Высококачественный усилитель мощностью 50Вт на микросхеме TDA1514A

В этой статье я расскажу Вам о такой микросхеме, как TDA1514A

Вступление

Начну немного с печального... В данный момент производство микросхемы прекращено... Но это не значит, что она сейчас "на вес золота", нет. Практически в любом радиомагазине или на радиорынке ее можно достать по цене 100 - 500 рублей. Согласитесь, немного дороговато, но цена абсолютно справедливая! Кстати, на мировых интернет-площадках, таких как eBay и Aliexpress они стоят намного дешевле...

Микросхема отличается низким уровнем искажений и широким диапазоном воспроизводимых частот, поэтому лучше использовать на широкополосных динамиках. Люди, собиравшие усилители на данной микросхеме хвалят ее за высокое качество звучания. Это одна из немногих микросхем, действительно "качественно звучащая". По качеству звука ни чуть не уступает популярным ныне TDA7293/94. Однако, если в сборке допущены ошибки - качественная работа не гарантируется.

Краткое описание и достоинства

Данная микросхема представляет собой одноканальный Hi-Fi - усилитель класса AB, мощность которого составляет 50Вт. В микросхему встроена защита SOAR, термозащита (защита от перегрева) и режим "Mute"

К достоинствам можно отнести отсутствие щелчков при включении и выключении, наличие защит, малые гармонические и интермодуляционные искажения, низкое тепловое сопротивление и другое. Из недостатков выделить практически нечего, кроме как выход из строя при "бегающем" напряжении (питание должно быть более-менее стабильным) и относительно высокая цена

Коротко о внешнем виде

Микросхема выпускается в корпусе SIP с 9 длинными ножками. Шаг ножек составляет 2.54мм. На лицевой стороне надписи и логотип, а на задней теплоотвод - он соединен с с 4 ножкой, а 4 ножка это "-" питания. По бокам 2 проушины для крепления радиатора.

Оригинал или подделка?

Этим вопросом задаются многие, я постараюсь Вам ответить.

Итак. Микросхема должна быть аккуратно выполнена, ножки должны быть гладкими, незначительная деформация допускается, так как неизвестно как обращались с ними на складе или в магазине

Надпись... Она может быть выполнена как белой краской, так и обычным лазером, две микросхемы выше для сравнения (обе оригинальные). В том случае, если надпись нанесена краской, на микросхеме должна ВСЕГДА быть вертикальная полоса, разделенная проушиной. Пусть Вас не смущает надпись "TAIWAN" - ничего страшного, качество звучания у таких экземпляров ни чуть не хуже экземпляров без этой надписи. Кстати, практически половина радиодеталей делается в Тайване и в странах по соседству. Эта надпись находится не на всех микросхемах.

Еще советую обратить внимание на вторую строчку. Если она содержит только цифры (их должно быть 5) - это микросхемы "старого" производства. Надпись на них более широкая, также теплоотвод может иметь другую форму. Если надпись на микросхеме нанесена лазером и вторая строчка содержит только 5 цифр - на микросхеме должна присутствовать вертикальная полоса

Логотип на микросхеме должен присутствовать обязательно и причем только "PHILIPS"! Насколько мне известно, выпуск прекратился задолго до основания NXP, а это 2006 год. Если вы встретили данную микросхему с логотипом NXP, тут одно из двух - микросхему снова начали выпускать или же типичный "левачок"

Также необходимо присутствие впадин в форме кругов, как на фото. Если их нет - подделка.

Возможно есть еще способы выявить "левачок", но не стоит так напрягаться над этим вопросом. Случаев брака - всего единицы.

Технические характеристики микросхемы

* Входное сопротивление и коэффициент усиления подстраивается внешними элементами

Ниже таблица примерных выходных мощностей в зависимости от питания и сопротивления нагрузки

Принципиальная схема

Схема взята из даташита (май 1992)

Слишком она громоздкая... Пришлось перерисовать:

Схема немного отличается от предоставленной производителем, все характеристики, приведенные выше - они именно под ЭТУ схему. Отличий несколько и все они направлены на улучшение звука - в первую очередь установлены фильтрующие емкости, убрана "вольтдобавка" (о ней чуть позже) и изменен номинал резистора R6.

Теперь более подробно о каждом компоненте. C1 - входной разделительный конденсатор. Пропускает через себя только переменное напряжение сигнала. Также влияет на частотную характеристику - чем меньше емкость, тем меньше НЧ и соответственно чем больше емкость - тем и НЧ больше. Больше 4.7мкФ ставить не советовал бы, так как производитель предусмотрел всё - при емкости этого конденсатора равной 1мкФ усилитель воспроизводит заявленные частоты. Конденсатор использовать пленочный, в крайнем случае электролитический (неполярный желательно), но никак не керамический! R1 уменьшает входное сопротивление, а вместе с C2 образует фильтр от входных помех.

Как и в любом операционном усилителе здесь можно задать коэффициент усиления. Это делается при помощи R2 и R7. При этих номиналах КУ равен 30дБ (может незначительно отклоняться). С4 влияет на включение защиты SOAR и Mute, R5 влияет на плавную зарядку и разрядку конденсатора, в связи с чем при включении и выключении усилителя отсутствуют щелчки. С5 и R6 образуют так называемую цепь Цобеля. Ее задача - препятствование самовозбуждению усилителя, а также выполнение стабилизации частотной характеристики. C6-C10 подавляют пульсации по питанию, защищают от просадки напряжения.
Резисторы в данной схеме можно брать с любой мощностью, я например использую стандартные 0.25Вт. Конденсаторы на напряжение не менее 35В, кроме С10 - я использую у себя в схеме на 100В, хотя и 63В должно хватить. Все компоненты перед пайкой должны быть проверены на исправность!

Схема усилителя с "вольтдобавкой"

Данный вариант схемы взят из даташита. Отличается от вышеописанной схемы присутствием элементов С3, R3 и R4.
Такой вариант позволит получить до 4Вт больше, чем заявлено (при ±23В). Но при таком включении могут незначительно повысится искажения.  Резисторы R3 и R4 применять на 0.25Вт. У меня на 0.125Вт не выдерживали. Конденсатор C3 - 35В и выше.

Мостовая схема

В данной схеме необходимо использование  двух микросхем. Одна дает на выходе положительный сигнал, другая - отрицательный. При таком включении можно снять более 100Вт на 8 Ом. 

По словам собравших, данная схема абсолютно работоспособна и у меня даже есть более подробная табличка примерных выходных мощностей. Она ниже:

А если поэксперементировать, например при   ±23В подключить нагрузку 4 ом, то можно получить до 200Вт! При условии что радиаторы не будут сильно греться, 150Вт в мост микросхемы потянут легко. 

Такую конструкцию неплохо использовать в сабвуферах.

Работа в внешними выходными транзисторами

Микросхема является по сути дела мощным операционным усилителем и его можно умощнить еще, повесив на выход пару из комплиментарных транзисторов. Данный вариант пока не проверялся, но теоретически он возможен. Также можно умощнить и мостовую схему усилителя, повесив на выход каждой микросхеме по паре комплиментарных транзисторов

Работа при однополярном питании

В самом начале даташита я нашел строки, в которых написано, что микросхема работает и при однополярном питании. А где же схема тогда? Увы, в даташите нету, в интернете не нашел... Не знаю, может где-то и существует такая схема, но я такую не видел... Единственное что могу посоветовать - TDA1512 или TDA1520. Звучание отличное, но питаются от однополярного питания, да и выходной конденсатор может слегка подпортить картину. Найти их довольно проблематично, выпускались очень давно и были давно сняты с производства. Надписи на них могут быть различной формы, проверять на "фальшивку" их не стоит - случаев отказа не было.

Обе микросхемы представляют собой Hi-Fi - усилители класса АВ. Мощность около 20Вт при +33В на нагрузку 4 ом. Схемы приводить не буду (тема же все-таки про TDA1514A). Скачать печатные платы для них можно в конце статьи.

Питание

Для стабильной работы микросхемы нужен источник питания с напряжением от ±8 до ±30В с током не менее 1.5А. Питание должно подаваться толстыми проводами, входные провода максимально дальше удалить от выходных проводов и источника питания
Питать можно обычным простым блоком питания, в который входят сетевой трансформатор, диодный мост, фильтрующие емкости и по желанию дроссели. Для получения ±24В необходим трансформатор с двумя вторичными обмотками по 18В с током более 1.5А для одной микросхемы.

Можно использовать импульсные блоки питания, например самый простенький, на IR2153. Вот его схема:

Здесь нужно рассчитать трансформатор под свои нужды. Сделать это можно в программе ExcellentIT от пользователя Starichok

Этот ИБП выполнен по полумостовой схеме, частота 47кГц ( устанавливается при помощи R4 и C4). Диоды VD3-VD6 ультрабыстрые или Шоттки

Возможно применение данного усилителя в машине, с использованием повышающего преобразователя. На той же IR2153, вот схема:

Преобразователь выполнен по схеме Push-Pull. Частота 47кГц. Диоды выпрямительные нужны ультрабыстрые или Шоттки. Расчет трансформатора также можно выполнить в ExcellentIT. Дроссели в обоих схемах "посоветует" сама ExcellentIT, Считать их нужно в программе Drossel. Автор программы тот же - Starichok

Хочу сказать пару слов о IR2153 - блоки питания и преобразователи получаются довольно неплохие, но в микросхеме не предусмотрена стабилизация выходного напряжения и поэтому оно будет меняться в зависимости от напряжения питания, да и просаживаться будет.

Не обязательно использовать IR2153 и вообще импульсные блоки питания. Можно обойтись проще - как в "старину", обычный трансформатор с диодным мостом и огромными емкостями по питанию. Вот так выглядит его схема:

C1 и С4 не менее 4700мкФ, на напряжение не менее 35В. С2 и С3 - керамика или пленка.

Печатные платы

Сейчас у меня имеется такая коллекция плат:
а) основная - ее можно увидеть на фото снизу.
б) слегка измененная первая (основная). Увеличены в ширине все дорожки, силовые намного шире, элементы слегка передвинуты.
в) мостовая схема. Плата отрисована не совсем удачно, но работоспособна
г) первый вариант ПП - первый пробный вариант, не хватает цепи Цобеля, а так собирал, работает. Есть даже фото (снизу)
д) печатная плата от XandR_man - нашел на форуме сайта "Паяльник". Что сказать... Строго схема из даташита. Более того, я своими глазами видел наборы на основе этой печатки!
Кроме того, Вы можете самостоятельно нарисовать плату, если не устраивают предоставленные.

Пайка

После того, как Вы изготовили плату и проверили все детали на исправность, можно приступать к пайке.
Залудите всю плату, а силовые дорожки лудить как можно более толстым слоем припоя
Первыми впаиваются все перемычки (их толщина должна быть как можно больше в силовых участках), а далее все компоненты по увеличению размера. последней впаивается микросхема. Советую не резать ножки, а впаивать такой, какая она есть. Можно потом согнуть ее для удобства посадки на радиатор.

Микросхема защищена от статического электричества, так что можно паять включенным паяльником, сидя даже в шерстяной одежде.

Однако, необходимо паять так, чтобы микросхема не перегревалась. Для надежности можно во время пайки прицепить за одну проушину к радиатору. Можно за две, разницы тут не будет, лишь бы кристалл внутри не перегрелся.

Настройка и первый запуск

После того, как все элементы и провода впаяны, необходим "тестовый запуск". Прикрутите микросхему на радиатор, замкните входной провод с землей. В качестве нагрузки Вы можете подключать будущие колонки, а вообще, чтобы они не "вылетели" за доли секунд при браке или ошибках в монтаже используют мощный резистор в качестве нагрузки. Если же он вылетает, знайте - Вы допустили ошибку, либо вам попался брак (микросхема имеется ввиду). К счастью, такие случаи почти не происходят, в отличие от TDA7293 и прочих, которых в магазине можно набрать кучу из одной партии и как потом выяснится - все они брак. 

Однако, хочу сделать небольшое замечание. Делайте Ваши провода как можно короче. Было такое, что я всего лишь удлинил выходные провода и стал слышать в динамиках гул, похожий на "постоянку". Более того, при включении усилителя из-за "постоянки" динамик выдавал гул, который пропадал через 1-2 секунды. Сейчас у меня из платы выходят провода, максимум 25 см и идут сразу к динамику -  усилитель включается бесшумно и работает без проблем! На входные провода тоже обратите внимание - ставьте экранированный провод, длинным его тоже не не стоит делать. Соблюдайте простые требования и у Вас все получится!

Если ничего не произошло с резистором, отключите питание, прикрепите входные провода к источнику сигнала, подключите Ваши колонки и подавайте питание. В динамиках можно услышать небольшой фон - это говорит о том, усилитель работает! Подайте сигнал и наслаждайтесь звучанием (в том случае если все отлично собрано). Если "хрюкает", "пердит" - посмотрите на питание, на правильность сборки, ибо как выявлено в практике - уж таких "гадких" экземпляров нету, которые при правильной сборке и отличном питании криво работали...

Как выглядит готовый усилитель

Вот серия фотографий, сделанных в декабре 2012. Платы как раз после пайки. Тогда я собирал, чтобы убедиться в работоспособности микросхем.

А вот мой первый усилитель, до сегодняшних дней дожила только плата, все детали ушли на другие схемы, а сама микросхема вышла из строя из-за попадания на него переменного напряжения

Ниже свежие фотографии:

К  сожалению, мой ИБП на стадии изготовления, а запитывал я микросхему раньше от двух одинаковых аккумуляторов и небольшого трансформатора с диодным мостом и небольшими емкостями по питанию, в итоге было  ±25В. Две таких микросхемы с четырьмя колонками от музыкального центра "Sharp" так играли, что даже предметы на столах "танцевали под музыку", окна звенели, да и телом чувствовалась мощность неплохо. Снять этого сейчас не могу, но есть источник питания ±16В, от него до 20Вт на 4 ома можно получить... Вот видео Вам в качестве доказательства, что усилитель абсолютно рабочий!

Благодарности

Огромную благодарность выражаю пользователям форума сайта "Паяльник", а конкретно огромное спасибо пользователю VINS2009 за некоторую помощь, благодарю также DTS, Andrey 69, KRAB и многих другим (извините что Вас не назвал по никам) за честные отзывы, которые подтолкнули меня на сборку данного усилителя. Без всех Вас данная статья могла быть и не написана.

Завершение

Микросхема обладает рядом достоинств, прекрасным звучанием в первую очередь. Многие микросхемы такого класса могут даже уступать по качеству звучания, но это в зависимости от качественной сборки. Плохая сборка - плохое звучание. Подходите к сборке электронных схем серьезно. Крайне не рекомендую паять данный усилитель навесным монтажем - это может только ухудшить звучание, либо привести к самовозбуждению, а в последствии полного выхода из строя.

Я собрал практически всю информацию, которую проверял сам и мог спросить у других людей,которые собирали данный усилитель. Жаль, что у меня не имеется осциллографа - без него мои высказывания о качестве звука ничего не значат... Но я буду и дальше утверждать, что звучит она просто прекрасно! Собиравшие данный усилитель меня поймут!

Если остались вопросы, пишите мне на форум сайта "Паяльник". Здесь отдельная тема по обсуждению усилителей на данной микросхеме, можете спрашивать там.

Надеюсь статья оказалась полезной для Вас. Удачи Вам! С уважением, Юрий.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• УНЧ
• Sprint-Layout