Стереоусилитель 2×22 Вт на TDA1554Q — мост из четырёх усилителей и блок питания на 12 В

TDA1554Q в стереомосте при 14,4 В на нагрузке 4 Ом отдаёт на канал 22 Вт при искажениях 10 % (типовое значение, минимум 20 Вт).

При искажениях 0,5 % — 17 Вт (минимум 15 Вт). Условия по даташиту Philips: частота 1 кГц, температура 25 °C; рабочее питание 6–18 В.

При 13,2 В мощность падает до 12 Вт (0,5 %) и 17 Вт (10 %), поэтому блок питания должен держать напряжение под нагрузкой. По расчёту ему нужно около 5 А на два канала. Для чистого звука ориентируйтесь на 17 Вт.

TDA1554Q — четыре усилителя по 11 Вт в одном корпусе. Их можно использовать как четыре одиночных канала, а можно попарно объединить в мосты и получить два канала по 22 Вт. Здесь разбираем второй вариант: стерео на два динамика по 4 Ом.

Ниже — параметры с условиями, схема, вывод включения и задержка, расчёт блока питания и радиатора, типовые ошибки.

Что умеет микросхема

Данные — из даташита Philips на TDA1554Q (май 1992 года). Условия: питание 14,4 В, температура 25 °C, нагрузка 4 Ом, 1 кГц, мост — на канал. 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)
Мощность, искажения 0,5 %	15 Вт мин., 17 Вт тип.
Мощность, искажения 10 %	20 Вт мин., 22 Вт тип.
То же при питании 13,2 В	12 Вт (0,5 %) и 17 Вт (10 %), тип.
Коэффициент гармоник при 1 Вт	0,1 % 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	80 мА тип., 160 мА макс.
Разделение каналов	40 дБ мин.
Повторяющийся пиковый выходной ток	не более 4 А
Допустимая мощность рассеяния	60 Вт

В одиночном включении (четыре канала) усиление 20 дБ, а мощность на 4 Ом — 6 Вт тип. при искажениях 10 %.

Оговорка про «10 % искажений»: это уровень, при котором звук уже слышно искажён. Для чистого звука рассчитывайте на 17 Вт.

Схема

Схема совпадает по структуре с типовым включением из даташита, но номиналы частично отличаются.

• 
  Вход.В даташите входные конденсаторы 220 нФ, на схеме статьи — 10 мкФ. Срез по формуле f = 1 / (2π · Zвх · C): при Zвх = 30 кОм (тип.) для 220 нФ около 24 Гц, для 10 мкФ — около 0,5 Гц. Для звука разница несущественна; следите за полярностью электролита.
• 
  Вывод 4 (RR).Предназначен для подавления пульсаций питания. На схеме статьи к нему подключён C3 100 мкФ; отдельного номинала в рисунке даташита нет.
• 
  Вывод 14 (включение).Работает по уровню напряжения (подробнее — следующий раздел). Цепочка R1–C4 на нём — плавное включение.
• 
  Питание.C6 2200 мкФ рядом с выводами и керамика C5 100 нФ, как в даташите. Электролиты берите не меньше чем на 25 В.

Динамики подключают между выводами 6 и 8 (первый канал) и 12 и 10 (второй канал); общего провода у нагрузки нет.

Вывод включения и задержка

Вывод 14 (M/SS) управляет режимом по напряжению.

Напряжение на выводе 14	Режим
выше 8,5 В	усилитель работает
от 3,3 до 6,4 В	выход заглушен (mute)
от 0 до 2 В	режим ожидания с током менее 100 мкА

Ток включения по даташиту — 12 мкА тип., 40 мкА макс. Цепочка R1 = 39 кОм и C4 = 47 мкФ делает плавный запуск: напряжение на выводе нарастает как V(t) = Vp · (1 − e^(−t/τ)), τ = R · C.

Пример (условный, ток включения не учитывается): τ = 39 000 · 47 · 10⁻⁶ ≈ 1,8 с. При Vp = 14,4 В напряжение пересекает 3,3 В примерно через 0,5 с, 6,4 В — через 1,1 с, а 8,5 В — через 1,6 с. Усилитель включается примерно через 1,6 с, динамики до этого не получают щелчка.

Сопротивление R ограничено током включения: после падения I · R на выводе должно оставаться больше 8,5 В.

Для 40 мкА и 14,4 В это R не более (14,4 − 8,5) / 40 мкА ≈ 147 кОм; для 12 В — не более 87 кОм.

Блок питания 12 В

Нестабилизированный блок на 5 А состоит из сетевого трансформатора и диодного моста на 6 А (если готового нет — четыре диода на 6 А). Дальше идут сглаживающий электролит, керамический конденсатор, светодиод с резистором и выключатель.

Трансформатор со вторичкой 9 В даёт после выпрямления около 11 В без нагрузки (9 · √2 минус падение на диодах). Это заметно меньше номинала 14,4 В. Оценка мощности (условная) при 11 В: 22 · (11 / 14,4)² ≈ 13 Вт при 10 % искажений.

Вторичка 12 В даёт около 15,6 В без нагрузки: это в пределах допустимых 18 В, но запас невелик, а под нагрузкой напряжение просядет.

Ток считают так. При 22 Вт на 4 Ом амплитуда на нагрузке √(2 · 4 · 22) ≈ 13,3 В, пик тока 13,3 / 4 ≈ 3,3 А — в пределах 4 А.

Средний ток по формуле I = (2/π) · U / RL около 2,1 А на канал, то есть около 4,3 А на два канала с током покоя. Отсюда блок «не менее 5 А».

Радиатор

Микросхему обязательно ставят на радиатор, и чем он лучше, тем больше мощность без срабатывания защиты. Максимальную мощность рассеяния моста оценивают по формуле P = 2 · Vp² / (π² · RL) на канал. Для 14,4 В и 4 Ом это около 10,5 Вт, для двух каналов — около 21 Вт плюс ток покоя 14,4 · 0,08 ≈ 1,2 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) / 22 − 0,5 ≈ 1,3 °C/Вт. Предельная мощность рассеяния по даташиту — 60 Вт; кривая снижения в нём зависит от температуры.

Дополнительно можно поставить компьютерный вентилятор: радиатор на 1,3 °C/Вт — это крупный экземпляр.

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

В самодельном усилителе для автомобиля, для ремонта магнитол и как учебная схема для моста. Для стереозвука дома сейчас проще взять готовую плату на микросхеме класса D, чем делать блок на 5 А.

Что в итоге

Подходит: усилитель для двух колонок по 4 Ом на 12 В, ремонт. Не подходит: динамики 8 Ом при малом питании (цифр для 8 Ом в даташите нет) и слабый блок питания.

Сравнение микросхемных усилителей и порядок выбора — в обзоре усилители НЧ на микросхемах. Рядом по классу — УМЗЧ на TDA1516BQ и усилитель на TDA1552Q; питание — источник питания 12 В 15 А.

Частые вопросы

Сколько ватт даёт TDA1554Q?

Условия: стереомост, 14,4 В, 4 Ом, 1 кГц. При искажениях 0,5 % — не менее 15 Вт (типовое 17 Вт) на канал.

При искажениях 10 % — не менее 20 Вт (типовое 22 Вт).

При 13,2 В — 12 Вт и 17 Вт (типовые значения).

Какой блок питания нужен для TDA1554Q?

Для двух каналов в мосте — не менее 5 А при 12–14,4 В (расчёт выше). Рабочее напряжение — до 18 В.

Нестабилизированный блок с трансформатором 12 В собирается из деталей российских магазинов радиодеталей; бортовая сеть автомобиля подходит напрямую.

Чем мост отличается от четырёх одиночных каналов?

В мосте два канала по 22 Вт (10 %) на 4 Ом, в одиночном включении четыре канала по 6 Вт (тип.) на 4 Ом. Усиление в мосте 26 дБ, в одиночном — 20 дБ.

Выбирайте мост для двух колонок, одиночное включение — для четырёх.

Какой радиатор нужен TDA1554Q?

При 14,4 В и 4 Ом в стерео микросхема рассеивает около 22 Вт. Для корпуса 80 °C и воздуха 40 °C — около 1,3 °C/Вт.

Нужен крупный радиатор или радиатор с вентилятором.

Как сделать плавное включение без щелчка?

Подайте на вывод 14 напряжение через цепочку R и C. Оно должно пройти зону mute (3,3–6,4 В) и подняться выше 8,5 В. Пример: 39 кОм и 47 мкФ дают включение примерно через 1,6 с.

Если R брать больше 147 кОм, усилитель может не включиться.

Калькуляторы для аудио

• Радиатор для транзистора и стабилизатораНужное тепловое сопротивление радиатора и нужен ли он вообще
• Сечение провода и кабеляМинимальное сечение по допустимому току и по падению напряжения
• Децибелы: напряжение, мощность, дБм, дБu, дБВОтношения в дБ и обратно, абсолютные уровни дБм/дБu/дБВ