Wzmacniacz mocy m.cz. 2 x 20 W
Przedstawiony w artykule wzmacniacz mocy zbudowany na popularnych układach TDA2005 jest konstrukcją niskonapięciową zasilaną pojedyńczym napięciem zasilającym. Dzięki temu odpadają problemy związane z zasilaniem układu stosunkowo wysokimi napięciami symetrycznymi niezbędnymi w innych podobnych pod względem parametrów konstrukcjach.
Wzmacniacz ten jest w istocie rzeczy jedynie stereofoniczną końcówką mocy pozbawioną odpowiedniego przedwzmacniacza zdolną oddać do obciążenia 2 x 20 W mocy znamionowej. Do jego pełnego wysterowania niezbędny jest sygnał o maksymalnej amplitudzie nie mniejszej niż 500 mV. Konstrukcja wzmacniacza została zaprojektowana w pełnym układzie mostkowym (full bridge application). Dzięki zastosowaniu układów TDA2005 konstrukcja wzmacniacza jest bardzo prosta i może być odwzorowana nawet przez początkujących elektroników, mających już wstępne doświadczenia przy montażu i uruchamianiu prostych układów elektronicznych.
Opis układu
Schemat wzmacniacza (jeden kanał - drugi jest identyczny) jest przedstawiony na rys.1. Wzmacniacz składa się z dwóch odpowiednio połączonych wzmacniaczy operacyjnych dużej mocy znajdujących się wewnątrz układu TDA2005. Rezystory R3, R4, R5, R6, w pętli sprzężenia zwrotnego ustalają wzmocnienie końcówki mocy na 26 dB. W związku z tym do pełnego wysterowania wzmacniacza potrzebny jest sygnał o maksymalnej amplitudzie nie mniejszej niż 0,5V. W związku z tym w niektórych zastosowaniach potrzebny będzie jakiś prosty przedwzmacniacz np. na pojedyńczym wzmacniaczu operacyjnym. Na uwagę zasługuje nietypowy dla większości wzmacniaczy operacyjnych sposób połączenia wejść odwracających i nieodwracających. Otóż wejścia te są spolaryzowane stałoprądowo wewnątrz układu scalonego i nie mogą być już podłączane z zewnątrz do punktów o stałych potencjałach. Stąd właśnie wynika pozornie "dziwne" włączenie kondensatorów C1, C2, C3, C4. Kondensatory te ładują się do odpowiednich napięć dzięki wspomnianym dzielnikom znajdującym się w układzie TDA2005. Również nietypowa pętla sprzężenia zwrotnego jest wynikiem wspomnianej właściwości układu. Przy odwzorowaniu konstrukcji należy pamiętać o tych właściwościach układu aby nie popełnić błędów konstrukcyjnych przy ewentualnych próbach racjonalizatorskich. Kondensatory C5, C6, zapewniają odpowiednie sprzężenie typu bootstrap. Wartość rezystancji R2 nie powinna być modyfikowana ponieważ zarówno jej zwiększenie jak i zmniejszenie powoduje obniżenie maksymalnej mocy wyjściowej. Wartość tej rezystancji jest zoptymalizowana dla maksymalnej mocy wyjściowej. Kondensator C9 powinien mieć nie mniej niż 10 μF w celu zapewnienia stabilnej pracy wzmacniacza. Elementy R7, C7, R8, C8, zabezpieczają układ przed wzbudzeniem się przy podłączonej indukcyjności głośnika. Pojemności C10, C11 filtrują napięcie zasilające które nie może przekraczać wartości 18 V zgodnie z danymi katalogowymi. Czytelnicy którzy zechcą zapoznać się z dokładną notą katalogową układów TDA2005 mogą odwiedzić witrynę internetową autora artykułu pod adresem http://bc107.republika.pl/ , gdzie znajdą szczegółowe dane.
Montaż i uruchomienie
Montaż wzmacniacza rozpoczynamy od wykonania odpowiedniej płytki drukowanej przedstawionej na rys.2. Płytka jest tak zaprojektowana aby można ją było wykonać przy pomocy pisaka "do druku". Jednak polecanym sposobem wykonania jest wykonanie metodą fotochemiczną przy pomocy powszechnie dostępnych w handlu odczynników w aerozolu. Nasza płytka jest przystosowana do montażu dwóch identycznych końcówek mocy, obsługujących kanał lewy i prawy. Rozmieszczenie elementów w obydwu kanałach jest identyczne i zgodne z rozmieszczeniem przedstawionym na rys.3. Montaż rozpoczynamy od wlutowania zwór ZW, a w następnej kolejności pozostałych elementów z wyjątkiem układów scalonych US1. Układy te montujemy na końcu po dopasowaniu montażu mechanicznego na odpowiednim radiatorze. Jako radiator powinniśmy zastosować dość spory żeberkowany profil "kaloryferek" zdolny rozproszyć znaczne straty mocy. Pomiędzy wkładkami radiatorowymi układów a właściwym radiatorem należy zastosować pastę silikonową zmniejszającą rezystancję termiczną połączenia mechanicznego. Po całkowitym zmontowaniu wzmacniacza możemy przystąpić do jego uruchomienia. W pierwszej kolejności ustawiamy potencjometry R1 w środkowym położeniu i sprawdzamy prąd spoczynkowy. W chwili włączenia wzmacniacza pojawia się impuls przetężenia o wartości niewiele ponad 1A, który następnie stabilizuje się po około 3 sekundach na wartości 80 mA. Wartości te są podane dla pojedyńczej końcówki, tak więc w układzie stereofonicznym będą one odpowiednio dwukrotnie większe. Maksymalny pobór prądu przez pojedyńczą końcówkę mocy pracującą przy pełnym wysterowaniu i obciążeniu 4Ω, oraz napięciu zasilania 18 V może dochodzić nawet do 3A. Stąd wynika konieczność dobrego chłodzenia układów. Teraz należy obciążyć na wyjściu nasz wzmacniacz rezystorami 8Ω, 20W i doprowadzić maksymalną wartość sygnału użytecznego do wejścia. Następnie kierując się wskazaniami oscyloskopu korygujemy ustawienie potencjometrów R1 tak aby amplituda sygnału na ślizgaczu R1 nie przekraczała 0,5 V. W zasadzie R1 służy jedynie do jednorazowego ustawienia czułości wejścia wzmacniacza, natomiast regulacja siły głosu powinna odbywać się w układzie współpracującego ze wzmacniaczem przedwzmacniacza.
Propozycje wykorzystania wzmacniacza
Wzmacniacz może być wykorzystany przez początkujących audiofilów do dobrego nagłośnienia pomieszczeń o małej i średniej kubaturze, po uzupełnieniu całości o odpowiedni przedwzmacniacz i zasilacz dostarczający napięcie stabilizowane 18V. Wydajność prądowa zasilacza powinna być nie mniejsza niż 6A. Istnieje również możliwość wykorzystania układu jako samochodowego boostera mocy we wszystkich tych przypadkach kiedy w samochodzie zainstalowany jest radioodtwarzacz samochodowy o niewielkiej mocy wyjściowej rzędu 4 - 8 watów. Należy wtedy na płytce montażowej naszego wzmacniacza mocy w miejscu oznaczonym Rx wlutować dodatkowy rezystor ceramiczny o mocy nie mniej niż 6W i rezystancji 22 - 68 Ω, który będzie stanowił wstępne obciążenie końcówek mocy radioodtwarzacza. Należy bowiem pamiętać że końcówki mocy pozbawione obciążenia lub obciążone wysokimi wartościami impedancji mogą w niektórych przypadkach pracować nieprawidłowo. Regulacja głośności będzie się wtedy odbywać w radioodtwarzacu samochodowym, natomiast nasz wzmacniacz po jednokrotnym ustawieniu jego parametrów nie będzie poddawany żadnym czynnościom regulacyjnym.
Mariusz Janikowski