Принципиальная схема мощного мостового усилителя мощности ЗЧ на микросхеме TDA2005, выход 20 Ватт на нагрузке 4 Ома. Микросхема типа TDA2005 весьма устаревшая микросхема интегрального УНЧ. Но, тем не менее, именно благодаря устарелости, её зачастую можно приобрести по очень невысокой цене. К тому же, у многих она может быть в старых запасах.

По сравнению с современными ИМС УМЗЧ TDA2005 конечно проигрывает в сложности схемы, потому что требует значительного количества навесных деталей. Но по параметрам идет вполне себе «ноздря в ноздрю» и с более современными.

Однажды автору пришлось ремонтировать старенький музыкальный центр непонятного еще индийского производства. Задача была поставлена не столько восстановить работоспособность, сколько сделать из данного аппарата что-то вроде активной акустической системы для работы с персональным компьютером.

Собственный УНЧ был неисправен, и не было никакого желания заниматься его восстановлением, так как и «при жизни» в нем было мало чего выдающегося. Решено было заменить УНЧ на два модуля на микросхемах TDA2005, поскольку таковые уже давно лежали без дела. При этом, увеличить мощность, повысить качество звука.

Конечно, это повлекло за собой и изменения в источнике питания, - но это другая тема.

Принципиальная схема

Рис.1. Принципиальная схема мостового усилителя мощности ЗЧ на микросхеме TDA2005, 20 Ватт при нагрузке 4 Ома.

Схема одного из каналов УНЧ показана на рисунке 1. Второй канал точно такой же. УНЧ микросхемы включены мостом для получения большей мощности и лучшего качества воспроизведения НЧ.

По такой схеме, при напряжении питания 14V усилитель обладает следующими характеристиками:

• Мощность при сопротивлении акустической системы 4 Ом - 20W.
• При мощности 4 W на нагрузке 4 Ом КНИ не более - 0,2%.
• Диапазон рабочих частот 20-20000 Гц.
• Чувствительность входа 200 mV.
• Рабочее напряжение питания в пределах от 8 до 18 V.
• Ток потребления при максимальной мощности 3,5 А (одного канала).

Входной сигнал проступает через резистор регулятор громкости R1. На схеме он показан, но на печатной плате его нет, так как он есть на передней панели музыкального центра.

Резистор R2 в принципе можно не устанавливать, его задача в том чтобы уровнять стереоканалы по усилению если это необходимо. Кроме того, его можно заменить переменным для регулировки стереобаланса.

Цепь R3-C2 очень полезна, если данный усилитель будет работать с цифровым источником сигнала, например, с выходом звуковой карты персонального компьютера. Эта цепь представляет собой простейший пассивный фильтр ВЧ, который подавляет ВЧ помехи от работы цифро-аналогового преобразователя цифрового источника сигнала.

Вывод 3 микросхемы А1 - это блокировка. В данном случае он используется для плавного пуска микросхемы, чтобы не было броска тока при включении через акустическую систему. Цепь R5-C9 несколько задерживает подключение выхода УНЧ, после того как подается питание.

Как уже сказано, напряжение питания может быть от 8 до 18V. При этом, желательно чтобы все конденсаторы были на напряжение не ниже полтора от напряжения питания. В этой схеме все электролитические конденсаторы на 25V.

Печатная плата и монтаж

Монтаж выполнен на компактной печатной плате (рис.2). Рисунок печатных дорожек показан, как если смотреть на дорожки. Если предполагается делать плату фотоспособом или «лазерным утюгом», этот рисунок нужно будет сделать зеркальным (это можно сделать со скана в любом графическом редакторе).

Рис. 2. Печатная плата для схемы мостового усилителя мощности с микросхемой TDA2005.

Но, на мой взгляд, такую простую разводку можно нарисовать и вручную -перманентным маркером. Микросхеме для работы необходим радиатор. Даже временно включать без радиатора не рекомендую. Эту плату УНЧ можно использовать и по другому назначению, не только как ремонтный модуль, но и как автомобильный УНЧ.

Одной из главных проблем, с которой сталкивается разработчик ламповых усилителей, является изготовление выходных трансформаторов. В то время как силовой трансформатор должен лишь обеспечивать необходимые напряжения и токи и может быть намотан, в крайнем случае даже вручную, выходной трансформатор оказывает огромное влияние на характеристики усилителя. Способ намотки обмоток, размеры сердечника, даже толщина пластин сердечника и толщина прокладок между обмотками - все влияет на такие важные параметры усилителя, как выходная мощность, полоса пропускания частот и нелинейные искажения.

Желание сделать выходной трансформатор менее критичным к качеству его изготовления или вообще отказаться от его применения привело к появлению схем мостовых усилителей, в которых выходные лампы по постоянному току включены последовательно, а по переменному-параллельно. Поскольку выходные лампы в такой схеме работают в режиме катодного повторителя, а постоянная составляющая на нагрузке исключена, появляется возможность согласовать сопротивление нагрузки с помощью простого автотрансформатора, имеющего всего одну обмотку.

Схема такого мостового усилителя мощности приведена на рис.1.

Рис.1. Схема мостового усилителя мощности

Входной каскад на лампе Л1.1 типа 6Н8С построен по схеме с общим катодом и особенностей не имеет. Его назначение - обеспечить необходимый уровень чувствительности. Если источник сигнала имеет выходное напряжение не менее 4 В, то входной каскад можно исключить и подавать входной сигнал прямо на вход фазоинвертора.

Фазоинвертор (лампа Л2 тина 6Н9С) построен на основе балансного. Такой фазоинвертор отличается большим усилением и симметричностью разделенного сигнала. При желании иметь в усилителе балансный вход типа XLR, обладающий большей помехозащищенностью по сравнению с однотактным входом RCA, можно убрать конденсатор, заземляющий второй вход фазоинвертора, и подать на него сигнал.

Выходной каскад выполнен на двух лучевых тетродах Л3 и Л4. В качестве выходных ламп можно применять лампы 6П6С или 6П3С. С первыми выходная мощность составит около 12-13 Вт, со вторыми - до 25 Вт на канал. Еще более увеличить выходную мощность можно, применив лампы 6П27С, которые имеют максимальное анодное напряжение до 800 В и гораздо больший ток анода. Но для этого придется увеличить мощность силового трансформатора и изменить конструкцию усилителя.

Из-за параллельного включения ламп по переменному току оптимальное сопротивление нагрузки уменьшается в 4 раза и составляет для данной схемы около 900 Ом.

Выходной автотрансформатор намотан на сердечнике от стандартного трансформатора ТП-208-6 сечением 7,0 см2. Первичная обмотка имеет 650 витков провода диаметром 0,33 мм, вторичная - 84, третья - 35 витков провода диаметром 1,0 мм, четвертая - 531 виток провода диаметром 0,33 мм. Все обмотки должны быть намотаны в одну сторону. Их расположение на катушке показано на рис.2.

Рис.2. Расположение обмоток выходного трансформатора

Плечи выходного каскада питаются от отдельных выпрямителей. При изготовлении двухканального усилителя потребуются четыре обмотки анодного питания, что необходимо учитывать при подборе трансформатора.

Схема блока питания двухканального усилителя приведена на рис.3.

Рис.3. Схема блока питания

Силовой трансформатор намотан на сердечнике сечением не менее 16 см2 и имеет восемь обмоток. Первичная обмотка имеет 650 витков провода диаметром 0,5 мм; вторая, третья, четвертая и пятая обмотки имеют по 700 витков провода диаметром 0,2 мм; накальные обмотки – шестая и седьмая - имеют по 19 витков провода диаметром 1,0 мм; восьмая обмотка имеет 36 витков провода диаметром 0,2 мм и используется для питания устройства задержки включения анодного питания.

Устройство задержки включения питания выполнено по схеме на рис.4. Для двухканального усилителя это устройство должно иметь два реле типа РЭС22. В зависимости от рабочего напряжения реле их обмотки включаются параллельно или последовательно.

Рис.4. Схема задержки подачи анодного напряжения

Выпрямители и устройство задержки включения питания собраны на общей плате, рисунок которой приведен на рис.5.

Рис.5. Печатная плата блока питания

Как известно, главным недостатком ламп по сравнению с транзисторами является довольно низкая стабильность параметров. Так, ресурс большинства ламп составляет 500-1000 часов непрерывной работы. За этот период значительно изменяются основные параметры лампы - уменьшается крутизна характеристики, падает выходная мощность, изменяется внутреннее сопротивление. Особенно неприятно этот эффект проявляется в двухтактных выходных каскадах, так как изменение параметров ламп приводит к разбалансировке плеч двухтактного каскада, появлению постоянного тока через выходной трансформатор и увеличению нелинейных искажений. Стабилизация анодного питания в данном случае не помогает, поскольку лампа по постоянному току представляет собой сопротивление и изменение внутреннего сопротивления лампы вызывает нестабильность тока покоя. Большинство усилителей либо регулируется только один раз при изготовлении, либо имеет подстроечные элементы для установки тока покоя в течение срока службы усилителя, что требует периодического проведения профилактических работ с применением специального оборудования и некоторой квалификации от пользователя ламповой аппаратуры.

Для описанного усилителя мною было разработано простое устройство, автоматически поддерживающее заданный ток покоя выходных ламп. Схема этого устройства приведена на рис.6.

Рис.6. Схема стабилизатора тока покоя выходных ламп

Устройство представляет собой стабилизатор тока и состоит из нескольких функциональных узлов. Резистор Rдт представляет собой датчик тока, на котором создается напряжение падения, пропорциональное току покоя лампы. На транзисторах VT1 и VT2 собран маломощный источник опорного напряжения, с помощью которого задается ток покоя лампы. Данная схема источника опорного напряжения отличается малым потреблением тока (0,5-0,7 мА), что немаловажно, так как ток источника опорного напряжения не проходит через датчик тока и, следовательно, приводит к небольшой погрешности установки тока покоя. При желании источник опорного напряжения можно заменить светодиодом, который будет индицировать нормальный режим лампы. В этом случае нужно применить светодиод с рабочим током не более 1 мА. На составном транзисторе VT3VT4 собрано устройство сравнения и управления током. При уменьшении тока покоя лампы уменьшается падение напряжения на резисторе датчика тока Rдт. Поскольку напряжение на базе транзистора VT3 стабилизировано источником опорного напряжения, уменьшение напряжения на эмиттере VT3 вызывает открывание транзисторов VT3 и VT4, которые шунтируют резистор Rк и уменьшают общее сопротивление в цепи катода лампы, тем самым увеличивая ее анодный ток. При повышении анодного тока транзисторы VT3 и VT4 закрываются и увеличивают сопротивление в цепи катода. Для исключения влияния переменной составляющей катодного тока на постоянный ток покоя резистор R5 зашунтирован конденсатором большой емкости С1.

Это устройство включается в катодную цепь лампы вместо резистора автоматического смещения и питается за счет напряжения смещения. При испытании с несколькими лампами типа 6П6С и 6П3С такой стабилизатор тока обеспечивал постоянство тока покоя с точностью до 2%. По переменному току это устройство зашунтировано конденсатором большой емкости и не оказывает никакого влияния на усиление звуковых частот. Для каждой выходной лампы изготавливается такой стабилизатор тока на небольшой печатной плате и устанавливается вместо катодного резистора. Установив ток покоя выходного каскада равным 25-30 мА, можно использовать усилитель в классе А или АВ, устанавливая в выходном каскаде соответственно лампы 6П6С или 6П3С. Никаких регулировок при замене ламп при этом не нужно.

Все трансформаторы и лампы установлены непосредственно на корпусе усилителя. Трансформаторы закрыты кожухами, которые также крепятся к корпусу. Установочные размеры силового трансформатора зависят от конструкции самого трансформатора и поэтому не указаны на чертеже корпуса усилителя. Около всех трансформаторов должны быть просверлены отверстия для прокладки проводов. Их размеры и положение также достаточно произвольны. Плата блока питания крепится в подвале корпуса под силовые трансформатором на винтах крепления кожуха трансформатора. Монтаж каскадов усилителя выполнен навесным способом на выводах ламповых панелей. На винтах крепления ламповых панелей закреплены дополнительные контактные пластины из текстолита, на которых резаком прорезаны контактные площадки.

Порядок монтажа и регулировки усилителя такой же, что и у .

Дмитрий Климов

Ламповые усилители. Методика расчета и конструирования

В предыдущих постах мы рассматривали структурные схемы усилителей низкой частоты и методы повышения их выходной мощности. Мы увидели, что максимальная амплитуда напряжения сигнала на нагрузке не может превысить половины напряжения питания усилителя и его выходная мощность ограничена соотношением
Pвых = (Eп / 2)2 / (2 х Rн) = Eп2 / (8 х Rн),
Где Eп – напряжение питания усилителя, Rн – сопротивление нагрузки (динамика).
Это огрничение вытекает из законов физики и его в рассмотренных схемах нельзя преодолеть.
Увеличить выходную мощность возможно, используя два одинаковых усилителя, работающих на одну и ту же нагрузку. Причем усилители надо включить так, чтобы один усилитель был подключен к одному ее выводу, а другой – ко второму, сами усилители должны работать в противофазе.

При этом, когда на выходе правого усилителя напряжение будет снижаться, на выходе левого – повышаться. В этом случае максимальная амплитуда напряжения на выводах нагрузки будет равна всему напряжению питания усилителей, и на ней будет выделяться мощность
Pвых = Eп2 / (2 х Rн) – в четыре раза больше, чем при использовании одиночного усилителя.
Такая схема усилителя называется мостовой и позволяет при низком напряжении питания усилителя получить большую мощность.
Для обеспечения ее нормальной работы внутренняя схема стабилизации поддерживает одинаковыми постоянные напряжения на выходах усилителей, что исключает протекание постоянного тока через нагрузку.

Хочу отметить, что в этой схеме выходные транзисторы работают в более тяжелом режиме, так как ток в нагрузке в два раза больше, чем в нагрузке одиночного усилителя. Соответственно, они должны его выдержать.
В качестве фазоинвертора можно использовать либо каскад на одиночном транзисторе

либо на дифференциальном усилителе

Мостовая схема очень часто применяется в усилителях с низким (в основном, батарейным) напряжением питания. Например на нагрузке 4 Ом при напряжении питания 3 В можно получить мощность более 0,5 Вт, при 12 В – 12,5 Вт.
Такие усилители выпускаются для широкого диапазона питающих напряжений и выходных мощностей. Большим их преимуществом является отсутствие выходных конденсаторов и минимальная обвязка. Ниже приведена схема включения усилителя TDA7050 из ее Datasheet-а.

При напряжении питания 3 В он отдает 0,14 Вт на нагрузку 32 Ома (корпус DIP8 или SO8)), аналогичный усилитель TDA7052 – 1,2 Вт на нагрузку 8 Ом при напряжении питания 6 В (DIP8).
А у TDA7052А (DIP8, SO8) даже встроен электронный регулятор громкости. То же, но при больших выходных мощностях у TDA7053A (2 x 1 Вт при 6 В, DIP16) и TDA7056A (5Вт при 12 В).
Наибольшее распространение мостовые усилители получили в автомобильных приемниках, когда при низком напряжении – 14,4 В (напряжение в автомобильной сети) нужно получить большую мощность.
Например четырехканальная микросхема TDA 7385 позволяет получить по 15Вт мощности на канал при коэффициенте нелинейных искажений 1% (до 35 Вт при 10%),

Мостовое включение - подключение усилителя к громкоговорителям, при котором каналы стереоусилителя работают в режиме моноблочных усилителей мощности. Они усиливают один и тот же сигнал, но в противофазе. При этом громкоговоритель включается между двумя выходами каналов усиления.

Мостовое включение позволяет значительно увеличить мощность усилителя.

Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность усилителя по мостовой схеме теоретически оказывается в 1,5 - 4 раза больше, чем у отдельно взятого усилителя. По такой схеме выполнены усилители мощности современных головных аппаратов. Возможность мостового включения предусматривается практически во всех моделях дополнительных усилителей.

Наряду с достоинством - большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки.
В первую очередь - повышенный примерно в 1,2-1,7 раза по сравнению с исходными усилителями коэффициент гармоник и вдвое худший коэффициент демпфирования (при неизменном сопротивлении нагрузки). Теоретически коэффициент гармоник изменяться не должен, но на практике увеличение происходит из-за различия характеристик реальных (даже одинаковых) усилителей. Ухудшение демпфирования также понятно - выходные сопротивления усилителей сложились.

Один из способов увеличить выходную мощность усилителя при низком напряжении питания - включить его по мостовой схеме . Два одинаковых каскада или усилителя включаются в противофазе и работают на общую нагрузку. Громкоговоритель подключается непосредственно к мостовой схеме без использования разделительных конденсаторов. Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность усилителя по мостовой схеме теоретически оказывается в 4 раза больше, чем у отдельно взятого усилителя. По такой схеме выполнены усилители мощности современных головных аппаратов. Возможность мостового включения предусматривается практически во всех моделях дополнительных усилителей.

Наряду с достоинством - большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки. В первую очередь - повышенный примерно в 1,2-1,7 раза по сравнению с исходными усилителями коэффициент гармоник и вдвое худший коэффициент демпфирования (при неизменном сопротивлении нагрузки). Теоретически коэффициент гармоник изменяться не должен, но на практике увеличение происходит из-за различия характеристик реальных (даже одинаковых) усилителей. Ухудшение демпфирования также понятно - выходные сопротивления усилителей сложились.
Выходы встроенных усилителей головных аппаратов имеют потенциал Uпит/2 относительно массы. Поэтому случайное замыкание нагрузки на массу приводит к выходу усилителя из строя, если он не имеет систем защиты. Впрочем, к звуку это уже имеет весьма отдаленное отношение, об этом нужно помнить при монтаже. Однако это свойство можно использовать. Так, входы высокого уровня дополнительных усилителей нередко оборудованы датчиком напряжения, и постоянное напряжение на выходе головного устройства используется как сигнал включения дополнительного усилителя.

Сегодня разберем такую интересную возможность увеличения мощности, как подключение усилителя мостом и как подключить 2 усилителя аналогичным способом. В таком режиме один канал работает за плюс (+) а другой за минус (-) , от чего в 2-2,5 раза увеличивается мощность. Результат будет зависеть от питания системы и модели усилителя.

Чаще такой режим работы используется для сабвуфера, как для самого требовательного к мощности элемента. Подключить в мост можно как два канала усилителя , так и два отдельных моноблока.

Мостовое подключение двух каналов

Итак, для мостового подключения двух каналов одного усилителя нужно с одного взять плюс (+), а с другого минус (-). Для двух и четырех канальных усилителей схемы не отличаются.

В принципе, подключение усилителя мостом не сложная операция, для этого не нужно никаких перемычек или дополнительных соединений. Плюсовой провод от сабвуфера подключаете к плюсовой клемме (+) одного канала, а минусовой, соответственно, к минусовой (-) второго.

Предварительно убедитесь, что ваш усилитель поддерживает мостовое включение.

Как подключить два усилителя мостом

Master/Slave

На усилителях, предназначенных для такого соединения, имеются переключатели MASTER/SLAVE. Поэтому при мостовом подключении один из усилков будет ведущим (Master ) второй ведомым (Slave ), установите переключатели в этом соответствии. Именно к Master подключаются межблочные кабели (тюльпаны) от магнитолы, а от него через моно разъем сигнал передается на Slave (одинарным межблоком). Это делается для того, чтобы все настройки и управление осуществлялось с одного моноблока — с Master, то есть gain, фильтры, subsonic и т.п. будут выставляться только на нем. Не нужно брать Y разветвители, чтобы пытаться воткнуть межблочники еще и в Slave.

Если производителем заявлена работа возможность работы усилителя в мост, но нет переключателей Master / Slave, значит на нем будет сразу два гнезда с названиями, подобными — Bridge Input и Bridge Output . В таком случае, на ведущем усилителе используете гнездо Bridge Output и соединяете его с гнездом Bridge Input ведомого.

Подключение акустических проводов

Здесь будьте внимательны и ничего не перепутайте: минусовые разъемы двух усилителей соединяем между собой; далее плюс (+) Ведущего (Master) подключаем к плюсу сабвуфера, а плюс Ведомого (Slave) к минусу сабвуфера !

Да, к сабу идут два плюсовых провода, не нужно напрягаться — все правильно. Дело в том, что на вход одного усилителя подается прямой сигнал, а для второго сигнал переворачивается на 180 градусов. Поэтому на выходе одного растет положительный потенциал, а на выходе второго такой же но отрицательный. Прирост мощности происходит от того, что усилители или каналы (в случае использования одного уся) работают в пониженном сопротивлении. К примеру, если саб скоммутирован на 4 Ом, то каждый усилитель или канал работает в 2 Ом и т.д.

Важные моменты

• • Убедитесь, что ваш усилитель поддерживает мостовое подключение.

• • Убедитесь, что ваш усилитель или усилители поддерживают планируемое сопротивление.

• • Имейте ввиду, что при подключении двух усилителей в мост у Slave может быть отключена защита. Внимательно следите за ним.

• Не подключайте разные каналы/усилители отдельно к катушкам.

Простое и понятное видео, о том как подключить два усилителя в мост: