Руководство по созданию мостовых и стереоусилителей TDA2003

Руководство по созданию мостовых и стереоусилителей TDA2003

ПРИМЕЧАНИЕ:  ДЛЯ ЭТОГО ПРОЕКТА ДОСТУПНЫ ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ И МОСТОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.

TDA2003 - это недорогой усилитель, который может издавать действительно приятные звуки. Обычно он используется для автомобильных аудиоусилителей, но он также отлично работает в качестве усилителя для спальни или в любом другом месте, где вам нужен хороший звук без излишней мощности.

PCBWay Ad

В этом уроке я покажу вам, как построить два разных усилителя с TDA2003 . Первый - это стереоусилитель, который будет выдавать 7 Вт на канал. Второй - мостовой усилитель, который может выдавать 14 Вт на канал.

Если у вас его еще нет, я рекомендую скачать и прочитать даташит для TDA2003. На самом деле есть два разных даташита. Спецификация ST Microelectronics является оригинальной таблицей производителя, но в спецификации Contek есть дополнительные схемы для мостового усилителя:

Основы схемы PDF Icon ST Microelectronics TDA2003 Техническое описание

Основы схемы PDF Icon Contek TDA2003 Технический паспорт

Вот схема распиновки TDA2003:

Как сделать усилитель звука 10 Вт с помощью схемы распиновки TDA2003 - TDA2003

СТЕРЕО УСИЛИТЕЛЬ TDA2003

Этот стереоусилитель будет выдавать около 7 Вт на канал в 2-омными громкоговорителями и с источником питания 12 В, но большую мощность можно получить при большем напряжении питания.

СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ СТЕРЕО

Как построить аудиоусилитель с TDA2003 - Stereo Schematic

Эта схема аналогична той, что приведена в техническом описании, но в ней есть пара других частей, которые помогают снизить уровень шума:

  • Конденсаторы C15 и C17: уменьшают гул, вызванный радиочастотными помехами.
  • Резисторы R9 и R10: Предотвратить громкий гудящий звук, когда источник не подключен.
НАСТРОЙКА УСИЛЕНИЯ

Усиление левого канала устанавливается резисторами R1 и R2, а усиление правого канала - R6 и R7. Усиление установлено на 101 V o/V i на обоих каналах, но вы можете изменить его, используя разные значения для R1 и R6. Используйте формулу ниже, чтобы найти значения сопротивления для желаемого усиления:

Левый канал:

R1 = (G_ {v} - 1) \ times R2 \\ \\ G_ {v} = Напряжение \ усиление, \ \ frac {V_ {o}} {V_ {i}}

Правый канал:

R6 = (G_ {v} - 1) \ раз R7

Коэффициент усиления по напряжению можно рассматривать как коэффициент усиления или во сколько раз усиливается входной сигнал.

Вы можете рассчитать усиление, которое вы получите с определенным набором резисторов, по следующей формуле:

Левый канал:

G_ {v} = \ frac {R1 + R2} {R2}

Правый канал:

G_ {v} = \ frac {R6 + R7} {R7}

Важно использовать резисторы с малыми допусками для R1, R2, R6 и R7. Если их сопротивления не точны, усиление будет различным для каждого канала и сделает одну сторону громче другой. Лучшая ставить металлические пленочные резисторы на 0,1%.

УСТАНОВКА ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ

Полоса пропускания усилителя определяет, какие частоты усиливаются, а какие игнорируются. TDA2003 имеет RC фильтр нижних частот на выходе, который отфильтровывает все частоты выше определенной частоты среза (F c ) . Все частоты ниже частоты среза передаются на динамики.

Фильтр нижних частот сформирован C6 и R4 в левом канале и C11 и R5 в правом канале. Вы можете рассчитать частоту среза с помощью этого уравнения:

Например, этот усилитель имеет C6 и C11 - 39 нФ; и R4 и R5 - 39 Ом. Частота среза составляет:

Таким образом, все частоты выше 104,6 кГц отфильтровываются, а частоты ниже 104 кГц выводятся на динамики. Если вы хотите поэкспериментировать с более высокими или более низкими частотами отсечки, приведенное выше уравнение можно изменить, чтобы определить значение резистора или конденсатора в зависимости от желаемой частоты отсечки.

КОНДЕНСАТОРЫ РАЗВЯЗКИ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Конденсаторы C7 и C3 в левом канале и C9 и C10 в правом канале являются разделительными конденсаторами источника питания. Они обеспечивают быструю и длительную подачу тока к микросхеме в периоды высокой мощности, а также фильтруют электромагнитные помехи в источнике питания. Вы можете использовать другие значения, отличные от показанных на схеме, но каждая микросхема должна иметь хотя бы один конденсатор малого значения между 1 мкФ и 100 нФ и один конденсатор больше, чем примерно 47 мкФ.

BASS RESPONSE

TDA2003 обладает отличной высокочастотной характеристикой, но бас может быть немного слабым на вкус некоторых людей. Один из способов улучшить басы - увеличить размер выходных конденсаторов (C4 и C12). Вы можете подняться до 2000 мкФ или 4700 мкФ и даже выше, если позволяет пространство.

Еще один способ получить лучший отклик низких частот - увеличить емкость разделительных конденсаторов, C7 и C10. Эти конденсаторы действуют как резервуар энергии в периоды повышенной выходной частоты низких частот, поэтому более высокие значения позволят усилителю лучше справляться с тяжелыми басами.

МАКЕТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Ниже я объясню некоторые концепции, которые вошли в дизайн платы, которую я использовал для моего стерео усилителя TDA2003.

Печатная плата была разработана с помощью онлайн-инструмента редактирования EasyEDA . EasyEDA - это полный пакет программного обеспечения/услуг по разработке и изготовлению печатных плат, который можно бесплатно использовать и предлагает отличные цены на изготовление печатных плат на заказ. Нажмите на изображение ниже, чтобы редактировать компоновку, компоненты и порядок печатных плат:

Как создать аудиоусилитель с TDA2003 - стерео макет печатной платы

Примечание. Метки компонентов на печатной плате соответствуют меткам на схеме выше.

ЗАКАЗ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Чтобы заказать печатную плату в EasyEDA, нажмите кнопку «Производство» в окне редактора печатной платы. Это приведет вас на страницу, где вы можете настроить такие параметры, как толщина печатной платы и меди, цвет и установить количество:

Как создать аудиоусилитель с TDA2003 - Заказ платы стереоусилителя

Я заказал 5 печатных плат за 17,10 долларов, и они прибыли примерно через 10 дней. Качество отличное. Все дорожки разведены точно, и печать очень четкая. Вот печатная плата после изготовления:

Как собрать усилитель звука с TDA2003 - Стерео PCB Top

СОВЕТЫ ПО ДИЗАЙНУ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Разъединяющие конденсаторы блока питания расположены прямо напротив контакта напряжения питания TDA2003 (контакт 5). Это должно уменьшить длину проводников, соединяющих конденсаторы с чипом. Более длинные проводники имеют большую паразитную индуктивность , которая препятствует протеканию тока.

Паразитная индуктивность также может вызвать колебание усилителя, когда конденсатор соединен с длинной трассой. Колебание создаст шум на выходе усилителя и может привести к его перегреву. Вы можете избежать этого, держа компоненты близко к чипу и используя короткие проводники.

Немного сложнее, когда дело доходит до заземления. Плохо спроектированные схемы заземления являются распространенным источником шума и гула. Чтобы свести к минимуму гул, заземление сильноточного источника питания и выхода должно быть отделено от заземления контура входа и обратной связи. Это может быть достигнуто с использованием звездной земли . Я использовал звездное заземление с плоскостью заземления на нижнем слое печатной платы. В звёздном заземлении каждое заземляющее соединение имеет отдельный путь к центральной точке заземления. На этой печатной плате клемма, к которой подключена отрицательная мощность постоянного тока, служит центральной точкой заземления.

Плоскости заземления помогают уменьшить шум, потому что они защищают цепь от радиочастот. Они также уменьшают площадь контура цепи, что препятствует передаче и приему электромагнитных полей.

Дополнительные советы по дизайну печатных плат можно найти в нашей статье «Как изготовить печатную плату на заказ».

Вот компоненты стерео усилителя TDA2003 и PCB перед пайкой:

Как создать аудиоусилитель с TDA2003 - Компоненты стереоусилителя

Вот усилитель после пайки компонентов:

Как собрать аудиоусилитель с TDA2003 - Собранный стереоусилитель

TDA2003 МОСТОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ

В мостовой конфигурации два усилителя питают один динамик. Выход одной микросхемы управляет положительным проводом динамика, а другой чип - отрицательным проводом динамика. Выход одной микросхемы не совпадает по фазе с другой микросхемой на 180 °, поэтому, когда выходное напряжение одной микросхемы положительное, выходное напряжение другой микросхемы отрицательное. Это приводит к удвоению выходного напряжения и удвоению выходной мощности в динамике с удвоенным сопротивлением. Например, в приведенном выше стереоусилителе мы получили 7 Вт на канал с источником питания 12 В и динамиками 2 Ом. В мостовом режиме мы получили бы 14 Вт на динамик 4 Ом с тем же источником питания.

СХЕМА МОСТОВОГО УСИЛИТЕЛЯ

TDA2003 - мостовая схема

НАСТРОЙКА УСИЛЕНИЯ

Резисторы R2 и R5 устанавливают коэффициент усиления. Используя ту же формулу, которую мы использовали для расчета стереоусилителя, усиление этого усилителя составляет:

Вы можете увеличить или уменьшить усиление, изменив значение R2, но я обнаружил, что 13,5 V o / V i  - хорошая настройка усиления для прослушивания в спальне.

УСТАНОВКА ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ

Как и стереоусилитель, мостовой усилитель имеет RC-фильтр низких частот на выходе. R6 и C6 образуют фильтр. Частота среза рассчитывается так же:

При R6 при 10 Ом и C6 при 100 нФ частота среза этого фильтра составляет:

Таким образом, все частоты ниже 159 кГц будут передаваться на динамик.

МАКЕТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Вот мостовая схема усилителя для одного канала. Для мостового стереоусилителя вам просто нужно создать отдельную печатную плату для каждого канала:

Как создать аудиоусилитель с TDA2003 - мостовая разводка печатной платы

Метки компонентов на печатной плате соответствуют меткам на схеме выше.

Вы нажимаете на изображение выше, чтобы редактировать компоновку, изменять посадочные места компонентов и заказывать печатные платы .

Вот плата, которую я заказал для мостового усилителя:

TDA2003 - Bridged PCB Top

Это компоненты усилителя и печатной платы перед пайкой:

Как создать аудиоусилитель с TDA2003 - Компоненты мостового усилителя

Вот усилитель после сборки:

Как собрать аудиоусилитель с TDA2003 - Собранный мостовой усилитель

ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ

Компоненты, которые вы используете в своем усилителе, будут иметь большое влияние на качество звука. Информация ниже должна помочь вам получить лучшее звучание.

РЕЗИСТОРЫ

Металлические пленочные резисторы - лучший выбор для аудио. Они менее шумные, чем стандартные углеродные резисторы, и доступны в более жестких допусках. Лучшие резисторы будут иметь меньший допуск и более низкие температурные коэффициенты. Более дорогие аудиорезисторы, такие как серии Vishay-Dale PTF или Welwyn RC, хороши, но вы, вероятно, не заметите большой разницы с более дешевыми металлическими пленками от TE Connectivity или KOA Speer.

КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсаторы могут быть очень дорогими, если вы выбираете высококачественные аудиофильные бренды. Тем не менее, вы все равно можете получить отличный звук от менее дорогих. Для конденсаторов менее 1 нФ, полистирол - ваш лучший выбор. Для значений от 1 нФ до 4 мкФ лучше всего подходят полипропиленовые пленочные конденсаторы. Полипропиленовые конденсаторы Wima MKP хороши (и дешевы) для развязывающих конденсаторов 100 нФ. Для конденсаторов с большим значением электролиты являются единственным вариантом. Серия Panasonic FC - отличное соотношение цены и качества, но на шаг впереди - более дорогие конденсаторы серии Nichicon KZ или Elna Silmic II.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

TDA2003 требует не менее 8 В пост. Тока и может работать до 18 В пост. Тока с одним источником питания. Более высокое напряжение даст вам больше выходной мощности. На рисунке 3 в таблице приведены кривые выходной мощности и напряжения питания для данного полного сопротивления динамика:

TDA2003 - Выходная мощность и напряжение питания

Я использовал настенную вилку 12 В, 400 мА, которую я выдрал из старой электробритвы, и она отлично работает:

Как собрать аудиоусилитель с источником питания TDA2003 - 12V

При таком источнике питания стереоусилитель TDA2003 будет выдавать около 7 Вт на 2 Ω-динамики, а мостовой усилитель будет выводить около 14 Вт на 4 Ω-динамики.

ТЕПЛОотвод

Каждый чип TDA2003 должен быть прикреплен к радиатору, чтобы рассеивать выделяемое тепло. Без радиатора микросхема быстро очень сильно нагревается и становится необратимо поврежденной. Радиатор алюминиевый около 150 х 60 х 25 мм должно работать нормально для двух чипов.

Металлический язычок на задней панели TDA2003 соединен с контактом заземления (контакт 3). Если вы подключаете две микросхемы к одному и тому же радиатору, лучше всего изолировать их электрически с помощью изолирующей шайбы и прокладки, чтобы предотвратить гудение. Для лучшего отвода тепла используйте термопасту на обратной стороне чипа, изолирующую прокладку и радиатор.

Для стереоусилителя я использовал радиатор процессора, снятый со старого БП Dell:

Как собрать аудиоусилитель с TDA2003 - собранная в стерео плата с радиатором

Это мостовой усилитель, подключенный к другому радиатору, снятый с того же компьютера:

Как собрать аудиоусилитель с TDA2003 - собранная мостовая плата, присоединенная к радиатору

Совет для профессионалов: на старых настольных компьютерах есть много полезных компонентов, которые вы можете использовать в сборке усилителя, что сэкономит вам деньги. Один PC может иметь до четырех радиаторов, изолирующих шайб, пару вентиляторов, разъем IEC и шнур питания, а также множество крепежных элементов.

ШАССИ

Установка готового усилителя в корпус - хороший способ сделать его более удобным для пользователя, и он будет выглядеть намного приятнее. Вы можете использовать любой тип коробки в зависимости от того, что вы можете найти, но металлические корпуса предпочтительнее, поскольку они обеспечивают защиту от помех, вызываемых флуоресцентными лампами, радиоприемниками и сотовыми телефонами.

Мой любимый источник для корпусов - Hi-Fi 2000. У них есть несколько очень доступных и привлекательных корпусов, которые подойдут для стереофонического и мостового усилителя, например их  экономичной модели 180 x 150 мм :

Как собрать аудиоусилитель с TDA2003 - шасси

Для более презентабельного корпуса их  шасси Galaxy размером 124 x 170 также подходят для любого усилителя:

Как сделать усилитель звука 10 Вт с TDA2003 - Шасси 2

КАК ОНИ ЗВУЧАТ?

Оба усилителя звучат великолепно. Средние частоты очень детализированы, а максимумы совсем не резкие. Басу не хватает небольшого удара, но общий звук очень хорошо сбалансирован. Стереоусилитель звучит немного чище, чем мостовой усилитель, но мостовой усилитель обладает заметно большей мощностью. Однако оба усилителя имеют более чем достаточно мощности для прослушивания в спальне. Это отличный проект, если вы никогда не создавали усилитель.

Если вы хотите что-то немного более мощное, чем эти усилители, ознакомьтесь с нашим руководством « Как проектировать и построить усилитель с TDA2050»,  где мы собираем стереофонический усилитель TDA2050 мощностью 25 Вт.

Если вы ищете качественный звук для аудиофилов, у нас также есть руководство по сборке усилителя Hi-Fi LM3886 мощностью 40 Вт . Эти усилители немного сложнее, чем TDA2003, поэтому, если это ваш первый проект на чиповых усилителях, я бы определенно предложил начать с TDA2003.