TDA2030 – характеристики, устройства на микросхеме своими руками

Микросхема усилителя НЧ TDA2030A пользуется заслуженной популярностью среди радиолюбителей. У неё хорошие характеристики и низкая стоимость, что позволяет при минимальных затратах собирать на ней высококачественные УНЧ мощностью до 18 Вт. Однако не все знают о ее «скрытых достоинствах». Оказывается, на этой ИМС можно собрать ряд других полезных устройств.

Микросхема TDA2030A — характеристики

Эта микросхема представляет собой 18 Вт Hi-Fi усилитель мощности класса АВ или драйвер для УНЧ мощностью до 35 Вт с мощными внешними транзисторами.

TDA2030A не только обеспечивает большой выходной ток, но и имеет:

• малые гармонические и интермодуляционные искажения;
• широкую полосу частот усиливаемого сигнала;
• очень малый уровень собственных шумов;
• встроенную защиту от короткого замыкания выхода;
• автоматическую систему ограничения рассеиваемой мощности, удерживающую рабочую точку выходных транзисторов ИМС в безопасной области.

Встроенная термозащита обеспечивает выключение ИМС при нагреве кристалла выше 145°С. Микросхема выполнена в корпусе Pentawatt и имеет 5 выводов. Вначале вкратце рассмотрим несколько схем стандартного применения ИМС — усилителей НЧ.

TDA2030A — схема включения

Типовая схема включения TDA2030A
Детали:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• 2 выпрямительных диода (VD1, VD2) — 1N4001.
• 4 электролитических конденсатора (С1, С2, С3 и С6) — 1 мкФ, 47 мкФ и 2х220 мкФ соответственно.
• 2 конденсатора (С4, С5) — 100 нФ.
• 4 резистора — R1 (47 кОм), R2 (680 Ом), R3 (13 кОм), R4 (1 Ом).
• Динамическая головка (ВА1).

Микросхема включена по схеме неинвертирующего усилителя. Коэффициент усиления определяется соотношением сопротивлений резисторов R2 и R3, образующих цепь ООС. Вычисляется он по формуле Gv=1+R3/R2 и может быть легко изменен подбором сопротивления одного из резисторов. Обычно это делают с помощью резистора R2. Как видно из формулы, уменьшение сопротивления этого резистора вызовет увеличение коэффициента усиления (чувствительности) УНЧ.

Емкость конденсатора С2 выбирают исходя из того, чтобы его емкостное сопротивление Хс=1/2хfС на низшей рабочей частоте было меньше R2 по крайней мере в 5 раз. В данном случае на частоте 40 Гц Хс2=1/6,28х40х47х10 в 6 степени = 85 Ом.

Входное сопротивление определяется резистором R1. В качестве VD1, VD2 можно применить любые кремниевые диоды с током IПР0,5… 1 А и UОБР более 100 В, например, КД209, КД226, 1N4007

Ниже показана схема включения TDA2030A в случае использования однополярного источника питания:

Детали:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• 2 выпрямительных диода (VD1, VD2) — 1N4001.
• 4 электролитических конденсатора (С1, С2, С4 и С3) — 3х10 мкФ и 1х220 мкФ соответственно.
• 2 конденсатора (С5, С7) — 100 нФ.
• 6 резисторов — R1–R3, R5 (100 кОм); R4 (4,7 кОм), R6 (1 Ом).
• Динамическая головка (ВА1).

Делитель R1R2 и резистор R3 образуют цепь смещения для получения на выходе ИМС (вывод 4) напряжения, равного половине питающего. Это необходимо для симметричного усиления обеих полуволн входного сигнала. Параметры этой схемы при Vs= +36 В соответствуют параметрам схемы, показанной на первой схеме, при питании от источника ±18 В. Пример использования микросхемы в качестве драйвера для УНЧ с мощными внешними транзисторами показан на схеме ниже:

Детали:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• 2 биполярных транзистора (VT1, VT2) — BD908 и BD907 соответственно.
• 2 выпрямительных диода (VD1, VD2) — 1N4001.
• 4 электролитических конденсатора (С1, С2, С3 и С4) — 1 мкФ, 47 мкФ и 2х100 мкФ соответственно.
• 4 конденсатора (С5, С6, С8 и С7) — 3х100 нФ и 220 нФ.
• 6 резисторов — R1 (47 кОм), R2 (1.5 кОм), R3, R4 (1.5 Ом), R5 (30 кОм), R6 (1 Ом).
• Динамическая головка (ВА1).

При Vs = ±18 В на нагрузке 4 Ом усилитель развивает мощность 35 Вт. В цепи питания ИМС включены резисторы R3 и R4, падение напряжения на которых является открывающим для транзисторов VT1 и VT2 соответственно.

При малой выходной мощности (входном напряжении) ток, потребляемый ИМС, невелик, и падения напряжения на резисторах R3 и R4 недостаточно для открывания транзисторов VT1 и VT2. Работают внутренние транзисторы микросхемы.

По мере роста входного напряжения увеличивается выходная мощность и потребляемый ИМС ток. При достижении им величины 0,3…0,4 А падение напряжения на резисторах R3 и R4 составит 0,45…0,6 В. Начнут открываться транзисторы VT1 и VT2, при этом они окажутся включенными параллельно внутренним транзисторам ИМС. Возрастет ток, отдаваемый в нагрузку и, соответственно, увеличится выходная мощность. В качестве VT1 и VT2 можно применить любую пару комплементарных транзисторов соответствующей мощности, например, КТ818, КТ819.

Мостовая схема включения TDA2030A показана ниже:

Детали:

• 2 аудио усилителя (DA1, DA2) — TDA2030A.
• 4 выпрямительных диода (VD1–VD4) — 1N4001.
• 5 электролитических конденсаторов — С1 (1 мкФ); С2, С9 (47 мкФ); С3, С5 (100 мкФ).
• 4 конденсатора (С4, С8 и С6, С7) — 2х100 нФ и 2х220 нФ соответственно.
• 9 резисторов — R1, R9 (47 кОм); R2, R8 (1 кОм); R3, R6, R7 (22 кОм); R4, R5 (1 Ом).
• Динамическая головка (ВА1).

Сигнал с выхода ИМС DA1 подается через делитель R6R8 на инвертирующий вход DA2, что обеспечивает работу микросхем в противофазе. При этом возрастает напряжение на нагрузке, и, как следствие, увеличивается выходная мощность. При Vs = ±16 В на нагрузке 4 Ом выходная мощность достигает 32 Вт. Для любителей двух-, трехполосных УНЧ микросхема TDA2030A — идеальный вариант, ведь непосредственно на ней можно собирать активные ФНЧ и ФВЧ.

• Читайте также об управляемой плате регулятора на 1,2–35 В

Схема трехполосного усилителя НЧ представлена ниже:

Детали:

• 3 аудио усилителя (DA1– DA3) — TDA2030A.
• 2 биполярных транзистора (VT1, VT2) — BD908 и BD907 соответственно.
• 6 выпрямительных диодов (VD1–VD6) — 1N4007.
• 6 электролитических конденсаторов — С1, С9, С16 (100 мкФ); С6 (10 мкФ); С7 (220 мкФ); С22 (47 мкФ).
• 18 конденсаторов — С2, С3, С10, С12, С13, С19, С24 (100 нФ); С4 (33 нФ); С5 (15 нФ); С8, С11, С17, С18, С23 (220 нФ); С14, С20, С21 (1.5 нФ); С15 (750 пФ).
• 20 резисторов — R1, R8 (1.5 Ом, 2 Вт); R2 (100 кОм); R3, R4, R11, R12, R20 (22 кОм); R5, R13 (3.3 кОм); R7, R17 (100 Ом); R9, R15, R21 (1 Ом); R14 (6.8 кОм); R16, R23 (2.2 кОм); R19 (12 кОм); R22 (150 Ом).
• 3 переменных резистора (R6, R10, R18) — 47 кОм.
• 3 динамических головки (ВА1–ВА3).

Низкочастотный канал (НЧ) выполнен по схеме с мощными выходными транзисторами. На входе ИМС DA1 включен ФНЧ R3C4, R4C5, причем первое звено ФНЧ R3C4 включено в цепь ООС усилителя. Такое схемное решение позволяет простыми средствами (без увеличения числа звеньев) получать достаточно высокую крутизну спада АЧХ фильтра.

Среднечастотный (СЧ) и высокочастотный (ВЧ) каналы усилителя собраны по типовой схеме на TDA2030A DA2 и DA3 соответственно. На входе СЧ канала включены ФВЧ C12R13, C13R14 и ФНЧ R11C14, R12C15, которые вместе обеспечивают полосу пропускания 300…5000 Гц. Фильтр ВЧ канала собран на элементах C20R19, C21R20. Частоту среза каждого звена ФНЧ или ФВЧ можно вычислить по формуле fСР = 160/RC, где частота f выражена в герцах, R — в килоомах, С — в микрофарадах.

• Смотрите также схему кодового замка на микросхеме

Приведенные примеры не исчерпывают возможностей применения ИMC TDA2030A в качестве усилителей НЧ. Так, например, вместо двухполярного питания микросхемы (схема 3 и 4) можно использовать однополярное питание. Для этого минус источника питания следует заземлить, на неинвертирующий (вывод 1) вход подать смещение, как показано на второй схеме (элементы R1–R3 и С2). Наконец, на выходе ИМС между выводом 4 и нагрузкой необходимо включить электролитический конденсатор, а блокировочные конденсаторы по цепи -Vs из схемы исключить.

Рассмотрим другие возможные варианты использования этой микросхемы. TDA2030A представляет собой не что иное, как операционный усилитель с мощным выходным каскадом и весьма неплохими характеристиками. Основываясь на этом, были спроектированы и опробованы несколько схем нестандартного ее включения. Часть схем была опробована «в живую», на макетной плате, часть — смоделирована в программе Electronic Workbench.

Мощный повторитель сигнала на микросхеме TDA2030A

Сигнал на выходе устройства по вышеприведенной схеме повторяет по форме и амплитуде входной, но имеет большую мощность, то есть схема может работать на низкоомную нагрузку. Повторитель может быть использован, например, для увеличения мощности источников питания и выходной мощности низкочастотных генераторов (чтобы можно было непосредственно испытывать головки громкоговорителей или акустические системы). Полоса рабочих частот повторителя линейна от постоянного тока до 0,5… 1 МГц, что более чем достаточно для генератора НЧ.

• Смотрите также, как сделать двоичные часы

TDA2030A — схема усилителя мощности источников питания

Детали для схемы слева:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• Стабилитрон (VD1) — BZX55C5V1.
• Электролитический конденсатор (С1) — 10 мкФ.
• Конденсатор (С2) — 100 нФ.
• Резистор (R1) — 470 Ом.

Детали для схемы справа:

• Линейный регулятор (DA1) — LM78L05.
• Аудио усилитель (DA2) — TDA2030A.
• Электролитический конденсатор (С1) — 1 мкФ.
• Конденсатор (С1) — 100 нФ.

Микросхема включена как повторитель сигнала, выходное напряжение (вывод 4) равно входному (вывод 1), а выходной ток может достигать значения 3,5 А. Благодаря встроенной защите схема не боится коротких замыканий в нагрузке. Стабильность выходного напряжения определяется стабильностью опорного, то есть стабилитрона VD1 на схеме левее и интегрального стабилизатора DA1 на схеме правее.

Естественно, по схемам, показанным на выше, можно собрать стабилизаторы и на другое напряжение, нужно лишь учитывать, что суммарная (полная) мощность, рассеиваемая микросхемой, не должна превышать 20 Вт.

Например, нужно построить стабилизатор на 12 В и ток 3 А. В наличии есть готовый источник питания (трансформатор, выпрямитель и фильтрующий конденсатор), который выдает Uип = 22 В при необходимом токе нагрузки. Тогда на микросхеме происходит падение напряжения Uимс= Uип — Uвых = 22 В -12 В = 10В. При токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность достигнет величины Ррас = Uимс х Iн = 10В х 3А = 30 Вт, что превышает максимально допустимое значение для TDA2030A.

Максимально допустимое падение напряжения на ИМС может быть рассчитано по формуле: Uимс = Ррас.макс / Iн. В нашем примере Uимс = 20 Вт / 3А = 6,6В. Следовательно, максимальное напряжение выпрямителя должно составлять Uип = Uвых + Uимс = 12В + 6,6В =18,6 В. В трансформаторе количество витков вторичной обмотки придется уменьшить.

• Смотрите также схему терморегулятора с ЖКИ экраном

Сопротивление балластного резистора R1 в схеме, показанной выше, можно посчитать по формуле: R1 = (Uип — Uст) / Iст, где Uст и Iст — напряжение и ток стабилизации стабилитрона соответственно. Пределы тока стабилизации можно узнать из справочника, на практике для маломощных стабилитронов его выбирают в пределах 7…15 мА (обычно 10 мА). Если ток в вышеприведенной формуле выразить в миллиамперах, то величину сопротивления получим в килоомах.

Простой лабораторный блок питания на микросхеме TDA2030A

Электрическая схема блока питания
Детали:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• 2 электролитических конденсатора (С1, С2) — 10 мкФ и 100 мкФ.
• Переменный резистор (R1) — 33 кОм.
• Резистор (R2) — 4.3 кОм.

Изменяя напряжение на входе ИМС с помощью потенциометра R1, получаем плавно регулируемое выходное напряжение. Максимальный ток, отдаваемый микросхемой, зависит от выходного напряжения и ограничен все той же максимальной рассеиваемой мощностью на TDA2030A. Рассчитать его можно по формуле: Iмакс = Ррас.макс / Uимс.

Например, если на выходе выставлено напряжение Uвых = 6 В, на микросхеме происходит падение напряжения Uимс = Uип — Uвых = 36 В — 6 В = 30 В, следовательно, максимальный ток составит Iмакс = 20 Вт / 30 В = 0,66 А. При Uвых = 30 В максимальный ток может достигать максимума в 3,5 А, так как падение напряжения на ИМС незначительно (6 В).

Стабилизированный лабораторный блок питания на TDA2030A

Электрическая схема блока питания
Детали:

• Линейный регулятор (DA1) — LM78L05.
• Аудио усилитель (DA2) — TDA2030A.
• Стабилитрон (VD1) — КС515А.
• 3 электролитических конденсатора (С1, С2 и С3) — 10, 1 и 100 мкФ соответственно.
• 3 резистор (R1, R2, R4) — 2х2 кОм и 1х10 кОм соответственно.
• Переменный резистор (R2) — 10 кОм.

Источник стабилизированного опорного напряжения (микросхема DA1) питается от параметрического стабилизатора на 15 В, собранного на стабилитроне VD1 и резисторе R1. Если ИМС DA1 питать непосредственно от источника +36 В, она может выйти из строя (максимальное входное напряжение для ИМС 7805 составляет 35 В).

ИМС DA2 включена по схеме неинвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого определяется как 1+R4/R2 и равен 6. Следовательно, выходное напряжение при регулировке потенциометром R3 может принимать значение практически от нуля до 5 В х 6 = 30 В. Что касается максимального выходного тока, для этой схемы справедливо все вышесказанное для простого лабораторного блока питания, о котором мы говорили выше.

Если предполагается меньшее регулируемое выходное напряжение (например, от 0 до 20 В при Uип = 24 В), элементы VD1, С1 из схемы можно исключить, а вместо R1 установить перемычку. При необходимости максимальное выходное напряжение можно изменить подбором сопротивления резистора R2 или R4.

Регулируемый источник тока на TDA2030A своими руками

Электрическая схема стабилизатора
Детали:

• Линейный регулятор (DA1) — LM78L05.
• Аудио усилитель (DA2) — TDA2030A.
• Конденсатор (С2) — 100 нФ.
• Переменный резистор (R1) — 10 кОм.
• 2 резистора (R4 и Rх) — 10 Ом, 5 Вт.
• Амперметр.
• Батарея — 1.2–12В.

На инвертирующем входе ИМС DA2 (вывод 2), благодаря наличию ООС через сопротивление нагрузки, поддерживается напряжение Uвх. Под действием этого напряжения через нагрузку протекает ток Iн = Uвх / R4.

Как видно из формулы, ток нагрузки не зависит от сопротивления нагрузки (разумеется, до определенных пределов, обусловленных конечным напряжением питания ИМС). Следовательно, изменяя Uвх от нуля до 5 В с помощью потенциометра R1, при фиксированном значении сопротивления R4 = 10 Ом, можно регулировать ток через нагрузку в пределах 0…0,5 А.

Данное устройство может быть использовано для зарядки аккумуляторов и гальванических элементов. Зарядный ток стабилен на протяжении всего цикла зарядки и не зависит от степени разряженности аккумулятора или от нестабильности питающей сети. Максимальный зарядный ток, выставляемый с помощью потенциометра R1, можно изменить, увеличивая или уменьшая сопротивление резистора R4. Например, при R4 = 20 Ом он имеет значение 250 мА, а при R4 = 2 Ом достигает 2,5 А (см. формулу выше).

Для данной схемы справедливы ограничения по максимальному выходному току, как для схем стабилизаторов напряжения. Еще одно применение мощного стабилизатора тока — измерение малых сопротивлений с помощью вольтметра по линейной шкале. Действительно, если выставить значение тока, например, 1 А, то, подключив к схеме резистор сопротивлением 3 Ом, по закону Ома получим падение напряжения на нем U = l х R = l А х 3 Ом = 3 В, а подключив, скажем, резистор сопротивлением 7,5 Ом, получим падение напряжения 7,5 В.

Конечно, на таком токе можно измерять только мощные низкоомные резисторы (3 В на 1 А — это 3 Вт, 7,5 В х 1 А = 7,5 Вт), однако можно уменьшить измеряемый ток и использовать вольтметр с меньшим пределом измерения.

Мощный генератор прямоугольных импульсов на TDA2030A

Схемы мощного генератора прямоугольных импульсов показаны выше — с двухполярным питанием левее и с однополярным питанием правее. Схемы могут быть использованы, например, в устройствах охранной сигнализации.

Детали для схемы слева:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• Конденсатор С1 — 47 нФ.
• 3 резистора R1–R3 — 10 кОм).
• Динамическая головка (ВА1).

Детали для схемы справа:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• Резистор — 100 кОм.
• Электролитический конденсатор (С1) — 100 мкФ.
• 5 резисторов (R1– R5) — 10 кОм.
• Динамическая головка (ВА1).

Микросхема включена как триггер Шмитта, а вся схема представляет собой классический релаксационный RC-генератор. Рассмотрим работу схемы, показанной на рис. 12. Допустим, в момент включения питания выходной сигнал ИМС переходит на уровень положительного насыщения (Uвых = +Uип).

Конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R3 с постоянной времени Cl R3. Когда напряжение на С1 достигнет половины напряжения положительного источника питания (+Uип/2), ИМС DA1 переключится в состояние отрицательного насыщения (Uвых = -Uип). Конденсатор С1 начнет разряжаться через резистор R3 с той же постоянной времени Cl R3 до напряжения (-Uип / 2), когда ИМС снова переключится в состояние положительного насыщения. Цикл будет повторяться с периодом 2,2C1R3, независимо от напряжения источника питания. Частоту следования импульсов можно посчитать по формуле: f = l / 2,2 х R3Cl.

Если сопротивление выразить в килоомах, а емкость в микрофарадах, то частоту получим в килогерцах.

Мощный низкочастотный генератор синусоидальных колебаний на TDA2030A

Электрическая схема мощного низкочастотного генератора синусоидальных колебаний
Детали:

• Аудио усилитель (DA1) — TDA2030A.
• 2 конденсатора (С1, С2) — 15 нФ.
• Электролитический конденсатор (С3) — 1000 мкФ.
• 4 резистора (R2, R4, R3 и R5) — 2х10 кОм, 1х3 кОм, 1х8,2 Ом (10 Вт).
• 5 резисторов (R1– R5) — 10 кОм.
• 2 лампы (EL1, EL2) — СМН 6.3х50.

Генератор собран по схеме моста Вина, образованного элементами DA1 и С1, R2, С2, R4, обеспечивающими необходимый фазовый сдвиг в цепи ПОС. Коэффициент усиления по напряжению ИМС при одинаковых значениях Cl, C2 и R2, R4 должен быть точно равен 3. При меньшем значении Ку колебания затухают, при большем — резко возрастают искажения выходного сигнала. Коэффициент усиления по напряжению определяется сопротивлением нитей накала ламп ELI, EL2 и резисторов Rl, R3 и равен Ky = R3 / Rl + REL1,2.

Лампы ELI, EL2 работают в качестве элементов с переменным сопротивлением в цепи ООС. При увеличении выходного напряжения сопротивление нитей накала ламп за счет нагревания увеличивается, что вызывает уменьшение коэффициента усиления DA1. Таким образом, стабилизируется амплитуда выходного сигнала генератора, и сводятся к минимуму искажения формы синусоидального сигнала. Минимума искажений при максимально возможной амплитуде выходного сигнала добиваются с помощью подстроечного резистора R1.

Для исключения влияния нагрузки на частоту и амплитуду выходного сигнала на выходе генератора включена цепь R5C3, Частота генерируемых колебаний может быть определена по формуле: f = 1 / 2piRC. Генератор может быть использован, например, при ремонте и проверке головок громкоговорителей или акустических систем.

В заключение необходимо отметить, что микросхему нужно установить на радиатор с площадью охлаждаемой поверхности не менее 200 см2. При разводке проводников печатной платы для усилителей НЧ необходимо проследить, чтобы «земляные» шины для входного сигнала, а также источника питания и выходного сигнала подводились с разных сторон (проводники к этим клеммам не должны быть продолжением друг друга, а соединяться вместе в виде «звезды»). Это необходимо для минимизации фона переменного тока и устранения возможного самовозбуждения усилителя при выходной мощности, близкой к максимальной.

Видео о монтаже усилителя на микросхеме TDA2030A:

Источник: tehnoobzor.com