Стереоусилитель на TDA2005 — колонка для телефона своими руками

TDA2005 в стереорежиме при питании 14,4 В отдаёт на канал 6,5 Вт на 4 Ом (типовое значение; минимум 6 Вт) и 10 Вт на 2 Ом (минимум 9 Вт). Условия по даташиту ST: частота 1 кГц, искажения 10 %. Рабочее питание — 8–18 В.

Для переносной колонки это важно: от двух литиевых аккумуляторов (8,4 В заряженными) микросхема уже на нижней границе допустимого, и мощность по оценке около 2 Вт на 4 Ом. Три аккумулятора (11,1 В номинальных) — нормальный режим.

Идея простая: взять автомобильную микросхему, которой хватает на пару динамиков в магнитоле, и сделать из неё колонку для телефона. Звук получается заметно лучше, чем у дешёвых колонок с усилителем на пол-ватта.

Ниже — параметры с условиями, выбор питания, схема, радиатор, расчёт тока и типовые ошибки.

Что умеет микросхема

Данные — из даташита ST на TDA2005 (Doc ID 1451, редакция 5 от мая 2012 года), стереорежим. Условия: питание 14,4 В, температура 25 °C, усиление 50 дБ, если не сказано иное. В таблице указано, какое число минимальное, типовое или максимальное.

Параметр	Значение
Питание	8…18 В; выдерживает 28 В постоянного и 40 В импульсом (50 мс)
Мощность на канал, 4 Ом (1 кГц, искажения 10 %)	6 Вт мин., 6,5 Вт тип.
То же на 3,2 Ом и на 2 Ом	7 / 8 Вт и 9 / 10 Вт (мин. / тип.)
Мощность на 2 Ом при питании 16 В	12 Вт тип.
Коэффициент гармоник, 4 Ом, 50 мВт…4 Вт	0,2 % тип., 1 % макс.
Усиление	48 дБ мин., 50 дБ тип., 51 дБ макс.
Ток покоя на две секции	65 мА тип., 120 мА макс.
Входное сопротивление	70 кОм мин., 200 кОм тип.
Подавление пульсаций питания (100 Гц)	35 дБ мин., 45 дБ тип.
Полоса по уровню −3 дБ (нагрузка 2 Ом)	нижняя граница до 50 Гц, верхняя не ниже 15 кГц
КПД	70 % (6,5 Вт на 4 Ом), 60 % (10 Вт на 2 Ом)
Допустимая мощность рассеяния	20 Вт при температуре корпуса 60 °C
Тепловое сопротивление кристалл–корпус	не более 3 °C/Вт
Выходной ток	до 3,5 А (повторяющийся)

Корпус — Multiwatt11. В редакции даташита 1998 года были варианты TDA2005M (мост) и TDA2005S (стерео); в редакции 2012 года — единая TDA2005R, а режим задаётся обвязкой. Для колонки нужна схема стерео.

Мощность на 4 Ом по таблице — 6,5 Вт на канал; мост на 4 Ом даёт 20 Вт при тех же 10 % искажений, но это другая обвязка.

Питание: где хитрость

Классический источник для переносной колонки — два литиевых аккумулятора от старых телефонов. Они дают 7,4 В номинальных и 8,4 В на свежей зарядке (по 4,2 В на банку). Формально это нижняя граница диапазона 8…18 В.

Оценка (условная): при 14,4 В на 4 Ом амплитуда на выходе при 6,5 Вт около 7,2 В — половина питания. Если считать, что размах пропорционален питанию, при 8,4 В получится около 4,2 В и мощность P = U² / (2 · R) ≈ 2,2 Вт; при 11,1 В — около 3,8 Вт.

Пока аккумуляторы свежие, всё работает, а по мере разряда напряжение уходит ниже 8 В — за пределы гарантированного диапазона. Три банки (11,1 В номинальных, до 12,6 В заряженными) — уже нормальный режим. Не забывайте про защиту от переразряда: собирать литий без неё не стоит.

Проще питать схему от 12-вольтового блока или от автомобильной сети. Ток двух каналов по даташиту: 2 · 6,5 / 0,7 / 14,4 ≈ 1,3 А на полной громкости, поэтому выбирайте источник не меньше чем на 3 А с запасом.

Схема

Номиналы совпадают с типовой стереосхемой даташита. Каждый узел делает своё дело.

• 
  Вход.C1 и C2 пропускают только сигнал. Оба канала независимы; на левый и правый подключают сигнал с телефона, разделив провод гарнитуры.
• 
  Усиление.В обратной связи стоит делитель R2/R3: K = 1 + 1200/3,3 ≈ 365, то есть около 51 дБ — на верхней границе заявленных 48–51 дБ (тип. 50). Усиление большое: для 6,5 Вт на 4 Ом хватает около 14 мВ на входе.
• 
  Вольтодобавка.Конденсаторы C4 и C6 «подтягивают» питание выходных транзисторов на пиках сигнала выше напряжения питания. Уменьшать их не стоит: искажения на низких частотах вырастут.
• 
  Выход.R6 с C8 гасят самовозбуждение на высокой частоте, а C10 и C11 отсекают постоянную составляющую. Ёмкость 2200 мкФ на 4 Ом даёт нижнюю границу около 18 Гц.

Линейный выход телефона отдаёт сотни милливольт, а нужно десятки: поставьте на входе переменный резистор, иначе усилитель сразу уйдёт в ограничение. Остальные детали берут по схеме: R1 120 кОм и C3 10 мкФ фильтруют питание входных каскадов, C12 100 нФ ставят у вывода 9.

Радиатор

Оценка нагрева: при 6,5 Вт на канал в 4 Ом КПД около 70 %, то есть на каждом канале рассеивается 6,5 / 0,7 − 6,5 ≈ 2,8 Вт, вместе — около 5,6 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) / 5,6 − 0,5 ≈ 6,6 °C/Вт.

Температура кристалла при этом около 80 + 5,6 · 3 ≈ 97 °C. В даташите характеристики измерены с радиатором 4 °C/Вт.

Небольшой алюминиевый уголок на музыке справится; при постоянном синусе греется заметно сильнее. Корпус из картона с тканью тепло не отводит, так что радиатору нужен выход на воздух. Если радиатор касается шасси или соседних цепей, ставьте микросхему через изолирующую прокладку и проверьте мультиметром отсутствие замыкания подложки на общий провод.

Типовые ошибки

Где пригодится сегодня

Для переносной колонки на аккумуляторах сегодня выгоднее готовые платы усилителей класса D: они почти не греются и хорошо работают от литиевых банок. TDA2005 имеет смысл там, где нужен мощный стереоусилитель на 12 В в машине или на даче, либо где она уже стоит, — в магнитолах и активных колонках, которые чинят.

Что в итоге

Подходит: для автомобильного или дачного усилителя 2×6–10 Вт от 12 В, для ремонта магнитол. Не подходит: для колонки на двух литиевых банках, если хочется громко и без искажений, — берите три банки или готовый модуль класса D.

Сравнение микросхемных усилителей и порядок выбора — в обзоре усилители НЧ на микросхемах. Родственные схемы — УНЧ на TDA2003 и усилитель на TDA2030A; питание — источник питания 12 В 15 А.

Частые вопросы

Сколько ватт даёт TDA2005?

Условия: стерео, 14,4 В, 1 кГц, искажения 10 %. На 4 Ом — не менее 6 Вт (типовое 6,5 Вт) на канал, на 2 Ом — не менее 9 Вт (типовое 10 Вт).

Мостовое включение даёт 20 Вт на 4 Ом.

Искажения на малой мощности невелики: 0,2 % (тип.) при 50 мВт…4 Вт на 4 Ом.

Какое питание нужно TDA2005?

Рабочее — от 8 до 18 В. Постоянное напряжение до 28 В микросхема выдерживает без повреждений, но работать на нём не рассчитана.

В российской машине бортовая сеть 12–14,4 В — штатный режим для этой микросхемы.

Можно ли питать TDA2005 от двух литиевых аккумуляторов?

Работает, но на нижней границе диапазона: заряженные 8,4 В дают по оценке около 2 Вт на канал на 4 Ом, а по мере разряда напряжение уходит ниже 8 В.

Три аккумулятора в форм-факторе 18650 дают 11,1 В — это нормальный режим; такие банки распространены в России.

Чем отличаются TDA2005M, S и R?

В редакции даташита 1998 года M — мостовое включение, S — стерео. В редакции 2012 года указана единая TDA2005R, режим задаётся схемой.

Для колонки нужна стереосхема; проверяйте маркировку на корпусе.

Какой радиатор нужен TDA2005?

На музыке небольшого алюминиевого уголка хватает; расчётное значение для 4 Ом, воздуха 40 °C и корпуса 80 °C — около 6,6 °C/Вт.

Уголок подойдёт из магазина стройматериалов; ставьте микросхему с термопастой.

Калькуляторы для аудио

• Радиатор для транзистора и стабилизатораНужное тепловое сопротивление радиатора и нужен ли он вообще
• Время зарядки и работы от аккумулятораСколько заряжать и сколько проработает от заряда
• Децибелы: напряжение, мощность, дБм, дБu, дБВОтношения в дБ и обратно, абсолютные уровни дБм/дБu/дБВ