Автомобильный усилитель на TDA1516BQ — 22 Вт в мосте от 12 вольт

TDA1516BQ в мостовом включении при 14,4 В на нагрузке 4 Ом отдаёт 22 Вт при искажениях 10 % (типовое значение, минимум 20 Вт). При искажениях 0,5 % — 17 Вт (минимум 15,5 Вт).

Условия по даташиту Philips (июль 1994): 1 кГц, температура 25 °C, схема без вольтодобавки. Рабочее питание — 6–18 В.

При питании 13,2 В мощность по даташиту — 17 Вт (10 %) и 13,5 Вт (0,5 %). Для 17 Вт нужно около 0,4 В на входе: усиление фиксированное, 26 дБ.

TDA1516BQ — «автомобильная» микросхема Philips (теперь NXP): внутри два одинаковых канала, которые можно использовать как стерео или включить мостом на одну нагрузку. Мост интересен при питании от 12 В: динамик получает удвоенное напряжение и мощность, которой одному каналу от бортовой сети не набрать.

Ниже — параметры с условиями, режимы вывода 11, схема, расчёт тока и радиатора, защиты и типовые ошибки.

Что умеет микросхема

Данные — из даташита Philips на TDA1516BQ. Условия: питание 14,4 В, температура 25 °C, нагрузка 4 Ом, 1 кГц. В таблице указано, какое число минимальное, типовое или максимальное.

Параметр	Значение
Рабочее питание	6…18 В (по переменному току работает при 8,5…18 В)
Мост: мощность, искажения 0,5 %	15,5 Вт мин., 17 Вт тип.
Мост: мощность, искажения 10 %	20 Вт мин., 22 Вт тип.
Мост с вольтодобавкой и резистором 100 кОм на выводе 12, 10 %	21 Вт мин., 24 Вт тип.
Мост при питании 13,2 В (0,5 % и 10 %)	13,5 Вт и 17 Вт тип.
Стерео, 4 Ом, 10 %	5,5 Вт мин., 6 Вт тип.
Стерео, 2 Ом, 10 %	10 Вт мин., 11 Вт тип.
Усиление в мосте	25 дБ мин., 26 дБ тип., 27 дБ макс.
Входное сопротивление в мосте	25 кОм мин., 30 кОм тип., 38 кОм макс.
Ток покоя	40 мА тип., 80 мА макс.
Полоса мощности (0,5 %, 15 Вт)	от 20 Гц до 15 кГц
Допустимая мощность рассеяния	25 Вт
Повторяющийся пиковый выходной ток	не более 4 А

Цифра 24 Вт относится к схеме с вольтодобавкой (бутстрепом): для неё нужен конденсатор 47 мкФ и резистор 100 кОм от вывода 12 к плюсу питания. В схеме без вольтодобавки, как на рисунке ниже, — 22 Вт при 10 % искажений, а для чистого звука ориентируйтесь на 17 Вт.

Режимы вывода 11

Вывод 11 (M/SS) управляется напряжением.

Напряжение на выводе 11	Режим
выше 8,5 В	усилитель включён
от 3,0 до 6,4 В	mute: звук отключён
от 0 до 2 В	ожидание, ток менее 100 мкА

Ток включения — 12 мкА тип., 40 мкА макс., поэтому выключатель S1 может быть маломощным. В схеме S1 подаёт на вывод 11 плюс питания: усилитель включён, а при разомкнутом ключе — выключен.

Схема

Схема совпадает с рисунком 4 даташита (мост без вольтодобавки). Узлы такие.

• 
  Вход.C1 пропускает только сигнал; вход один, на оба канала сразу. Сигнал подан на вывод 13 и соединённый с ним вывод 2, вывод 1 соединён с выводом 4 (опорное напряжение), как на рисунке 4 даташита.
• 
  Усиление.Фиксированное, 26 дБ в мосте, то есть 20 раз. Для 17 Вт на 4 Ом нужно √(17 · 4) ≈ 8,2 В на нагрузке, то есть около 0,41 В на входе; для 22 Вт — около 0,47 В.
• 
  Питание.C2 2200 мкФ и C3 100 нФ стоят у выводов питания, как в даташите; напряжение C2 — не ниже 25 В.
• 
  Динамик.Он подключён между выводами 5 и 9, то есть между двумя выходами. Ни один из его выводов нельзя соединять с землёй.

Срез на низких частотах по входной цепи: f = 1 / (2π · Zвх · C1) = 1 / (2π · 30 000 · 220 · 10⁻⁹) ≈ 24 Гц (для 25 кОм — 29 Гц, для 38 кОм — 19 Гц).

Расчёт: ток и мощность

При 22 Вт на 4 Ом амплитуда на нагрузке U = √(2 · 4 · 22) ≈ 13,3 В, пик тока I = U / RL ≈ 3,3 А — в пределах 4 А. Средний ток по формуле I = (2/π) · U / RL около 2,1 А; с током покоя около 2,2 А.

Блок питания на 12–14,4 В берут на ток не менее 4 А с запасом на пики. Напряжение ниже номинала заметно уменьшает мощность: при 13,2 В — 17 Вт (10 %).

Радиатор

Мощность рассеяния в мосте оценивают по формуле P = 2 · Vp² / (π² · RL): для 14,4 В и 4 Ом — около 10,5 Вт. С током покоя 14,4 · 0,04 ≈ 0,6 Вт получается около 11 Вт; предельная рассеиваемая мощность по даташиту — 25 Вт.

Тепловое сопротивление радиатора считают по формуле RθSA = (Tк − Tокр) / P − RθCS. Пример (условный): корпус до 80 °C, воздух 40 °C, прокладка 0,5 °C/Вт: (80 − 40) / 11 − 0,5 ≈ 3,1 °C/Вт.

Радиатор ставят через термопасту; кривую снижения мощности с температурой смотрите на рисунке 2 даташита.

Защиты и их пределы

В микросхеме встроены защиты. Они не отменяют внимательности при монтаже.

• 
  Короткое замыкание.По постоянному и переменному току безопасно при питании до 18 В.
• 
  Выбросы питания.Защита от выброса до 45 В (50 мс, фронт не менее 2,5 мс).
• 
  Переполюсовка.Предельное обратное напряжение — 6 В (по таблице предельных значений).
• 
  Тепловая защита.Микросхема снижает мощность при перегреве.

Тепловая защита не заменяет радиатор: срабатывание на громкой музыке означает, что он мал.

Типовые ошибки

Где пригодится сегодня

Микросхему делали для автомагнитол, поэтому чаще всего с ней сталкиваются при ремонте. Для новых конструкций на 12 В обычно берут готовые платы класса D: они экономичнее и не так требовательны к радиатору.

Для сборки своими руками TDA1516BQ подходит как учебный мост из четырёх деталей.

Что в итоге

Подходит: для мощного моноусилителя в автомобиль или сабвуфера на 12 В, для ремонта магнитол. Не подходит: для стерео (нужно две микросхемы, а с ними и два радиатора) и для питания выше 18 В.

Сравнение микросхемных усилителей и порядок выбора — в обзоре усилители НЧ на микросхемах. Для сравнения подойдут усилитель на TDA1552Q и усилитель 2×22 Вт на TDA1554Q; питание от сети подбирайте по материалу про источник питания 12 В 15 А.

Частые вопросы

Сколько ватт даёт TDA1516BQ в мосте?

При 14,4 В, 4 Ом и 1 кГц: при искажениях 0,5 % — не менее 15,5 Вт (типовое 17 Вт); при 10 % — не менее 20 Вт (типовое 22 Вт). Схема — без вольтодобавки.

С вольтодобавкой и резистором 100 кОм на выводе 12 — 21 Вт мин., 24 Вт тип.

Какое питание нужно TDA1516BQ?

Рабочее — от 6 до 18 В, номинал 14,4 В. От бортовой сети автомобиля 12–14,4 В микросхема работает штатно; при 13,2 В — 17 Вт (10 %).

В российской машине бортовая сеть именно такая; для дома подойдёт блок 12–14,4 В на ток не менее 4 А.

Что делает вывод 11?

Он включает усилитель (выше 8,5 В), переводит в mute (от 3,0 до 6,4 В) или в ожидание (от 0 до 2 В, ток менее 100 мкА). Ток включения — до 40 мкА.

В схеме статьи вывод 11 подключён к плюсу питания через выключатель S1.

Какой радиатор нужен TDA1516BQ?

Для 14,4 В и 4 Ом микросхема рассеивает около 11 Вт; для корпуса 80 °C и воздуха 40 °C — около 3,1 °C/Вт. Предельная мощность рассеяния по даташиту — 25 Вт.

Подойдёт алюминиевый радиатор от старого компьютерного блока; ставьте микросхему через термопасту.

Можно ли включить TDA1516BQ как стерео?

Да: в стерео на 4 Ом — 5,5 Вт мин., 6 Вт тип. на канал (10 %), на 2 Ом — 10 Вт мин., 11 Вт тип. Нужны выходные конденсаторы (в даташите 1000 мкФ).

Для двух каналов по 22 Вт смотрите TDA1554Q или TDA1552Q.

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
• Сечение провода и кабеляМинимальное сечение по допустимому току и по падению напряжения