Усилитель на TDA2030A — 18 Вт на канал из двенадцати деталей

TDA2030A отдаёт на 4 Ом 18 Вт (типовое значение; минимум 15 Вт), а на 8 Ом — 12 Вт (минимум 10 Вт). Условия измерения по даташиту ST: питание ±16 В, искажения 0,5 %, полоса 40–15 000 Гц. Допустимое питание — от ±6 до ±22 В.

Для стерео нужны две микросхемы, двухполярный блок питания (трансформатор 2×12 В даёт после выпрямления около ±16 В) и радиатор: по оценке около 2 °C/Вт на микросхему. Усиление в схеме — около 33 раз (30 дБ), для полной мощности на 4 Ом хватает 0,25 В на входе.

TDA2030A — классика любительского звука: микросхема недорогая, защищена от короткого замыкания на выходе и от перегрева, и сжечь её новичку непросто.

Ниже — параметры с условиями, схема на один канал, детали, расчёт радиатора и питания, первое включение и типовые ошибки.

Что умеет микросхема

Данные — из даташита ST (Doc ID 1459, редакция 2 от июля 2011). Условия: питание ±16 В, температура 25 °C, если не сказано иное. В таблице указано, какое число минимальное, типовое или максимальное.

Параметр	Значение
Питание	±6…±22 В (однополярное — до 44 В)
Мощность на 4 Ом (искажения 0,5 %)	15 Вт мин., 18 Вт тип.
Мощность на 8 Ом (искажения 0,5 %)	10 Вт мин., 12 Вт тип.
Мощность на 8 Ом при ±19 В	13 Вт мин., 16 Вт тип.
Коэффициент гармоник, 4 Ом, 0,1–14 Вт	0,08 % тип. (40–15 000 Гц), 0,03 % тип. (1 кГц)
Пиковый выходной ток	3,5 А, ограничен внутри
Ток покоя	50 мА тип., 80 мА макс.
Подавление пульсаций питания (100 Гц, усиление 26 дБ)	54 дБ тип.
Входное сопротивление (без обратной связи)	0,5 МОм мин., 5 МОм тип.
Допустимая мощность рассеяния	20 Вт при температуре корпуса 90 °C
Температура срабатывания тепловой защиты	145 °C тип.
Тепловое сопротивление кристалл–корпус	не более 3 °C/Вт

Мощность по таблице измерена при усилении 26 дБ; в схеме ниже оно около 30 дБ, и на цифры это почти не влияет.

Корпус пятивыводной, Pentawatt. Выводы: 1 — неинвертирующий вход, 2 — инвертирующий, 3 — минус питания, 4 — выход, 5 — плюс питания.

Схема

Номиналы совпадают с типовым включением из даташита. Каналы разбирают по узлам.

• 
  Вход.C1 не пускает на микросхему постоянную составляющую источника. R3 задаёт нулевой потенциал неинвертирующего входа и определяет входное сопротивление усилителя — около 22 кОм.
• 
  Усиление.K = 1 + R1/R2 = 1 + 22 000/680 ≈ 33, то есть около 30 дБ. C2 убирает усиление по постоянному току, поэтому на выходе держится почти ноль вольт.
• 
  Выход.Диоды D1 и D2 гасят выбросы, которые возвращает катушка динамика. Цепочка R4–C7 (цепь Цобеля) не даёт усилителю возбудиться на высокой частоте при индуктивной нагрузке.
• 
  Питание.Конденсаторы C3 и C4 по 100 нФ ставят прямо у выводов 5 и 3. C5 и C6 — местный запас энергии на пиках громкости; в схеме даташита они показаны пунктиром как необязательные.

Входное напряжение для полной мощности на 4 Ом: U = √(18 · 4) ≈ 8,5 В на выходе, делим на усиление 33 — получаем около 0,25 В. Столько отдаёт линейный выход компьютера или телефона.

Детали и замены

Номиналы в перечне — те же, что на схеме даташита. Конденсаторы и диоды выбирают так.

• 
  C1 и C7.Плёночные, например К73-17 или любые современные. У керамики с диэлектриком Y5V ёмкость гуляет от напряжения и температуры.
• 
  C5 и C6.Можно ставить больше, до 1000 мкФ, если провода от блока питания длинные. Напряжение — с запасом, для ±16 В хватит 25 В.
• 
  Диоды.1N4001 или любой из серии 1N4001…1N4007.
• 
  Аналоги.Отечественный К174УН19 близок по назначению; TDA2050 и LM1875 имеют то же назначение выводов, но номиналы для них берут из их даташитов.

Замены допустимы, если не выходят за напряжения и ёмкости из списка выше.

Радиатор

Металлическая подложка корпуса соединена с выводом 3, то есть с минусом питания. На общий радиатор две микросхемы ставят только через изолирующие прокладки — слюду или теплопроводящую резину — и с термопастой. Иначе радиатор замкнёт минус питания на шасси или на соседний канал.

Мощность, которая рассеивается на микросхеме, считают по формуле P = 2 · Vs² / (π² · RL). Для ±16 В и 4 Ом: 2 · 16² / (π² · 4) ≈ 13 Вт.

Прибавьте ток покоя: 2 · 16 · 0,05 ≈ 1,6 Вт. Итого получается около 14,6 Вт на микросхему.

Тепловое сопротивление радиатора считают по формуле RθSA = (Tк − Tокр) / P − RθCS, где Tк — допустимая температура корпуса, RθCS — сопротивление прокладки. Пример (условный): корпус не горячее 80 °C, воздух в колонке 40 °C, прокладка 0,5 °C/Вт: (80 − 40) / 14,6 − 0,5 ≈ 2,2 °C/Вт.

На музыке средняя мощность в разы ниже синуса, и радиатора от процессора старого компьютера обычно хватает на оба канала. Перегрева микросхема не боится: тепловая защита срабатывает при 145 °C (тип.).

Питание

Двухполярный блок: трансформатор со вторичной обмоткой 2×12 В, мост и по конденсатору 2200–4700 мкФ на каждую шину.

После выпрямления получится около ±16 В (12 В · √2 минус падение на диодах) — режим, на котором сняты цифры из таблицы. Стабилизатор не нужен: микросхема подавляет пульсации питания (54 дБ тип. на 100 Гц).

Ток считают по формуле I = U / (π · RL), где U — амплитуда выходного напряжения. Пример (условный): на 18 Вт и 4 Ом амплитуда √(2 · 4 · 18) = 12 В, ток около 0,95 А на канал, то есть около 1,9 А по каждой шине для стерео. На музыке потребление заметно ниже, но мост и трансформатор берут с запасом.

Однополярное питание тоже допустимо (в даташите есть схема, рис. 4, с выходным конденсатором), но полная мощность получается при двухполярном.

Первое включение

Первый запуск делают без динамика.

1. 1
   Подайте питание без динамика.Напряжение на выходе должно быть не больше нескольких десятков милливольт.
2. 2
   Измерьте ток без сигнала.Он должен быть в пределах 50–80 мА на канал; если заметно больше или микросхема быстро греется, ищите ошибку монтажа или самовозбуждение.
3. 3
   Подключите динамик и подайте сигнал малой громкости.Громкость повышайте постепенно.

Если ток покоя велик, не включайте усилитель на громкость, пока не найдёте причину.

Где пригодится сегодня

Готовые модули на усилителях класса D вроде TPA3116 экономичнее и почти не греются. Но TDA2030A по-прежнему хороша, чтобы понять, как устроен усилитель мощности, и чтобы собрать его руками.

Её же ставят при ремонте активных колонок и сабвуферов, в небольшие гитарные комбики и в самодельную компьютерную акустику. Если нужно 30–40 Вт на канал, смотрите TDA2050 в той же обвязке. Либо возьмите схему из даташита с внешними транзисторами BD907/BD908 (однополярное питание 39 В, типовое значение 35 Вт на 4 Ом при искажениях 0,5 %).

Типовые ошибки

Что в итоге

Схема подходит для первого усилителя мощности своими руками, ремонта активных колонок и сабвуфера, гитарного комбика для дома — просто, дёшево, почти без шансов не завестись. Не подходит, если нужна мощность за 30 Вт на канал или минимальные искажения на пределе возможностей.

Тогда смотрите TDA2050 в той же обвязке или готовый модуль класса D.

Сравнение микросхемных усилителей и порядок выбора — в обзоре усилители НЧ на микросхемах. Для большей мощности смотрите усилитель на TDA2040 и усилитель 2×60 Вт на LM4780, а питание — источник питания 30 В 3 А на LM723.

Частые вопросы

Сколько ватт даёт TDA2030A?

На 4 Ом при ±16 В и искажениях 0,5 % — не менее 15 Вт, типовое значение 18 Вт; на 8 Ом — не менее 10 Вт, типовое 12 Вт. При ±19 В на 8 Ом — 13 Вт мин., 16 Вт тип.

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

Какое питание нужно TDA2030A?

Двухполярное от ±6 до ±22 В, типовое по даташиту ±16 В. Для него подойдёт трансформатор 2×12 В: после выпрямления получается около ±16 В.

Такие трансформаторы продаются в российских магазинах радиодеталей; берите на мощность не менее 50 ВА на стерео.

Какой радиатор нужен TDA2030A?

Для ±16 В, 4 Ом, воздуха 40 °C и температуры корпуса 80 °C — около 2 °C/Вт на микросхему (расчёт выше). На музыке достаточно меньшего.

Подойдёт радиатор от процессора старого компьютера; ставьте микросхему через изолирующую прокладку.

Чем TDA2030A отличается от TDA2030?

Это разные документы ST: у TDA2030 заявлено 14 Вт, у TDA2030A — 18 Вт на 4 Ом при ±16 В. Предельное питание у TDA2030A — ±22 В (44 В).

Для покупки смотрите маркировку: буква A в конце обязательна, если нужна мощность 18 Вт.

Можно ли питать TDA2030A от одного источника?

Да, в даташите есть однополярная схема (рис. 4) с выходным конденсатором. Размах выходного сигнала при том же напряжении вдвое меньше, поэтому мощность ниже, чем при двухполярном питании.

Для полной мощности лучше собрать двухполярный блок.

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