УЗЧ на К174УН14 (TDA2003)

Просматривая внутреннюю схемотехнику широко распространённой недорогой микросхемы К174УН14 (или её зарубежного аналога TDA2003), например,  можно вывести самое простое включение микросхемы - рис. 1 и, памятуя об особенностях эксплуатации этой ИМС, разработать печатную плату - рис. 2(расположение деталей на монтажной плате - рис. 3).Монтажная плата выполнена с запасом для монтажа внутри отрезка металлической трубы прямоугольного сечения (здесь: 35x35 мм) с крышками (отрезок трубы ставится вертикально), на внутреннюю поверхность боковой стенки которого, с помощью винта М3 (“впотай"), гайки и шайб, одна из которых - пружинная,с использованием термопроводящей пасты (например,КПТ-8) крепится язычок ИМС DA1, т.е, сам импровизированный корпус УЗЧ является и радиатором для отвода тепла. Также на стенки импровизированного корпуса крепятся по месту: регулятор громкости Ftp, гнёзда для подачи питания Un и входа подачи сигнала наУЗЧ и выхода на динамическую головку ВА1. Возможен варианте креплением малогабаритной головки ВА1 на верхнюю крышку корпуса, превращающий УЗЧ в переносный звуковоспроизводящий “кубик". Плата внутри кубика может быть закреплена: пайкой, если материал трубы позволяет это сделать, с помощью небольших угольничков и винтов “впотай" с гайками (по месту просверлив плату справа и слева от гнезда ввода питания), в принципе, достаточно и одного винтового крепления DA1 и соединений с гнёздами входа и выхода УЗЧ, регулятора громкости и гнёзд питания жёсткими проводниками - плата будет прочно держаться внутри корпуса. При наличии трубы других размеров,плату можно немного подрезать по периметру или, наоборот, предусмотреть большие размеры платы, при её изготовлении. Корпус можно выполнить оригинальным, разместив плату в отрезке трубы круглого сечения (опилив плату по окружности) или свернуть корпус из подходящего куска металла. Корпус из фольгированного стеклотекстолита тоже можно соорудить (спаять), но это нежелательно, так как не будет возможности отводить тепло от корпуса DA1 во внешнюю среду.Корпус следует соединить с общим проводом УЗЧ гальванически, т.е., непосредственно, или, в противном случае, использовать подключаемое к нему заземление,хотя и в первом случае хорошее заземление, при проблемах наводок, - не помешает. “Внутреннюю” регулировку усиления ИМС можно выполнить, включив в разрыв цепи “С2 - общий провод” переменный резистор.

Рис. 1. УЗЧ на К174УН14 (TDA2003).
Схема принципиальная электрическая.

Рис. 2. Эскиз монтажной платы УЗЧ. Вид со стороны печатных
проводников. Размер платы 35x35x1,0... 1,5 мм.

Рис. 3. Эскиз монтажной платы УЗЧ. Вид со стороны
установки деталей.

При использовании низкоомной нагрузки (например, 2 Ом), ёмкость конденсатора СЗ следует увеличить до 1000 мкФ, ёмкость развязывающего по питанию конденсатора С6 не должна быть меньше ёмкости СЗ, по крайней мере, - они должны быть равны. Рабочие напряжения оксидных конденсаторов должны быть не менее напряжения источника питания (лучше, - с запасом). Конденсатор С1 лучше заменить на неполярный, при этом уменьшатся создаваемые им, при прохождении тока, специфические шумы, отпадёт необходимость в замене его по истечении некоторого времени из-за высыхания электролита внутри конденсатора,будет стабильной частотная характеристика УЗЧ.Внутри микросхемы DA1 имеется резистор [2], определяющий отрицательную обратную связь по постоянному току с выхода ИМС на инвертирующий вход, узел которого подобен эмиттерной цепи биполярного транзистора, усиление по переменному току здесь можно регулировать шунтированием на общий провод резистора эмиттерной нагрузки конденсатором. Что и осуществлено с помощью С2 на рис. 1. Поскольку рассмотренная выше схема отличается от типовой рекомендуемой и не содержит внутренних средств регулировки усиления (например, через ООС) и борьбы с возможным самовозбуждением, упомянем и типовую схему - рис. 4. Э скиз монтажной платы и расположение деталей для этого варианта усилителя приведены на рис. 5 и рис. 6, соответственно.Типовая схема включения ИМС немного видоизменена с целью улучшения эксплуатационных характеристик УЗЧ. Так, конденсатор С2 блокирует поступление радиочастотных помех на вход ИМС, цепь R1С5 устанавливается только в случае возникновения неустранимого самовозбуждения ИМС на ультразвуковых частотах, делитель R3/R4 перенесён за конденсатор СЗ - теперь он не нагружает выход ИМС по постоянному току, что снижает потребление усилителем в режиме молчания и уменьшает нагрев транзистора парафазного выходного каскада микросхемы DA1,однако, практически, не влияет на степень отрицательной обратной связи по переменному току через довольно большие ёмкости конденсаторов СЗ и С4. Цепь C6R2 лучше выполняет свои ф ункции подавления нежелательных колебаний в ультразвуковом диапазоне и уравнивания сопротивления нагрузки тогда, когда она подклю чена именно непосредственно к выходу ИМС.

Рис. 4. Монофонический УЗЧ на ИМС К174УН14(TDA2003). Видоизменённая типовая принципиальная
электрическая схема.

Рис. 5. Эскиз монтажной платы монофонического УЗЧ. Вид со стороны
проводников. Размеры платы: 40x35x1,5 мм.

Рис. 6. Эскиз монтажной платы монофонического
УЗЧ. Вид со стороны установки деталей.

Поскольку в стерео-системах имеются два одинаковых канала, для такого усилителя следует изготовить два одинаковых УЗЧ, описанных выше. Для стерео-усилителя можно установить общий радиатор для ИМС, которые допускаю т эксплуатацию без радиатора, только в малосигнальном варианте с низким напряжением питания (до 9 В). Радиаторы можно выполнить из листового алюминия толщиной 1 ...2 мм. Если у Вас имеются акустические системы (АС), и Вы хотите изготовить усилитель помощнее, и не очень сложный, на основе выше упомянутых микросхем, то его можно изготовить по следующей, так называемой “мостовой”схеме - рис. 7, тем более, что при этом можно использовать относительно низковольтный источник питания, эскиз монтажной платы усилителя и расположение деталей на ней - рис. 8 и рис. 9, соответственно.

Рис. 7. Мостовой УЗЧ с применением ИМС К174УН14
(TDA2003). Схема принципиальная электрическая.

Рис. 8. Эскиз монтажной платы мостового УЗЧ на ИМС К174УН14 (TDA2003). Вид со стороны проводников.
Размеры платы: 65x42,5x1,5 мм.

Рис. 9. Эскиз монтажной платы мостового УЗЧ на ИМС
К174УН14 (TDA2003). Вид со стороны установки деталей.

Если у Вас имеются акустические системы (АС), и Вы хотите изготовить усилитель помощнее, и не очень сложный, на основе выше упомянутых микросхем, то его можно изготовить по следующей, так называемой “мостовой”схеме - рис. 7, тем более, что при этом можно использовать относительно низковольтный источник питания, эскиз монтажной платы усилителя и расположение деталей на ней - рис. 8 и рис. 9, соответственно. Для работы мостового усилителя необходимо иметь два канала со сдвинутыми на 180 градусов по фазе одинаковыми сигналами,подключаемыми к общей нагрузке, однако, отдельного (внешнего) фазовращателя входного сигнала здесь не нужно, поскольку один из операционных усилителей (ОУ),коим и является DA1, включен по схеме неинвертирующего усиления, другой - инвертирующего. Проследим путь сигнала по схеме рис. 7: входной сигнал с движка регулятора усиления (громкости) Rp через переходной конденсатор С1 поступает на неинвертирующий вход ИМС DA1(вывод 1), конденсатор С2 используется для устранения радиопомех (сигналы с радиочастотами замыкаются на общий провод усилителя, в то время как более низкочастотные сигналы - звуковые, проходят на вход усилителя DA1 без ослабления). Не вдаваясь в подробности внутренней схемотехники ИМС, представим, что входной 3 4 сигнал подаётся на базу биполярного транзистора (здесь: вывод 1 DA1), а с его эмиттера (т.е, в одинаковой с входным сигналом фазе) сигнал подаётся через инвертирующий вход ИМС DA1 (здесь: вывод 2) на инвертирующий вход другой ИМС - ОУ DA2 (вывод 2). Цепь C3R1 служит для устранения гальванической связи между входами ИМС, СЗ - для передачи переменного тока, a R1 - для выравнивания входных напряжений на входе обоих каналов мостового усилителя. Здесь следует заметить, что обе микросхемы теперь работают в противофазе относительно выходной нагрузки - динамической головки ВА1, когда на выходе, например, DA1 - положительная полуволна, на выходе DA2 - отрицательная, что, в пределе, способствует получению размаха амплитуды выходного сигнала, равного напряжению питания (для сравнения: в обычной не мостовой схеме двойная амплитуда выходного напряжения может достигать только половины напряжения питания). Стабилизация усиления интегральных ОУ К174УН14 (TDA2003) обеспечивается через резисторы ООС, входящие в состав микросхем (их номинал можно измерить мультиметром между выводами 4 и 2 микросхем, не впаянных в схему, и составляет примерно 20 кОм: у трёх экземпляров ИМС сопротивление составило 18,8,19,3 и 19,0 кОм - этот разброс скажется на усилении микросхем по постоянному то ку-о д и н из критериев подбора одинаковых микросхем в пару для работы в мостовом УЗЧ). Отсюда усиление по постоянному току ИМС ограничено величиной, примерно,26 дБ и фиксировано, а вот по переменному току, путём манипуляций с величиной ёмкости на инвертирующем выводе относительно общего провода, усиление может изменяться в довольно широких пределах (эквивалентно шунтированию конденсатором эмиттерного резистора в усилителе на биполярном транзисторе в схеме с общим эмиттером). Итак, усиливаемый сигнал поступил через цепочку C3R1 на инвертирующий вход ОУ DA2. Неинвертирующий вход DA2, при этом, блокируется на общий провод конденсатором С4 (эквивалентно подключению С4 между базой транзистора и общим проводом, т.е, получается схема усилителя на биполярном транзисторе с общей базой. Усиленные микросхемными ОУ сигналы проходят на выводы 4 DA1 и DA2, далее, ультразвукочастотные колебания проходят через конденсаторы малой ёмкости С5 и С6, их мощности рассеиваются на нагрузочных резисторах R2 и R3, соответственно. Усиленные 3 4 колебания подводятся в противофазе к нагрузке УЗЧ - динамической головке ВА1.ОУ DA1 и DA2 питаются от общего однополярного источника питания(лучше - стабилизированного) напряжением 6...15 В (и с запасом по току) до 5 А, хотя, в малосигнальном применении, возможны и менее мощные источники. Конденсаторы С7, С8, С9 и С Ю - развязка по питанию. Частотная характеристика описываемых УЗЧ стандартная для типовых схем: нижняя граница - 20...40 Гц, верхняя - 20000...40000 Гц и зависят от ёмкостей, применённых разделительных (последовательных) конденсаторов и развязывающих как по питанию, так и в сигнальных цепях (параллельных). Следует отметить, что, не имея АС, воспроизводящих нижние частоты звукового диапазона, рассчитывать на их воспроизведение опрометчиво: заставить малогабаритные системы работать как полноразмерные не способен ни один УЗЧ, какой бы кривой (с экстремальным подъёмом в области НЧ) ни была у него АЧХ... Лучшими следует считать также АС, в состав которых входят "чувствительные” динамические головки, т.е., головки с максимальным КПД, позволяющие достигнуть требуемой акустической мощности “малой кровью” - минимальной выходной мощностью УЗЧ, при которой и искажения "электрической” части усилителя минимальны.Выводы сигнальные и питания на плате мостового УЗЧ (рис. 7...9) разъединены по двум причинам: так удобнее выполнять конфигурацию печатных проводников и, главное, все одноимённые провода усилителя от платы сводятся в одной точке и припаиваются к соответствующим контактам, при сложной электромагнитной обстановке в месте работы УЗЧ, все провода одного порта складываются в один ж гут (4 провода) и им производится намотка на ферритовых кольцах или трубках, которые размещаются как можно ближе к плате УЗЧ, в его корпусе.
Виктор Беседин г. Тюмень