какое питание нужно TDA2616?

Двухполярное от ±7,5 до ±21 В, типовое по даташиту ±16 В.

Однополярное питание тоже допустимо: по даташиту при 24 В, 8 Ом и искажениях 0,5 % получается минимум 5 Вт, типовое значение 6 Вт на канал.

Сетевой трансформатор 2×12 В из российского магазина после выпрямления даёт около ±15–16 В без нагрузки.

Какой радиатор нужен?

По примеру даташита для ±16 В, 8 Ом и воздуха 65 °C — около 3,3 К/Вт. Для меньших мощностей радиатор может быть меньше.

Металлическая подложка соединена с минусом питания, поэтому ставьте микросхему через изолирующую прокладку.

Для чего нужен вывод mute?

Он отключает входы на время включения и выключения, поэтому в динамиках нет щелчков. Входы отключаются автоматически, когда питание падает ниже ±6 В.

Вручную mute включают током 300 мкА через вывод 2.

Можно ли подключить колонки на 4 Ом?

Даташит приводит данные и для 4 Ом, но схема в статье рассчитана на 8 Ом. На меньшую нагрузку микросхема греется сильнее, и радиатор может понадобиться больше.

Для колонок отечественного производства сверяйте номинальное сопротивление по паспорту.

Калькуляторы для аудио

• Радиатор для транзистора и стабилизатораНужное тепловое сопротивление радиатора и нужен ли он вообще
• Децибелы: напряжение, мощность, дБм, дБu, дБВОтношения в дБ и обратно, абсолютные уровни дБм/дБu/дБВ
• RC-фильтр НЧ и ВЧЧастота среза, подбор R или C, ослабление на заданной частоте