Двухканальный усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2030А

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ (ТРТУ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ

 

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И МЕХАТРОНИКИ

 

 

Курсовая работа

на тему: «Двухканальный усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2030А»

по курсу

« Схемотехника »

 

 

 

 

Группа: РТбо3-13          

Выполнил:                                                                    Плиска А.П.

Проверил: к.т.н., доц.        Пивнев В.В          

 

 

 

 

 

Таганрог 2014

Введение	3
1 Обзор существующих аналогов	6
2 Принцип работы выбранной схемы	9
2.1 Выбор элементной базы	10
2.1.1 Топология микросхемы TDA2030А	11
2.2 Разработка печатной платы и монтаж	12
2.3 Настройка и наладка	17
Заключение	18
Список литературы	20

 

Введение

 

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот, таким образом к данным усилителям предъявляется требование усиления в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц по уровню -3 дБ, лучшие образцы УЗЧ имеют диапазон от 0 Гц до 200 кГц, простейшие УЗЧ имеют более узкий диапазон воспроизводимых частот. Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

Усилители низкой частоты наиболее широко применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, в этих случаях они называются, также, усилителями звуковой частоты, кроме этого УНЧ используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике; в других отраслях электроники. Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер, иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть илимодулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.

По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилители можно разделить на:

1). Класс  «A» — аналоговая обработка сигнала, линейный режим работы усилительного элемента

2). Класс  «AB» — аналоговая обработка  сигнала, режим работы с большим углом отсечки (>90°)

3). Класс  «B» — аналоговая обработка  сигнала, режим работы с углом отсечки равным 90°

4). Класс  «C» — аналоговая обработка  сигнала, режим работы с малым углом отсечки (<90°)

5). Класс  «D» — аналоговая обработка  сигнала, усилительный элемент работает  в ключевом режиме, скважность  импульсов изменяется в соответствии  с текущим значением входного  сигнала линейно, не имея дискретных  значений, применяется широтно-импульсная модуляция, усилительный элемент работает в ключевом режиме

6). Класс  «T» — аналоговая обработка  сигнала, усилительный элемент работает  в ключевом режиме, скважность  и частота изменяются в соответствии  с текущим значением входного  аналогового сигнала линейно, не  имея дискретных значений, применяется  широтно-импульсная модуляция с  изменением частоты и скважности импульсов.

Из всего выше сказанного видно, что данная тема очень актуальна и интересна, поэтому я ее и выбрал.

Целью работы является разработка усилителя на микросхеме TDA2030А.

Для этого необходимо рассмотреть и решить следующие задачи:

1. Рассмотреть существующие аналоги
2. Обосновать выбор выбранной схемы
3. Рассмотреть принцип работы выбранной схемы
4. Подобрать элементы и разработать печатную плату.
5. Освоить навык монтажа радиоэлементов в плату.
6. Смонтировать устройство.
7. Наладить его стабильную и корректную работу.

 

1 Обзор существующих  аналогов

 

Рассмотрим несколько существующих усилителей звуковых частот.

Усилитель на микросхеме TDA7294. Усилитель, несмотря на относительную простоту, обеспечивает довольно высокие параметры. У "микросхемных" усилителей есть ряд ограничений, поэтому усилители на "рассыпухе" могут обеспечить более высокие показатели. О микросхеме можно сказать:

• схема очень простая
• очень дешевая
• практически не нуждается в наладке
• собрать ее можно за один вечер

 

 

Рисунок 1.1 Схема усилителя на микросхеме TDA7294

 

Усилитель на микросхеме TDA2003.

Микросхема TDA2003 позволяет собрать несложный высококачественный усилитель низкой частоты, с максимальной выходной мощностью 5вт.

Усилитель применяется в радиоаппаратуре среднего и высокого класса.

Для работы в режиме с максимальной выходной мощностью микросхему необходимо установить на радиатор с площадью не менее 50 см^2. Вот так, выглядит наиболее типичная схема (рекомендованная разработчиком TDA2003).

 

Рисунок 1.2 Схема усилителя на микросхеме TDA2003

 

Можно использовать любые резисторы мощностью - 0.125, 0.25 Вт, и кондесаторы любых типов. Для отвода тепла микросхема крепится на радиатор площадью не менее 75 кв см.

 

Усилитель на микросхеме TDA2030А.

Микросхема TDA2030А представляет собой мощный операционный усилитель с низким уровнем гармонических искажений (THD Total Harmonic Distortion) менее 0,08%. Данная микросхема представляет собой низкочастотный усилитель класса “AB”.

Микросхема имеет встроенную тепловую защиту, которая срабатывает при температуре кристалла 150ºС, и защиту от коротких замыканий, которая может защитить микросхему в течение 10 секунд при перегрузке.

Питание микросхемы TDA2030А допускается от однополярного источника, напряжением от 12 до 36 вольт, или двухполярного - от ±6 до ±18 вольт.

Рисунок 1.3 Схема усилителя на микросхеме TDA2030А

 

Так же микросхема может работать в мостовом режиме, при этом выходная мощность увеличивается в два раза. Нагрузка в данном случае увеличивается до 8 Ом.

 

В результате поиска и обзора различных вариантов была выбрана схема усилителя на микросхеме TDA2030А  исходя из ее технических характеристик и надежных, несложных и компактных свойств.

 

2 Принцип работы выбранной схемы

 

Принципиальная схема усилителя на TDA2030А приведена на рисунке 2.1. Микросхема по своей сути представляет мощный операционный усилитель и принципиальная схема у нее такая же. Для простоты усилитель указан по схеме с однополярным питанием и обеспечивает на нагрузку 4 Ома до 15 Вт для TDA2030А.

    Тут следует оговориться - это  музыкальная мощность, а не шумовая, которую обычно указывают на  современной аудиоаппаратуре. Основное отличие этих параметров заключается в том, что при измерении шумовой мощности в качестве тестового сигнала используют прямоугольный сигнал звуковой частоты. Разумеется, что при таком тесте выходная мощность усилителя становится максимально возможной, но назвать это музыкой врядли у кого язык повернется.

    Данный усилитель мощности является  универсальным кирпичиком для  построения высококачественного  усилителя любой конфигурации, от обычного стереофонического до мультимедийного.

 

 

Рисунок 2.1 Принципиальная схема усилителя мощности на TDA2030А

 

2.1 Выбор элементной базы

 

Для данного устройства использовались:

Две микросхемы TDA2030А

Два радиатора для микросхем

Три переменных резистора

Клеммы(две выходных для колонок, одна для питания)

 

Резисторы:
5.6 кОм	2 штуки
300 Ом	3 штук
1 кОм	5 штук
47 кОм 10 кОм 33 кОм 10 Ом 1.5 кОм	2 штуки 2 штуки 2 штуки 2 штуки 2 штуки
Конденсаторы керамические:
0.1 мкФ	4 штуки
0.022 мкФ	4 штуки
0.47 мкФ	2 штуки
Конденсаторы электролитические:
2200 мкФ 25 В	4 штуки
47 мкФ 25 В	2 штука
10 мкФ 25 В	2 штуки
Диоды:
1N4007	4 штуки

 

2.1.1 Топология микросхемы TDA2030А

 

 

Микросхема усилителя НЧ TDA2030A фирмы ST Microelectronics пользуется заслуженной популярностью среди радиолюбителей. Она обладает высокими электрическими характеристиками и низкой стоимостью, 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 представляет собой 18 Вт Hi-Fi усилитель мощности класса АВ или драйвер для УНЧ мощностью до 35 Вт (с мощными внешними транзисторами). Она обеспечивает большой выходной ток, 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.

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

микросхема усилитель низкочастотный канал

и может быть легко изменен подбором сопротивления одного из резисторов.

Рисунок 2.1.1 Микросхема  TDA2030A

 

Назначение выводов TDA2030A:

 

N	Назначение
1	Неинвертирующий вход
2	Инвертирующий вход
3	- Питания
4	Выход
5	+ Питания

 

 

2.2 Выбор печатной платы и монтаж

 

 

Для данного устройства я использовал фальгированый стекло-текстолит (Рисунок 2.2.1).

 

 

Рисунок 2.2.1 Текстолитовая плата

 

Для проектировки и ручной разводки печатной платы, я использовал простой, но в тоже время очень эффективный программный пакет Sprint-Layout 6 версии.

Программа позволяет работать с двумя слоями (проводников и маркировки) для каждой стороны платы. Дополнительные возможности – слой паяльной маски, металлизация, SMD-маска. Встроенный трассировщик только помогает разводить проводники, и не является автоматическим. В пополняемой библиотеке содержатся наиболее распространенные электронные компоненты. В Sprint-Layout реализована возможность экспортировать результаты работы в популярные форматы Excellon и Gerber, а также создать файл HPGL для отделки печатной платы на программно-управляемом фрезерном станке.

Рисунок 2.2.2 Разводка печатной платы в Sprint-Layout

 

Для переноса контактных дорожек платы была применена «Утюжная технология». Для этого было необходимо распечатать схему дорожек на глянцевую бумагу и с помощью утюга  перенести рисунок на текстолит, это занимает около 5 минут, после необходимо размочить бумагу и аккуратно удалить её не повреждая переведённого глянцевого слоя. Для вытравливания использовалось разведённое в тёплой воде хлорное железо. Продукт данной деятельности (Рисунок 2.2.3).

Рисунок 2.2.3 Текстолитовая плата после вытравливания

 

 

 

При монтаже я использовал двадцати ватный паяльник, сосновую канифоль и оловянно-свинцовый припой с флюсом (Рисунок 2.2.4).