Автомобильный усилитель на TDA8560Q, TDA1557Q, TDA8563Q. Подробная инструкция для начинающих

Моему коллеге, автолюбителю захотелось самому собрать усилитель, и он прислал мне по электронной почте схему на ИС TDA8560Q, найденную в Интернете, с вопросом: «А низкие частоты он будет воспроизводить?».

Был конец рабочего дня пятницы, я ответил ему, что посоветую схему с печатной платой, методикой ее изготовления и списком необходимых деталей в понедельник…

↑ Выбор чипа

Что касается заданного вопроса, то схема навскидку будет воспроизводить весь звуковой частотный диапазон (20…20000 Гц), а значит и низкие частоты тоже.
Первое, что пришло в голову — рекомендовать к повторению усилитель на TDA2005 или на тошибовском «кирпиче» TA8210, от надежности работы и звука которого осталось хорошее впечатление [1]. Но эти конструкции безоговорочно проигрывали найденной моим товарищем схеме в простоте.
Информация о микросхеме TDA8560Q имеется в литературе [2-4]. Ее предшественницу TDA1557 я слышал «вживую» и не был разочарован звуком. Итак, решение принято: делаем усилитель на TDA8560Q!

↑ Почему не работает схема из Сети

Посмотрим, что пишут по этому поводу в Интернете. Поиск показал, что найдено более 4000 страниц, посвященные данной теме. Довольно большая часть найденных страниц содержала по существу одну и ту же заметку в разном оформлении. По иронии судьбы именно эту схему и нашел на просторах Интернета мой коллега (рис. 1).



Работоспособность изображенной на рис. 1 схемы находится под большим сомнением. Чтобы выявить критические ошибки, обратимся к таблице 1.

Несложно увидеть неточности в схеме, способные серьезно нарушить работу усилителя.

Переключатель SW1 вместо входа переключения режима (вывод 11 микросхемы DA1) управляет напряжением питания выходного каскада (вывод 3);

Цепи силовой (выводы 5, 8) и сигнальной (вывод 2) «земли» не разделены. Вопрос соединения общих проводов в усилителе чрезвычайно важен. При неудачном монтаже коэффициент гармоник может возрасти на порядок. Следует решить вопрос соединения сигнальной и силовой «земли» на схемотехническом уровне.

Резисторы R1, R2 — необязательные элементы в схеме. Они служат для предотвращения помех в акустических системах (вызванных зарядкой конденсаторов С1, С2) при подключении источников сигнала на работающем усилителе. Обычно величина сопротивления этих резисторов выбирается на один — два порядка больше, чем входное сопротивление усилителя, т. е. (10…100)х30 кОм=300 кОм…3 мОм. В схеме, показанной на рис. 1, входное сопротивление неоправданно занижено и составляет 7,5 кОм.
Следует обратить внимание на то, что номиналы всех элементов уменьшены без всякой необходимости. На схеме величина емкости конденсаторов C1, С2 указана равной 0,22 мкФ, что приводит к увеличению частоты среза фильтра верхних частот С1, Rвх до 24 Гц против 11 Гц, рекомендуемых производителем в типовой схеме включения. Минимальная емкость С3, указанная в Datasheet, составляет 2200 мкФ. Кроме того, он должен быть шунтирован пленочным конденсатором 0,1 мкФ, размещенным как можно ближе к выводам питания микросхемы.

↑ Наша схема на TDA8560Q — правильная!

Схема усилителя с внесенными исправлениями показана на рис. 2. Переключатель SW1 используется для включения усилителя из режима STAND-BY, в котором все каскады усилителя заперты, и он практически не потребляет ток от источника питания.
В усилителе имеются две общие шины: сигнальная и силовая. Резистор R3 необходим для соединения этих «земель» на плате, чтобы не спалить усилитель при случайном отсоединении слаботочного (сигнального) общего провода. В дальнейшем силовая и сигнальная «земли» соединяются отдельными проводами в одной точке, например на пластине заземления, размещенной у входного разъема.
Акцентировано внимание на правильности подключения акустических систем, для чего на принципиальной схеме (рис. 2) указана их фазировка.

↑ Технические характеристики УМЗЧ на TDA8560Q

Напряжение питания: 14,4 В (6…18 В).
Ток в режиме покоя: 120 мА.
Долговременная выходная мощность, при
Rн = 4 Ом, коэффициенте гармоник = 10%, F = 1 кГц: 25 Вт,
Rн = 2 Ом, коэффициенте гармоник = 10%, F = 1 кГц: 40 Вт.
Пиковое значение выходного тока: 7,5 А.
Коэффициент усиления по напряжению, Ku: 40 дБ.
Входная чувствительность: 100 мВ.
Входное сопротивление: 27 кОм.
Диапазон воспроизводимых частот: 20…20000 Гц.

↑ Функциональная схема TDA8560Q

представлена на рис. 3 [5]. Выходные каскады усилителей интегральной микросхемы TDA8560Q выполнены по мостовой схеме и работают в классе В. Микросхема предназначена в первую очередь для применений в автомобильной технике. В ней осуществлен целый ряд защит:
— от перегрузки,
— от коротких замыканий в нагрузке,
— от перегрева.



Коэффициент усиления микросхемы по напряжению фиксированный и составляет Ku = 20lg (1+18/0,365)+6 = 40 дБ.
Здесь первое слагаемое — коэффициент усиления предварительного усилителя, включенного по неинвертирующей схеме, а второе (6 дБ) — коэффициент усиления мостовой схемы усилителя мощности.

↑ Управление режимами Standby/Mute/Play в TDA8560Q

Выходной каскад схемы диагностического интерфейса (вывод 12) реализован по схеме с открытым коллектором и открывается при перегреве, перегрузке или коротких замыканиях в акустических системах.
Вход переключения режимов (вывод 11 микросхемы) трехуровневый. При напряжении на нем 0 < U11 < 2В микросхема находится в режиме нулевого потребления (Standby); напряжение в диапазоне 3,3В < U11 < 6,4В переводит ИС в режим приглушения звука (Mute). Уровень на управляющем выводе 8,5В < U11 < Uп задает нормальный режим работы (Play).

↑ TDA8560Q в автомобильном усилителе

Изображенная на рис. 2 схема усилителя вполне работоспособна в стационарных условиях, но не учитывает специфики работы в автомобиле. Поэтому усилитель подвергся дальнейшей модернизации (рис. 4).



На входе усилителя установлены фильтры низких частот (R3, C1 и R4, C2), ограничивающие скорость нарастания входного сигнала. Они эффективно подавляют помехи от электрооборудования автомобиля, средств связи и т. п.

Для управления входом переключения режимов (вывод 11 микросхема DA1) введены переключатель SW1, RC — цепочка R6, C7 и эмиттерный повторитель на транзисторе VT1. В показанном на схеме положении переключателя SW1 (1-2) после подачи питания на усилитель обеспечивается медленный заряд конденсатора С7 (постоянная времени R6C7 равна примерно 0,47 с), в результате микросхема на время переходных процессов удерживается в режиме приглушения и тем самым предотвращается неприятный на слух и губительный для акустических систем «хлопок», вызванный зарядкой переходных конденсаторов С3, С4.

В положении переключателя SW1 (2-3) усилитель переводится в «спящий» режим с потреблением тока от источника питания менее 100 мкА.

Выход диагностического интерфейса (вывод 12 микросхемы DA1) подключен к ключевому каскаду на транзисторе VT2. При возникновении аварийных ситуаций на выводе 12 устанавливается низкий уровень (менее 0,6 В), транзистор VT2 открывается и загорается светодиод HL1 красного цвета свечения.

↑ Печатная плата

При разработке ПП использовался начальный вариант от «Мастеркита» [6].


Поскольку детали входных фильтров низких частот размещены на месте нахождения клеммников, последние не устанавливаются на печатную плату, а монтаж подводящих проводов осуществляется пайкой.

↑ О деталях

В скобках указана цветовая маркировка на резисторах и обозначение номинальной емкости на конденсаторах.

Имеется только одно замечание к типам используемых элементов — в качестве переходных конденсаторов С3 и С4 желательно применить пленочные, а не керамические конденсаторы с высоким значением температурного коэффициента емкости. Импортные конденсаторы фирмы Epcos на рабочее напряжение 63 или 100 В с расстоянием между выводами 5 мм дефицитны. Распространены отечественные конденсаторы К73-17 или зарубежные с расстоянием между выводами 15 мм, что необходимо учесть при корректировке печатной платы.

В качестве микросхемы DA1 кроме TDA8560Q подойдут TDA1557Q или TDA8563Q [7, 8].
В первом случае (TDA1557Q ) детали, относящиеся к электронному ключу (VT2, R9…R11, HL1) на печатную плату не устанавливают, а вывод 12 микросхемы оставляют свободным (это выход источника опорного напряжения). Коэффициент усиления по напряжению усилителя составит 46 дБ, что соответствует входной чувствительности 47 мВ. Долговременная выходная мощность каждого канала на частоте 1 кГц при сопротивлении нагрузки 4 Ом, коэффициенте гармоник 10% — 22 Вт.
Во втором случае (TDA8563Q), все параметры усилителя соответствуют микросхеме TDA8560Q, за исключением чувствительности с входа — она составит 450…500 мВ.

↑ Начинаем сборку!

Перед сборкой усилителя подготавливаем все необходимые радиодетали согласно приведенному выше перечню элементов. С помощью тестера осуществляем входной контроль резисторов и конденсаторов. Резисторы и неполярные конденсаторы могут иметь отклонения от номинального значения +/-10%, а электролитические конденсаторы  -10%…+80%.
Далее с помощью пинцета формуем выводы радиодеталей. При установке вертикально расположенных элементов на печатную плату пригодится простейшее приспособление — полоска из изоляционного материала толщиной 0,6…1,0 мм с прорезью на конце (рис. 6). Применение этого приспособления поможет установить все элементы на одной высоте над платой, что придаст профессиональный вид выполненному монтажу.


Такая же полоска из изоляционного материала толщиной 1,5…2,0 мм позволит осуществить строго одинаковую обрезку выводов радиодеталей со стороны печатных дорожек.

Монтаж усилителя начинаем с установки двух перемычек. Обратите внимание на то, чтобы диаметр провода перемычки, расположенной под выводами микросхемы DA1 соответствовал толщине ее выводов. Далее устанавливаем все малогабаритные детали: резисторы, конденсаторы (кроме С6), транзисторы, светодиод и штыревой разъем со съемной перемычкой (джампером). Последними запаиваем конденсатор С6 и микросхему DA1.
Тщательно проверяем монтаж в соответствии со схемой (рис. 4). При этом особое внимание уделяем отсутствию замыканий между токоведущими дорожками, правильности установки электролитических конденсаторов, транзисторов и светодиода.

↑ Налаживание

Припаиваем провода от печатной платы, подключаем источник питания и убеждаемся в работоспособности усилителя. Правильно собранный из исправных деталей усилитель не требует налаживания. Микросхему DA1 следует установить на теплоотвод площадью не менее 600 кв. см. Для повышения надежности работы микросхемы при монтаже рекомендуется использовать теплопроводную пасту КПТ-8 или АЛСИЛ-3.
Будьте внимательны при подключении усилителя к источнику питания. Максимальное напряжение не должно превышать 18В. Переполюсовка источника питания, начиная с напряжения 6 В, приводит к выходу микросхемы из строя.

Режимы работы усилителя по постоянному току приведены в табл. 2.
🎁tabl2.rar  5.59 Kb ⇣ 150

↑ Схема подключения усилителя TDA8560Q в автомобиле

показана на рис. 7. Ее основу составляет буферный конденсатор С1 емкостью 82000 мкФ на рабочее напряжение 25 В. Можно, разумеется, использовать несколько параллельно соединенных конденсаторов меньшей емкости, например, четыре по 22000 мкФ или три по 33000 мкФ. Ясно, что не возбраняются специализированные автомобильные буферные конденсаторы — «фарадники» емкостью 1…100 Ф.

Параллельно С1 включен пленочный конденсатор С2 (его емкость может быть 1…10 мкФ), улучшающий свойства на высоких частотах. Светодиод HL1 зеленого цвета служит для индикации включения усилителя. Ток через светодиод задает резистор R1. Пластина заземления ПЗ закреплена вблизи входного разъема и имеет хороший электрический контакт с металлическим корпусом устройства. Клеммы ХТ1, ХТ2 и ХТ3, ХТ4 служат для подключения динамических головок; ХТ5, ХТ6 — магнитолы.


При отключении массы от аккумулятора буферный конденсатор разряжается, и при последующем подключении общего провода велика вероятность перегорания предохранителя FU1, поэтому в схеме предусмотрено два выключателя, позволяющих безопасно подать питание на усилитель.
Сначала выключателем SA1 заряжают конденсатор С1 малым током через лампу 12 В, 21 Вт, а затем, после погасания лампы (через 1…2 с), выключателем SA2 подают питание на усилитель.

Провода питания усилителя должны быть присоединены непосредственно к клеммам аккумулятора и иметь сечение не менее 4 кв. мм. Предохранитель FU1 (10…20 А) размещают в моторном отсеке на расстоянии 40…50 см от клеммы аккумулятора.
Следует обратить особое внимание на качество изоляции провода, а также на надежную фиксацию проводов в салоне и моторном отсеке. При закреплении проводов нужно полностью исключить контакты с подвижными деталями.

Что дает предлагаемый вариант питания усилителя (магнитолы)? Ведь большинство ограничивается подключением проводов питания к прикуривателю (гораздо реже встречается подключение к контактам замка зажигания).
Ответ прост: более чем на порядок меньшие просадки напряжения питания на повышенных уровнях громкости. В результате уходит «размазанность» звуковой картины, а бас становится гораздо плотнее. Теперь вы не увидите эффекта цветомузыки, когда в такт с ударами большого барабана подмигивают дисплей и подсветка магнитолы.
Само собой разумеется, что нужно позаботиться и об акустических кабелях, соединяющих усилитель с динамиками. Примем за аксиому, что провода, которыми комплектуются динамики при покупке, предназначены только для проверки их работоспособности и не годятся для дальнейшей эксплуатации. В нашем случае, с учетом возможности работы усилителя на низкоомную нагрузку (2 Ом), необходимы недорогие (1…10 у. е. за метр) фирменные акустические кабели для автомобильных систем с сечением до 4 кв. мм.

↑ Детали для подключения

Привожу типы используемых деталей. Держатель предохранителя и предохранитель вполне могут быть автомобильными, соответствующими штатным изделиям.

↑ TDA8560Q как УМЗЧ для ПК

Предлагаемый усилитель неплохо работает и от нестабилизированного сетевого источника питания, например, в качестве усилителя для компьютерных акустических систем.
Принципиальная схема БП и соединений приведена на рис. 8.
В усилителе применен трансформатор Т1 мощностью 80…100 Вт, с переменным напряжением на вторичной обмотке 11,5 В. Другие типы используемых деталей указаны ниже.




При необходимости на входе усилителя может быть установлен регулятор громкости — сдвоенный переменный резистор сопротивлением 10…15 кОм. Схема включения приведена на рис. 9.

↑ Итоги

Вы спросите самое главное: «Получилось ли у коллеги собрать свой усилитель в автомобиль?»
Да, мечта осуществилась. По пути к ее достижению пришлось научиться паять и освоить тайны лазерно — утюговой технологии изготовления печатных плат.
Вердикт одного из его друзей — членов «приемочной комиссии»: усилитель звучит весьма убедительно!

↑ Файлы

Схему и печатную плату можно взять тут:
🎁the-amplifier-on-a-microcircuit-tda8560q.rar  26.56 Kb ⇣ 473

↑ Упомянутые источники

1. Мосягин В. В. Секреты радиолюбительского мастерства. (Серия «СОЛОН — радиолюбителям») — М.: СОЛОН — Пресс, 2005. — 216 с.
2. Автомобильный УМЗЧ на ИМС TDA8560Q (Philips). Дайджест // Радиохобби, 2001, № 6, с. 13, 14.
3. Справочный материал. Интегральные усилители низкой частоты. TDA8560 // Радиолюбитель, 2001, № 4, с. 42.
4. Мосягин В. Мостовые интегральные УМЗЧ в автомобильной аппаратуре // Избранные конструкции и схемы. Решения для дома и офиса / Гриф А.Я. (автор — составитель, серия «СОЛОН — радиолюбителям», выпуск 27). — М.: СОЛОН — Пресс, 2005. — 200 с. (с. 15 — 69).
5. //www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA8560Q.pdf (TDA8560Q 2×40 W/2 Ohm stereo BTL car radio power amplifier with diagnostic facility).
6. //www.masterkit.ru/main/set.php?code_id=38536 (NM2039 — Усилитель НЧ 2×40 Вт (TDA8560Q/ TDA8563Q)).
7. //www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA1557Q.pdf (TDA1557Q 2×22 W BTL stereo car radio power amplifier with speaker protection).
8. //www.nxp.com/documents/data_sheet/TDA8563AQ.pdf (TDA8563Q 2×40 W/2 Ohm stereo BTL car radio power amplifier with diagnostic facility).

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации