TDA1514A: 50-ваттный усилитель за 15 минут

Одна из разработок фирмы «Philips» - микросхема TDA1514A – может помочь в создании Hi-Fi усилителя даже начинающим радиолюбителям, так как не требует никаких подстроечных элементов и предварительного подбора транзисторов, а ее схема включения лишь немного сложнее, чем обычного операционного усилителя.

Перечислю достоинства чипа TDA1514:
- приемлемая цена
- высокая мощность, до 50 Ватт!
- низкие искажения
- тепловая защита
- отсутствие щелчка при включении/выключении

Могу сказать, пожалуй, поёт она и правда хорошо. Вернее сказать, пела... Наверное, потому и перестали выпускать. Маркетинг, блин. Ловите момент, берите, если сможете найти. Уходящая натура... Ниже привожу куски статьи Н. Сухова и разные дополнения.

Одна разработок фирмы «Philips» - микросхема TDA1514A – может помочь в создании Hi-Fi усилителя даже начинающим радиолюбителям, так как не требует никаких подстроечных элементов и предварительного подбора транзисторов, а ее схема включения (рис.1) лишь немного сложнее, чем обычного операционного усилителя.


Микросхема выполнена в пластмассовом 9-выводном корпусе типа SOT131A,имеющем размеры 12,0х23,7 мм (шаг выводов 2,54 мм), что позволяет без труда разместить все элементы схемы (без радиатора и блока питания) на печатной плате размером 80х25 мм. Как видно из рис.1, транзисторы выходного каскада имеют две системы защиты от перегрева и от перегрузок по току. В таблице приведены характеристики, заявляемые изготовителем.

Испытания усилителя, собранного по рекомендуемой изготовителем схеме рис.1 (на монтаж ушло не более 15 мин.), были проведены автором при питании от стабилизированных источников +27,5/-27,5 Вольт и подключении эквивалента нагрузки по стандарту IHF A202, рекомендуемого для испытаний усилителей мощности звуковой частоты.



Смещение нуля на выходе усилителя составило -84,8 мВ, что соответствует спецификации изготовителя, но примерно на порядок больше, чем у престижных Нi-Fi усилителей на дискретных элементах, как правило, имеющих специальные подстроечные резисторы для установки «нуля». Недостаток легко устранить, включив последовательно с резистором R2 неполярный конденсатор емкостью не менее 50 мкФ или введя регулировку нуля по любой из схем, применяемых для обычных операционных усилителей. В режиме молчания потребляемый ток по обеим шинам питания составил 53 мА. Из этого можно сделать вывод, что транзисторы выходного каскада работают в режиме класса AB без отсечки коллекторного тока.

При увеличении амплитуды входного сигнала частотой 1кГц ограничение наступает при выходном напряжении 16,4В (среднеквадратическое значение), что соответствует мощности 67,2Вт. На нагрузке сопротивлением 4Ом и 33,6Вт на нагрузке 8Ом.
При работе на нагрузку 4Ом ограничение нижней полуволны наступает несколько ранее, чем положительной, что свидетельствует о небольшой асимметрии выходного каскада.

Спектр выходного сигнала при работе на эквивалент нагрузки IHF A202 и выходной мощности 95% от порога ограничения насыщен гармониками до 16-й, но уровень гармоник не превышает -90дБ, а это соответствует очень малому для микросхем УМ коэффициенту гармоник – не более 0,01%.
При выходной мощности 67,2Вт на нагрузке 4Ом усилитель потребляет ток 1,9А, что соответствует потребляемой мощности 104,5Вт и КПД 64% - цифры обычные для усилителей с выходными ступенями класса АВ. При пониженном напряжении питания +/- 15 Вольт максимальное выходное напряжение уменьшается до 9,2В (21Вт/4Ом) при потребляемом токе 1А. Минимальное напряжение питания, при котором сохраняется работоспособность - +/-8,5 Вольт. При этом выходное напряжение 4,6В (5,3Вт/4Ом), а потребляемый ток 0,55А.

АЧХ усилителя в диапазоне 20Гц….20кГц имеет неравномерность 0,5дБ, но на частоте 100кГц имеется горб высотой 4дБ, приводящий к небольшим выбросам на фронтах переходной характеристики. Спад вершин прямоугольного импульса частотой 1кГц не превышает нескольких процентов и объясняется наличием на входе разделительного конденсатора сравнительно небольшой емкости, образующего с резистором R1 ФВЧ с частотой среза 8Гц.
Скорость нарастания выходного напряжения при работе на нагрузку IHF A202 составила 7,5В/мкс для положительного перепада напряжения и 15В/мкс для отрицательного, что с большим запасом обеспечивает полную выходную мощность даже на верхней границе звукового диапазона, а также гарантирует отсутствие динамических и интермодуляционных искажений при работе с реальными звуковыми сигналами.


Схемы защиты от перегрузок по току и перегрева испытаны путем короткого замыкания выхода и съема микросхемы с радиатора. Обе схемы обеспечивают автоматическое восстановление режима работы после устранения перегрузки.

Тест на запас устойчивости проведен путем подключения к выходу усилителя емкостной нагрузки. Устойчивость сохраняется при эквивалентной емкости нагрузки до 0,47мкФ. При подключении нагрузки емкостью 202мкФ (общепринятый тест в мировой практике для исследования устойчивости усилителей класса Hi-Fi) рекомендуется для предотвращения выхода микросхемы из строя последовательно с нагрузкой включить LR стабилизирующую цепочку, отсекающую емкостную нагрузку и образующую при этом дополнительный полюс АЧХ из петли ООС. К сожалению, возникающий при самовозбуждении сквозной ток транзисторов выходных каскадов не ограничивается внутренней схемой защиты, что при отсутствии защиты по току блоке питания может привести к выходу микросхемы из строя.

Корпус микросхемы электрически соединен с выводом 4 (минусовая шина питания), поэтому несколько микросхем можно разместить на одном радиаторе без изолирующих прокладок.

Схему включения можно упростить за счет исключения цепочки вольтодобавки R4R5 и конденсатора 220мкФ, при этом вывод 7 соединяют с выводом 6. В таком включении максимальная выходная мощность уменьшается на 4Вт, но улучшается подавление пульсаций питающих напряженией. При соединении выводов 3 и 4 микросхема переводится в дежурный режим с пониженным энергопотреблением (18мА).

Заключение
Микросхема обладает очень хорошей линейностью и пригодна для создания усилителей мощности высокой верности. При мостовом включении двух микросхем можно получить мощность 100Вт на нагрузке 8Ом при коэффициенте гармоник 0,01%. Параметры микросхемы реально конкурируют с параметрами таких усилителей на дискретных элементах, как «Барк», «Одиссей», «Вега» и другие. Микросхема является хорошей альтернативой «дискретных» для тех, кто не имеет достаточного опыта или времени налаживания и доводки сложных схем. Схему включения желательно дополнить параллельной LR-цепочкой (L=10-20мкГн, R=10-20Ом), включаемой последовательно с нагрузкой, и схемой регулировки «нуля» на выходе. Для уменьшения спада вершины прямоугольного импульса емкость конденсатора на входе желательно увеличить до 5мкФ.

↑ Добавка из личной переписки

Вот еще одна схемка включения, отрисована поудачнее.

Список компонентов:
R1 - 20k C1 - 1uf
R2 - 680R C2 - 220pF
R3 - 470k C3 - 3.3uF
R4 - 20k C4 - 470nF
R5 - 3.3R C5 - 22nF
R6 - 150R C6 - 220uF
R7 - 82R C7 - 470nF

↑ Дополнение от Александра Воробьева, плата-двухканалка

Сама конструкция собрана на двух идентичных микросхемах и представляет собой 2-х канальный (стерео) усилитель с выходной мощностью 100 Ватт (2×50W). Входной сигнал подается на фильтр нижних-высших частот, образованный R1(R9), C1(C11), R2(R9), C2(C12)и далее на 1-ю ножку микросхемы. Отказываться от этих цепочек фильтра не стоит, так как частоты ниже 20Гц и выше 30 кГц, в основном, это — сигналы-помехи и интермодуляционные частотные составляющие, могут существенно подпортить звуковую картину.



Коэффициент усиления каскада задается отношением резисторов R5(R13)/R3(R11) и для данной схемы равен 30.
Цепочка R6(R14), R7(R15), C4(C15) называется «вольтодобавкой» и служит для запитывания предоконечного каскада микросхемы повышенным напряжением. Это позволяет увеличить выходную мощность усилителя в целом на 10%-20%. По расхожему мнению, она несколько ухудшает динамические характеристики, поэтому для любителей эксперимента, из схемы вполне можно исключить цепочки R7(R15), C4(C15), а вместо R6(R14) поставить проволочные перемычки. Безо всякого вреда для микросхемы.

Конденсаторы С3(С6), С5(С13), С9, С10 необходимы для устранения индуктивной составляющей цепей питания и служат для устранения возбуждения усилителя на частотах выше звукового диапазона. Аналогичную роль выполняет и цепочка R8(R16), C8(C16).
Выходные обмотки трансформатора питания и выпрямительные диоды, не указанные на схеме, должны обеспечивать ток в 3А при переменном напряжении 18в — 22в. Очень удобно для этого применять трансформатор от старых телевизоров ТС180. Сетевая обмотка оставляется без изменений, а взамен других обмоток наматывается новая, проводом диаметром не менее 1 мм.

↑ Вариант платы в "Sprint Layout" от BLACK EAGLE

В архиве схемы включения и чертёж ПП в Лэйаут:
🎁tda1514-black-eagle.7z  51.85 Kb ⇣ 114

При правильном монтаже и исправных деталях, усилитель начинает работать сразу и в налаживании не нуждается. Нужно только проконтролировать, чтобы на выходах обоих каналов был нулевой потенциал. В противном случае придется искать ошибку в монтаже или другой экземпляр чипа.

Даташит на TDA1514 у нас в справочнике.