TDA2003, BA5415A и BA5417. Три усилителя для стереотелефонов

В настоящем проекте рассмотрены усилители для головных телефонов на массовых микросхемах, таких как TDA2003, BA5415A и BA5417.

Я воздержался от философских рассуждений, какая из представленных схем звуковоспроизведения «более правильная». Цель экспериментов другая — предоставить для повторения достойные схемы, а увлеченные читатели сами сделают выбор и поделятся своими впечатлениями.

↑ Усилитель для наушников на микросхеме TDA2003

В обзоре радиолюбительских публикаций, вышедшем в журнале «Радиохобби», сообщается об удачном эксперименте Арена ван Варде по использованию широко распространенной и дешевой «автомобильной» микросхемы TDA2003 (аналог — К174УН14) в качестве усилителя для 32-омных головных телефонов, рис. 1[1].


Автор выяснил, что при питании от однополярного источника напряжением 12 В (ток покоя 40 мА) усилитель работает в классе А до выходной мощности в несколько сотен милливатт. При этом коэффициент передачи усилителя уменьшен более чем в пять раз по сравнению с типовым включением микросхемы (со 100 до 18) без потери устойчивости работы схемы.


Изображенная на рис. 1 схема является принципиально-топологической — на ней показана точка соединения общих проводов, упрощающая реализацию конструкции «в железе».

Скорректированная принципиальная схема усилителя в привычном для российского радиолюбителя начертании показана на рис. 2. По результатам макетирования цепь коррекции амплитудно-частотной характеристики R3, C5 включена так, как рекомендуется в типовом включении микросхемы TDA2003, а именно — между ее выводами 2 и 4.


Чувствительность с входа составляет около 100 мВ, усилитель подходит к наушникам сопротивлением от 32 до 100 Ом.

В позиции DA1 можно поставить также микросхему TDA2002.
Резисторы МЛТ, ОМЛТ, С2-23, С2-29, С2-33Н, МОН или импортные, мощностью, не ниже указанной на принципиальной схеме.
Конденсаторы С3, С7 пленочные типа К73-17, К73-24 или импортные МКТ; конденсатор С5 — керамический.
Оксидные конденсаторы выбирайте качественные, рассчитанные на температуру до +105°С.



Рекомендую микросхемы TDA2003 установить на небольших радиаторах высотой 25 мм, нарезанных из алюминиевого профиля общестроительного назначения (швеллера) 10×20×10×2 мм.

↑ Усилитель для наушников на микросхеме BA5415A

Микросхема BA5415A попала в список рекомендуемых для использования в усилителе для наушников волей случая.

Наш местный поэт и бард Сергей Алексеевич Круговых, окрыленный очередной поездкой в Друкшяй, занимался увековечиванием своих произведений на персональном компьютере, пожаловался мне на отсутствие гнезда для наушников в его компьютерных активных акустических системах.

Кто не в курсе, Друкшяй — живописное место в Белоруссии, куда каждый год, начиная с августа 1967, собираются команды из Таллинна, Риги, Шауляя, Минска, Москвы, Великого Новгорода и других городов. Эти веселые и доброжелательные люди приезжают встретиться и отдохнуть. Традиционным является песенный конкурс «Друкшяйские Зори».

Чтобы не вспугнуть озарение поэта, я немедленно приступил к улучшению его рабочего места: приобрел телефонное гнездо, нашел с десяток резисторов (для подбора в качестве токоограничивающих на выходе усилителя) и подарил ему свои вторые наушники ТДС-5. Результаты модернизации превзошли все ожидания — звук в наушниках оказался на редкость замечательным, поэтому я зарисовал схему в свой блокнот (рис. 4).





На входе установлен регулятор громкости — сдвоенный переменный резистор сопротивлением 47 кОм. Коэффициент усиления микросхемы с отрицательной обратной связью может быть выставлен в диапазоне 33…45 дБ изменением резистора R2 (R3) в цепи обратной связи:

Ku=20lg[1+44/(R2(R3))],
где R2 (R3) — сопротивление внешнего резистора, кОм.

Позднее, в Интернете я нашел информацию, что микросхема BA5415A (High — output dual power amplifier) применяется в усилителе для наушников ERGO AMP 1 швейцарской компании Precide с внешним источником питания 15…18 В/0,5 А, регулятором громкости 22 кОм, рис. 5.
Внешний адаптер содержит силовой трансформатор, а диодный мост и стабилизированный источник питания (микросхема 7812, конденсаторы 5×1000 мкФх25 В = 5000 мкФ) размещены на печатной плате усилителя. Размеры корпуса 20×7×18 см, вес 1,1 кг.


Усилитель не содержит дефицитных комплектующих, их можно приобрести в магазинах радиотоваров.



Печатная плата для усилителя (рис. 6) спроектирована на основе Data Sheet микросхемы BA5415A.



Микросхема стереофонического усилителя BA5415A установлена на небольшой пластине — теплоотводе (рис. 7).

↑ Усилитель для наушников на микросхеме BA5417

Также как и предыдущая, микросхема BA5417 предназначена для построения усилителей для радиоприемников и кассетных плееров с напряжением питания от 6 до 15 В. Схема усилителя для наушников изображена на рис. 8.


В микросхеме BA5417 мое внимание привлекло наличие отдельных общих сигнальных «земель» в каждом из каналов (выводы 14 и 15 микросхемы), а также силового общего провода (вывод 7 микросхемы), что позволяет надеяться на лучшие характеристики усилителя.

Коэффициент передачи схемы с обратной связью (43…47 дБ) определяется отношением резисторов внутри микросхемы и внешних резисторов:

Ku=20lg[1+30000/(45+R1(R2))],
где R1 (R2) — сопротивление резистора, Ом.

Конденсаторы С5 и С6 работают в цепях «вольтодобавки», имеются цепи Зобеля (R3, C9 и R4, C10) для предотвращения самовозбуждения при реактивном характере нагрузки.

Микросхема снабжена входом Stand by, при напряжении на нем выше 3,5 В включается рабочий режим, а при напряжении менее 1,2 В усилитель переходит в режим малого энергопотребления (20 мкА).



Следует помнить, что величины емкостей оксидных конденсаторов в схеме влияют на время установления режимов работы усилителя по постоянному току после включения питания. При номиналах конденсаторов, указанных на схеме (рис. 8) оно не превышает 0,8 с.


На рис. 9 представлено размещение деталей на печатной плате усилителя на микросхеме BA5417.



Попробуйте изготовить два блока питания, чтобы на практике оценить его влияние на звучание усилителя.

↑ Блок питания на интегральном стабилизаторе с фиксированным выходным напряжением

выполнен на микросхеме К142ЕН8Б (12 В±3%), можно также поставить К142ЕН8Д (12 В±4%) или зарубежную LM7812.

Принципиальная схема показана на рис. 10. Микросхема DA1 стабилизатора напряжения может быть установлена без радиатора, но опыт подсказывает, что лучше установить их на небольшие радиаторы (ТО-220 micro-Uheatsink).


Конденсаторы С1 — С4 шунтируют диоды VD1 — VD4 моста, что позволяет подавлять импульсные высокочастотные помехи, как генерируемые диодами моста, так и проникающие из бытовой сети (~220 В, 50 Гц) через понижающий трансформатор Т1.

Конденсаторы С5 и С6 используются для дополнительной фильтрации выходного напряжения, что обеспечивает стабильную работу микросхемы DA1.

Светодиод HL1 индицирует наличие выходного напряжения. Цепочка R1, HL1 позволяет разрядить электролитические конденсаторы блока питания при отсутствии нагрузки.

Детали блока питания размещены на печатной плате, рис. 11.

↑ Блок питания на микросхеме регулируемого стабилизатора LM317

показан на рис. 12.
Резисторы R1, R2 образуют внешний регулируемый делитель напряжения, с помощью которого устанавливают выходное напряжение стабилизатора:
Uвых=1,25(1+R2/R1)+IпотR2,
где Iпот=50…100 мкА — собственный потребляемый ток микросхемы.

В этой формуле число 1,25 — это опорное напряжение между выходом и управляющим выводом, поддерживаемое стабилизатором в рабочем режиме.



Минимальное значение выходного тока (около 10 мА), необходимое для надежной работы стабилизатора DA1, обеспечивает делитель R1, R2 и цепь R3, HL1.

Конденсатор C7 служит для снижения пульсаций на выходе стабилизатора. Диоды VD5, VD6 — защитные.
Первый из них, диод VD5, защищает от большого обратного напряжения со стороны нагрузки, способного вывести микросхему из строя, и возникающего при случайном замыкании входной цепи или отключении источника питания.

Другой защитный диод — VD6, защищает микросхему со стороны заряженного конденсатора С7. Диод разряжает конденсатор С7 при аварийном замыкании выхода или входа стабилизатора.

В блоках питания применены распространенные компоненты. Диоды Шоттки VD1 — VD4 могут быть заменены диодным мостом KBP204, RS204, D2SBA40 (400V/2A), естественно, с корректировкой печатной платы.

Микросхемы стабилизаторов в корпусе ТО-220 установлены на небольших радиаторах высотой 25 мм, нарезанных из алюминиевого профиля общестроительного назначения (швеллера) 10×20×10×2 мм.

Силовой трансформатор Т1 — любой мощностью 10 — 30 Вт, позволяющий получить напряжение на вторичной обмотке 12,5 — 18 В при токе не менее 0,5 А.

На рис. 13 приведено размещение элементов блока питания на микросхеме регулируемого стабилизатора на печатной плате. Принят ряд мер, повышающих стабильность работы источника питания.

Для снижения влияния тока нагрузки на стабильность выходного напряжения соединения общих выводов выполнены «звездой» в точке отрицательного вывода конденсатора С5. Для этих же целей верхний (по принципиальной схеме рис. 12) вывод резистора R1 отдельной дорожкой соединяется с выходом микросхемы стабилизатора DA1.

Минимизированы длины проводников от входного конденсатора С5 до микросхемы, а также от выхода микросхемы до оксидного конденсатора С9. Непосредственно у выводов микросхемы стабилизатора размещены пленочные конденсаторы С6 и С8.


При изготовлении блоков питания строго выполняйте правила техники безопасности, изложенные, например, в журнале «Радио», 2015, № 5, с. 54 (Осторожно! Электрический ток!).

Для изоляции токоведущих частей, придания внешнего вида концам экранированных кабелей и прочих работ очень удобна термоусадочная трубка.
Работа с этим материалом проста. Учтите, что усадка трубки происходит примерно в два раза по диаметру, а перед работой тщательно обезжирьте место расположения трубки.
Обычно термоусадочная трубка имеет температуру плавления около 120ºС, поэтому любители часто используют спички, зажигалки. Гораздо профессиональнее выполнить эту операцию с помощью инструмента, например, газового мини-пистолета (рис. 14).

↑ Вывод

Все три варианта хороши как усилители быстрого приготовления. При эксплуатации с низкоомными наушниками (8 — 32 Ом) явное преимущество за усилителем на микросхеме BA5415A.
Предлагаемые усилители могут быть с успехом применены в радиоприемниках, тюнерах, проигрывателях грампластинок и других устройствах.

Усилители на микросхемах ВА5415А и ВА5417 имеют избыточную для современных устройств чувствительность.
Усилители хорошо сочетаются с самыми различными источниками сигнала, в том числе со звуковыми картами персональных компьютеров и ноутбуков, усиление 20…22 дБ. Для согласования можно рекомендовать включить резисторы последовательно с регуляторами громкости или поставить перед усилителем пассивные регуляторы тембра.

Значение сопротивлений резисторов составит 82…110 кОм и 330…430 кОм соответственно для усилителей, показанных на рис. 4 и рис. 8.

Обращаю внимание охотников на то, что схему, показанную на рис. 8 можно использовать совместно с направленным микрофоном в качестве усилителя слуха для охоты.

Напряжение питания следует уменьшить до 6…9 В, а усиление поднять до 46 — 47 дБ уменьшением сопротивлений резисторов R1, R2 до 91…100 Ом.

↑ Файлы

Печатные платы можно взять тут:
🎁three-headphone-amplifier.7z  61.61 Kb ⇣ 121

↑ Список источников

1. Дайджест // Радиохобби, № 2, 2008, с. 19, 20.
2. Двухканальный усилитель НЧ BA5415A
3. Двухканальный усилитель НЧ BA5417

Спасибо за внимание!

↑ Дополнения камрадов

11.22.2016 Курасов Максим / maxkur:


Печатка в Лэйке, схема, фотка:
🎁ba5415a-pcb-maxkur.7z  449.59 Kb ⇣ 74
Максим, большое спасибо! : handshake:

08.17.2017 Вячеслав / bvs прислал свой проект ПП в EAGLE:
🎁amp_tda2003.zip  200.86 Kb ⇣ 53

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации