Усилитель на микросхеме TA8201AK

Характеристики, типовая схема включения, даташит

Микросхема TA8201AK – это одноканальный мостовой усилитель звуковой частоты (BTL) с однополярным питанием. Микросхема изготовлена по биполярной технологии, имеет 7-ми выводной корпус HSIP7-P-2,54B.

• Даташит на микросхему TA8201AK можно скачать по ссылке (.pdf).

Основные сведения.

На базе данной микросхемы можно собрать простой монофонический усилитель небольшой мощности, например, для озвучивания комнаты. Прекрасно подойдёт в качестве усилителя для сборки телевизора из старого ЖК-монитора и DVB-T2 приставки.

Давайте изучим данную микросхему на практике – соберём тестовый усилитель на макетке, а в процессе изучения будем опираться на данные из даташита.

Типовая схема усилителя на микросхеме TA8201AK, приведённая в даташите, выглядит следующим образом.

Усилитель можно быстро собрать на "хлебной доске", благо обвязки много не потребуется.

Так как под рукой был герметичный свинцово-кислотный аккумулятор на 12V, то запитать собранное устройство решил от него.

Электролитические конденсаторы C1, C2, C3 и C5 необходимо подбирать с рабочим напряжением в зависимости от подводимого к усилителю напряжения питания V_CC. Так, если планируется питать усилитель напряжением 18V, то рабочее напряжение всех перечисленных конденсаторов должно быть 25V.

Если в качестве источника питания будет использоваться 12-ти вольтовый аккумулятор, то конденсаторы можно использовать на 16V. В любом случае, электролитические конденсаторы должны быть с запасом по рабочему напряжению.

Если вместо сетевого источника питания (например, адаптера на 12V или самодельного блока питания) планируется использовать аккумулятор, то ёмкость конденсатора C5 может быть меньше (330...470 мкФ), так как в таком случае нет необходимости в фильтрации пульсаций напряжения.

Конденсатор C1 – блокировочный по постоянному току.

Если вы ещё застали советские кинескопные телевизоры (типа "Фотон – 234"), то, возможно, помните, какой специфический булькающий "хлопок" раздавался из динамика телевизора при его включении. Это так называемый "Pop-Noise". Меня это всегда раздражало, так как казалось, что с телевизором что-то не так.

В микросхеме TA8201AK реализована схема подавления хлопка и завязана она на работу предусилителя (Pre-Amp), а конденсатор C3 участвует в этом. Поэтому раздражающего хлопка при включении/выключении усилителя вы не услышите.

При сборке данной схемы у начинающих электронщиков частенько возникает вопрос, куда же подключать минус питания, ведь на схеме явно указан только положительный вывод (6, V_CC).

Дело в том, что на схеме отрицательная шина питания (так называемый "общий провод") указан специальным условным обозначением (GND, Ground – "Земля"). Выглядит это так.

Если мысленно соединить все эти обозначения на принципиальной схеме одной линией, то можно убедиться в том, что получившийся проводник действительно будет общим для всей схемы.

Более подробно про чтение принципиальных схем я рассказывал здесь.

Таким образом, чтобы схема заработала, необходимо соединить вывод 4 (GND) с минусовыми выводами конденсаторов C2, C3, C5, а также со свободными выводами конденсаторов C4 (их здесь два одинаковых). К этому общему проводу и нужно подключить провод от минусовой клеммы источника питания или аккумулятора.

Также этот провод подключается к общему контакту входного разъёма 3,5-jack, через который мы будем подавать звуковой сигнал на вход усилителя IN.

Усилитель рассчитан на работу с динамической головкой или акустической системой сопротивлением 4 Ома (Ω). На схеме нагрузка, которой может быть громкоговоритель или акустическая колонка, изображена в виде прямоугольника с надписью R_L и подключается к 5 и 7 выводу микросхемы.

Можно использовать динамики и на 2 Ома, но тогда микросхема будет сильно перегреваться и скорее всего при длительной эксплуатации сгорит. Об этом можно судить по графику "P_D - P_OUT". На нём кривая (R_L = 2Ω) на выходной мощности около 8W выходит за пределы максимальной мощности рассеивания (P_{D (MAX)}), которая равна 15W. Безопаснее всего эксплуатировать микросхему с нагрузкой 3...4 Ома.

В процессе работы микросхема усилителя ощутимо нагревается даже при небольших нагрузках, поэтому её обязательно устанавливаем на охлаждающий радиатор. Для уменьшения теплового сопротивления между микросхемой и радиатором следует применить теплопроводную пасту КПТ-8 или аналогичную.

Низкоомные резисторы R и конденсаторы C4 необходимы для предотвращения самовозбуждения усилителя. Их установка обязательна. Такую цепь из последовательно включенного резистора и конденсатора также называют цепочкой Буше-Цобеля («Boucherot cell» или «Zobel network»).

Сопротивление резисторов R может быть 2...2,2 Ома, а ёмкость конденсаторов C4 может несколько отличаться. В тестовой схеме я устанавливал конденсаторы на 0,1 мкФ. На работу усилителя это не повлияло. Но, в даташите указано, что при ёмкости С4 менее 0,15 мкФ схема станет более подвержена самовозбуждению. Также рекомендуется использовать конденсаторы из полиэфирной плёнки, которые более термостабильны.

Естественно, для сборки схемы подойдут и широко распространённые металлоплёночные конденсаторы (например, полипропиленовые). Я же взял конденсаторы с платы импортного кинескопного телевизора, который отслужил своё и был разобран на детали.

Далее на видео показана работа тестового усилителя на TA8201AK, собранного по схеме из даташита.

В типовую схему усилителя можно внести несколько изменений и дополнений.

Усилитель можно дополнить регулятором громкости. Для этого подойдёт переменный резистор на 50 кОм. Желательно, чтобы он был с показательной (обратно-логарифмической) функциональной характеристикой (импортные имеют букву «А» в маркировке, а отечественные «B»). Тему, почему надо делать именно так, я кратко затрагивал в материале про параметры переменных резисторов.

Переменный резистор подключаем согласно схеме.

Чтобы усилитель "не гудел" от прикосновения пальцев к металлической ручке регулятора громкости, защитную крышку переменного резистора надо "заземлить" – подключить её к общему проводу схемы. Так, наведённая помеха с вашего тела уйдёт на "землю" и не попадёт в усилительный тракт.

Сделать это можно с помощью небольшой перемычки из провода.

Отмечу, что левый контакт переменного резистора нужно подключать к общему проводу, а правый к разъёму, на который будет подаваться аудиосигнал. Так регулировка громкости будет осуществляться поворотом ручки регулятора слева направо по часовой стрелке. Если сделать всё наоборот, то прибавлять громкость придётся неестественным образом справа налево против часовой стрелки.

В качестве источника сигнала может применяться портативный MP3-плеер или смартфон, оснащённый 3,5 мм. аудио гнездом для подключения наушников. В таком случае, в качестве входного разъёма необходимо применить штекер TRS 3,5 mm. (он же mini-jack 3,5 mm.).

Видео работы усилителя с пассивным регулятором громкости и индикатором подачи питания на светодиоде.

Конструкция микросхемы позволяет уменьшить коэффициент усиления по напряжению G_V со стандартных 54 децибел (dB) до 40 dB. Это уменьшит чувствительность усилителя и шумы (V_no), но в даташите рекомендуется подходить к этому обдуманно, так как это может привести к самовозбуждению усилителя.

Доработка производится добавлением резистора R_f сопротивлением 560 Ом, как показано на схеме – между 2 выводом микросхемы и положительной обкладкой конденсатора C2 (C_NF). Кроме этого потребуется установка конденсаторов C1, C2 меньшей ёмкости: С1 (C_NF) – 3,3 мкФ, С2 (C_NF) – 33 мкФ.

Также по желанию усилитель можно оснастить выключателем и индикатором подачи питания на светодиоде.

Усилитель нельзя назвать мощным, хотя в документации указана выходная мощность 14...17W при напряжении питания от 13,2 до 14,4V и типовой нагрузке в 4 Ома.

Дело в том, что уровень выходной мощности указан при коэффициенте гармонических искажений (THD) в 10%, что довольно много. Воспроизводимый звук на слух будет ощущаться как довольно неприятный, хриповатый с посторонними призвуками.

И хотя реальную мощность усилителей звуковой частоты считают при уровне THD в 10%, но на практике вы вряд ли будете в восторге от такого звуковоспроизведения, хотя сам усилитель сможет выдавать заявленную мощность длительное время без ущерба для своей работоспособности. Можно сказать, что это максимальная мощность усилителя.

Судя по графику "THD - P_OUT" наиболее "чистый" звук от микросхемы TA8201AK можно получить лишь при выходной мощности 1...2W. При её увеличении искажения будут ощутимо нарастать, что видно по кривым графика.

Надо отметить, что график имеет три кривые для разных частот (100Hz, 1kHz и 10kHz). Обычно THD указывается для стандартной частоты в 1000 Гц (1kHz). Здесь же за счёт дополнительных кривых показано, что на высоких частотах уровень гармонических искажений заметно выше. Для частоты 10000 Гц (10kHz) уровень THD находится в районе 0,4%.

Чтобы уменьшить гармонические искажения нужно поднять питающее напряжение. Следующий график из даташита это наглядно показывает. При минимальном напряжении питания V_CC = 9V уровень THD составит 0,1% уже при выходной мощности 1W, тогда как при напряжении 16V и выходной мощности 10W всего лишь 0,2%.

Если верить умным книжкам, то искажения становятся заметны на слух при уровне 3...5%, тогда наш усилитель можно смело эксплуатировать на мощности вплоть до 10W (V_CC = 13.2V, R_L = 4Ω).

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Какие бывают переменные резисторы?

• Как правильно соединять динамики?