LaDA2075

Nízkofrekvenční výkonový zesilovač
LaDA2075
Provozní a technické parametry zesilovače:
Výstupní výkon (při THD 1%).......................................25W
Dovolená zátěž................................................................≥4Ω
Zkreslení THD
při P=20W, RL=4Ω, 1KHz..........................0,022%
při P=20W, RL=4Ω, 20KHz............................0,07%
Napájení (viz dále v textu)...........symetrické ±16V až ±30V
Odstup rušivých napětí..................................................83dB
Rozměry.................................................................70x50mm
Modul LaDA2075 vznikl na základě značné obliby modulů založených na obvodech řady
TDA20x0 (A2030), zejména mezi začátečníky. Tyto moduly ať už komerční či nekomerční povahy
se mnohdy vyznačují dle mého názoru ne zcela zdařilým návrhem vlastní desky plošných spojů, ale
i volbou osazených součástek. Až na opravdu vzácné výjimky se jedná o základní katalogové
zapojení. Cílem projektu bylo nabídnout obdobnou konstrukci které by se začátečník nebál
(zůstáváme u IO), která je však zpracována lépe. Pro začátečníky by pak výhodou kvalitní
dokumentace, včetně kompletního seznamu součástek který stačí jen vytisknout a jít na nákup a
nebo zaslat zásilkové službě. Ke komerčním stavebnicím se sice vždy alespoň základní popis
dodává, u internetových amatérských projektů však nebývá běžným zvykem nebo jen omezeně.
Jako základ zesilovače byl zvolen integrovaný obvod LM1875 od National Semiconductor.
Tento obvod oproti některému z konkurenčních obvodů z řady TDA20x0 je parametrově i
poslechově kvalitnější, přitom se zapojuje stejně snadno jelikož je pinově kompatibilní. Díky této
kompatibilitě je tedy možné do desky beze změn (krom napájení) osadit i zmiňované TDA20x0 (až
na TDA2010 a TDA2020 které se již mnoho let nevyrábí a TDA2052 který má jiné pouzdro). Vše
je sice uvedené v dokumentaci od výrobce IO (datasheetech) ale pro snazší orientaci jsou potřebné
údaje o napájení shrnuté v následující tabulce:
Odpovídá
Zatěžovací
Výrobcem doporučené střídavému napětí
Minimální napájecí
Impedance
napájecí napětí pro na transformátoru
napětí [V]
[Ω]
danou impedanci [V]
naprázdno [V]
(zaokrouhleno)
LM1875
4
±8
±25
2 x 18
LM1875
8
±8
±30
2 x 21
TDA2030 (A2030)
4
±6
±14
2 x 10
TDA2030 (A2030)
8
±6
±18
2 x 13
TDA2030A
4
±6
±16
2 x 11
TDA2030A
8
±6
±19
2 x 14
TDA2040
4
±2,5
±16
2 x 11
TDA2040
8
±2,5
±18
2 x 13
TDA2050
4
±4,5
±18
2 x 13
TDA2050
8
±4,5
±22
2 x 16
TDA2051
4
±16
±16
2 x 11
TDA2051
8
±16
±16
2 x 11
Z předchozí tabulky je jasné že obvod LM1875 má ze všech ostatních v tabulce uvedených
obvodů díky dovolenému napájecímu napětí dosažitelný nejvyšší výstupní výkon. Nenechte se
zmást zdánlivě vysokými výstupními výkony na úvodních stranách některých datasheetů a
podívejte se při jakém zkreslení se tyto výkony uvádí. Obvykle při harmonickém zkreslení 10% což
už je zcela mimo poslouchatelné meze. Dalším prostudováním datasheetů (viz odkazy na konci)
zjistíme že i ostatní parametry má tento obvod nejlepší. Parametry však nejsou vše. Finálním
rozhodujícím činitelem jsou však poslechové testy. Tam se pozitivně projevuje celkově modernější
koncepce obvodu a předpoklady do něj vkládané se naplňují.
Vlastní stavba modulu neobsahuje žádné záludnosti, přesto bych si dovolil připomenout
některá základní pravidla na která začínající elektronik pod vlivem nedočkavosti snadno zapomene.
•
Důkladně si zkontrolujte jakou součástku kam dáváte. Pomocí by vám v tom měl být
kvalitní osazovací výkres který je vhodný si vytisknout a mít ho po celou dobu osazování na
stole.
•
Součástky se osazují od nejmenších k největším, tj propojka JP1 (nepovinná), malé rezistory
(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R11, R12), diody (D1, D2), větší rezistory (R7, R8, R9, R10),
malé kondenzátory (C3, C6, C8, C9), faston (nepovinný) Fz umístěný uprostřed desky,
LED, větší kondenzátory (C1, C2, C4, C5, C10, C11) a na závěr tlumivku L1, výstupní
fastony či svorkovnice a IO. Nepodceňujte to, konstrukce obsahuje na střídačku vedle sebe
součástky vysoké i nízké a při nevhodném pořadí osazování se to vymstí.
•
Před zapojením si ZNOVU vše důkladně zkontrolujte, ideálně si před finální kontrolou dejte
pauzu. Člověk má často pocit že už to kontroloval a všechno je v pořádku a někdy se pak
nestačí divit co dokázal přehlédnout.
•
Modul by měl fungovat bez problému na první zapojení, přesto je před uvedením do chodu
vhodné obvod připojit přes omezovací rezistory několik desítek ohmů v napájecích větvích
(a nebo náhradou dvě stejné slabé žárovky) a zkontrolovat si alespoň klidový odběr modulu
(mezi cca 40-100mA podle typu osazeného IO) a napětí na výstupu zesilovače. To by
nemělo být větší než maximálně několik desítek milivoltů (mV), reálně se u několika
měřených modulů pohybovalo nejvýše něco málo přes 1mV. Pokud jste někde udělali chybu
zabrání to nejhoršímu a nebudete muset jít znovu do obchodu pro nové součástky. Taková
několikanásobná kontrola není žádná ostuda, stojí to jen trochu času a může ušetřit peníze i
zklamání.
Výběr součástek
U mnoha lidí převažuje potřeba jednoduchosti a snadné dostupnosti nad potřebou technické
dokonalosti a životnosti. Ne vždy lze tyto zjednodušující úvahy odsoudit. Například pro
začátečníka, který se teprve po malých krůčcích snaží zorientovat ve světě elektronik a neví co je
dobré a co je jen průměrné, může se jevit nutnost objednávat součástky z více obchodů (navíc s
růunými znesnadňujícími faktory) problematická. Proto i těm jsme se snažili vyjít vstříc tím
způsobem, že všechny součástky je možné objednat u jedné firmy která má zastoupení v
Čechách i na Slovensku a z typů které by měly být běžně skladem. Daní za to byla volba některých
součástek od jiných výrobců než bychom si přáli. Například elektrolytické kondenzátory by byly
jistě lepší například Nippon (v ČR distribuuje Ecom s.r.o., na Slovensku mi žádný distributor není
známý) nebo alespoň Samwha a integrovaný obvod též od zaručeného dodavatele (např. RS
components). Ale to bychom nedodrželi onu vstupní podmínku nákupu v jednom obchodě a tak tu
byla alespoň snaha z nabídky uvedeného obchodu vybrat alespoň to lepší z jejich sortimentu. Proto
jsou pozice elektrolytických kondenzátorů ve zpětné vazbě i blokovací v napájecích přívodech
osazené nízkoimpedančními typy. Někomu se to může jevit zbytečné ale jelikož je u nich
předpoklad delší životnosti a lepších vlastností než u standardní řady této jinak nepříliš dobré
značky (Hitano, Jamicon, CapXon či jiné které mají v GM zrovna skladem) a cena není o mnoho
vyšší jeví se to jako akceptovatelné východisko z nouze. Funkčnosti tedy typy zapsané v seznamu
nebrání a tak byly vzorky na ilustračních fotografiích osazené přesně materiálem ze seznamu aby
nedošlo k matení začátečníků, pokud by součástky na fotografii neodpovídaly vzhledově (nebo
dokonce rozměrově) součástkám ze seznamu. Přesto doporučuji si připlatit za značkový materiál se
zaručeným původem.
Seznam součástek
Je psaný pro nákup u jedné firmy (GM Electronic) v ČR i SR tak, aby nebylo nutné
objednávat součástky z více obchodů a z typů které by měly být běžně skladem. Je určený pro dva
moduly (tj stereo) včetně protikusů použitých konektorů (faston 6,3mm), není tedy nutné je kupovat
zvlášť ani není třeba seznam násobit dvěma pro stereo. Seznam obsahuje označení, skladové číslo a
cenu v českých korunách i v eurech (platné k 30.1.2011), nic ale nebrání nakoupit kdekoliv jinde.
Za tímto účelem je nákupní seznam vybavený i odkazy, takže se každý může pohodlně podívat jaká
konkrétní součástka má být na dané pozici osazena (rozměry, rozteč vývodů) a snadněji si tak najít
náhradu u jiného dodavatele.
Protože deska existuje ve dvou variantách (verze s připojovacími konektory faston a
alternativní verze s vývody na šroubovací ARK svorkovnici) existují dva nákupní seznamy – pro
každou variantu jeden. Seznamy jsou ve formátu .RTF a .TXT které lze prohlížet na zcela
libovolném počítači bez nutnosti nainstalovaného jakéhokoliv softwaru krom operačního systému
(dokonce i na holém DOSu nebo mobilu to přečtete). Stačí jen vytisknout a jít na nákup bez
jakýchkoliv úprav, případně seznam odeslat zásilkové službě.
Na seznamu není uvedena pouze cívka L1 kterou je nutné zhotovit. Použít lze lakem
izolovaný drát (CuL) který se používá na vinutí tlumivek, transformátorů, elektromotorů a podobně
o průměru přibližně 1mm. Jeho přesný průměr není podstatný, může být o něco silnější i slabší.
Podstatné je aby to nebyl slabý drát jak od telefonu a nebo zbytečně silné cosi co tam bude pak jen
překážet a kazit vzhled. Není vhodné používat dráty s izolací z PVC. Jednak je to nevzhledné samo
o sobě, jednak při pájení drátu má izolace vlivem tepla tendenci se kroutit, slézat dolů a
rozšklebovat se což opět kazí vzhled. Tímto drátem se tedy navine cívka na trn o průměru 5mm
(například dřík vrtáku nebo hřebík s ubroušeným koncem) přibližně 15 závitů tak, aby začátek i
konec byl na jedné straně a daly se tak snadno zapájet do desky. Je lépe navinout kousek závitu
„přes“ - po sundání cívky z trnu se drát vlivem vlastní pružnosti sám kousíček vrátí a přesah se tak
srovná.
Náhled DPS a popis přípojných konektorů:
SIG IN ............................................... signálový vstup zesilovače
SIG GND .............................................................. signálová zem
Vcc- ............................................................ záporný pól napájení
POW GND …............................................. hlavní výkonová zem
Vcc+ ............................................................. kladný pól napájení
GND OUT …............... výstup zesilovače/přípojka reproduktoru
OUT …......................... výstup zesilovače/přípojka reproduktoru
Konstrukční poznámky
•
•
•
Faston uprostřed desky může v některých případech sloužit jako centrální zemní bod
například při propojování s předzesilovačem nebo pomocným zdrojem stabilizovaného
napětí pro předzesilovač. Výrazně tak může omezit pronikání brumu do signálu vzniklých
nesprávným vedením zemních vodičů. Není však povinný ani všespásný.
Zapojení využívá signálovou zem oddělenou od výkonové. Kdo nevyžaduje či nechce mít
tyto země oddělené může rezistor R4 nahradit drátovou propojkou. Technicky to ničemu
nevadí, oddělené země však mohou často omezit (ne zcela eliminovat) pronikání brumu do
signálu u některých konstrukčních/propojovacích topologií. Je tedy na každém zda ho tam
ponechá či osadí propojku.
Rekuperační diody D1 a D2 slouží k ochraně IO před poškozením v případě, že je na
výstup modulu připojená silně komplexní zátěž (reproduktorové výhybky a podobně). Podle
výrobce obvod LM1875 na rozdíl od starších obvodů TDA20xx má již tuto ochranu
•
•
•
integrovanou a není tedy nezbytně nutné v případě použití tohoto obvodu osazovat. Nevíme
ale jak kvalitní a odolná tato ochrana je a tak případná duplicita neuškodí. Na desce pro tyto
diody stejně musí být pozice právě kvůli obvodům řady TDA20xx které tuto externí ochranu
vyžadují. Pokud budete tyto diody osazovat nemusí to být nutně předepsané BYV27-200
(nebo BYT03-400 Skl.č: 223-060), musí však být rychlá. Běžné univerzální (pomalé) diody
nejsou vyhovující. Napsané diody jsou však z toho co GM Electronic to nejlepší.
Indikační diody (LED) a k nim náležící rezistory R11 a R12 nejsou povinné. Slouží
zejména začátečníkům k indikaci že modul je připojený k napájecímu zdroji a polarita
přibližné napětí zdroje je v pořádku. Do desky lze osadit standardní LED o velikosti od
1,8mm po 5mm dle vkusu (v seznamu součástek je 1x červená a 1x zelená kulatá 5mm).
Hodnota omezovacích rezistorů R11 a R12 předepsaná v seznamu součástek (1K8) je
uvažovaná pro mírný svit LED (12,5mA) při předpokládaném napájecím napětí cca 25V v
každé napájecí větvi. Pokud by však svit LED nebyl vyhovující a nebo by modul byl
napájen výrazně nižším napětím (například +-14V v případě osazení TDA2030/A2030) pak
je vhodné velikost rezistorů R11 a R12 upravit. Kupříkladu pro oněch 14V činí hodnota
předřadných rezistorů pro stejný proud cca 910 ohmů.
Propojka JP1 není pro funkčnost modulu nutná. Pouze propojuje rozlitou stínící plošku
mezi spoji vstupních obvodů a obvodů zpětné vazby. Pokud vám však zbyde odštípnutý
vývod součástky proč tuto plošku nepropojit se zemí když se to samo nabízí?
Napájení
Otázce napájení by měla být věnována alespoň minimální pozornost, zejména ze strany
začátečníků. Proto i když byla zčásti zodpovězena v tabulce výše dovolil bych si pro začátečníky
opět několik základních poznámek:
•
Napájecí napětí – Modul zesilovače je možné napájet libovolným napětím mezi minimální
a doporučenou hodnotou pro danou impedanci v závislosti na osazeném integrovaném
obvodu viz tabulka výše. V tomto rozsahu obvod pracuje správně a v bezpečných mezích ale
nemusí odevzdat plný výkon jakého je schopen. To v reálném provozu může ale ani nemusí
vadit – záleží na použití. Pod minimálním napájecím napětím se nemusí obvod chovat
správně ale většinou vlastnímu obvodu nic nehrozí (může to však vadit připojeným
reproduktorům). Při překročení doporučovaného napájecího napětí může dojít k proudové
limitaci obvodu což není příjemné ani vám zvukově ani reproduktoru a při větším
překročení i k destrukci IO, během které se na výstupu většinou objeví stejnosměrné (ss)
napětí. Protože modul neobsahuje ochranu proti stejnosměrnému napětí na výstupu může
být osudné připojeným reproduktorům které toto nesnáší.
•
Dimenzování transformátoru - Zesilovače pracují s nějakou účinností a nelze proto prostě
jen vzít výstupní výkon zesilovače a shánět stejně výkonné nebo dokonce ještě méně
výkonný transformátor. Zesilovače tohoto druhu mají účinnost přibližně 60% a tuto účinnost
musíme do výběru vhodného transformátoru zahrnout. Není třeba ale nic přesně
vypočítávat, stačí to zjednodušeně odhadnout. Dá se říci že konstruujeme-li zesilovač měl
by mít transformátor výkon alespoň 1,5 násobku součtového výstupního výkonu (model
spořílek), chcete-li být poctivější pak dvojnásobek. Příklad – pokud víme že při maximálním
napájecím napětí dá modul LaDA2075 při nasazení limitace až 25W výstupního výkonu a
máme tyto moduly dva ve stereu, pak celkový výstupní výkon je 2x25W, v součtu tedy 50W.
Tento výstupní výkon vynásobíme 1,5x až 2x a vyjde nám že potřebujeme transformátor
75-100VA (zjednodušeně). Výkonově silnější transformátor (pokud má stále stejné napětí)
nijak nevadí, obvodu to nijak neublíží ale kvalitativně nic navíc už nepřinese. Napětí
uvedené v tabulce výše platí pro dostatečně dimenzované a tvrdé transformátory (rozuměj
takové u kterých napětí se zatížením klesá jen málo – například kvalitní toroidy). Pokud
bude zesilovač napájený z nějakého slabšího transformátoru pak je napětí možno o něco
málo (velmi málo!!!) zvýšit, je to však pouze na vlastní riziko.
•
Filtrační kondenzátory – Zdrojová část je samozřejmě tvořená nejen transformátorem ale i
usměrňovacím můstkem a filtračními kondenzátory. Ty by měly mít pro napájení jednoho
modulu kapacitu alespoň 3300uF (jinak řečeno 3G3) na každou z napájecích větví (tj
kladnou i zápornou) ale samozřejmě je možné dát i více, nijak to neškodí. Pokud se z
jednoho zdroje napájí moduly dva nebo i více je třeba tuto kapacitu vynásobit počtem
modulů. Ideální je požadovanou kapacitu vytvořit buď kvalitními značkovými
kondenzátory, které jsou schopné zátěž snášet značně dlouhou dobu a nebo vyskládáním z
více kusů menších kapacit. Toto je vhodné zejména u horších značek. Zátěž se lépe rozloží
což přispívá k lepším provozním vlastnostem (zmenšuje se ESR což je dobře) a prodlužuje
se životnost. Vyjde to sice o něco málo dráž ale nic co byste si nemohli dovolit. Pro většinu
integrovaných obvodů v tabulce je optimální zvolit kondenzátory na provozní napětí 35V.
Pouze pokud by byly použité IO TDA2030, A2030V nebo TDA2030A je možné použít
kondenzátory na 25V při zachování dostatečné napěťové rezervy. Provoz s napětím blízkým
jmenovitému obecně kondenzátorům příliš neprospívá a u většiny neznačkových
kondenzátorů které se dají dnes běžně koupit to značně zkracuje jejich životnost a
spolehlivost.
•
Nezapomeňte na pojistky alespoň v primáru napájecího transformátoru!
Označení LaDA2075
Častou otázkou je proč má modul označená LaDA2075. Je to velmi prosté – je to složenina
označení integrovaných obvodů které v něm lze použít asi takto:
LM
1875
TDA20xx
-------------------
LaDA2075
Kompletní balík dokumentace obsahuje:
•
•
•
•
Schéma.
Dvě základní verze DPS – pro připojovací konektory faston a ARK svorky.
Ke každé variantě desky jsou podklady ve formátu .PDF pro přímý tisk metodami
nažehlováním, pozitivní a negativní fotocestou.
K oběma základním variantám jsou osazovací schemata jak klasické barevné pro náhled na
monitoru, tak zvětšené upravené v odstínech šedi pro tisk na černobílých tiskárnách pro
pohodlnější osazování. Na této verzi pro tisk je i schema které usnadňuje montáž.
•
•
•
•
•
Seznamy součástek pro nákup v GM Electronic (ČR i SR) pro obě varianty modulu.
Soubor s průměry vrtaných děr (Drill.rtf).
Datasheety k IO které je možné do DPS osadit a k některým dalším
součástkám/konektorům.
Soubor s odkazy na web na všechny samostatné soubory týkající se projektu. Toto slouží k
tomu aby nebylo nutné v případě dotazů či nejasností samostatné soubory či balík někam
znovu uploadovat. Stačí odkázat na patřičný soubor a vznést dotaz.
Tento dokument.
Přiložené soubory:
Všechny soubory zabalené v jediném souboru (RAR 6,3MB)
LaDA2075_Complete.rar
Společné soubory pro obě verze
LaDA2075_Dokumentace.pdf
LaDA2075_Schema.gif
LaDA2075_Drill.rtf
LaDA2075_Links.htm
Soubory pro verzi s konektory faston
LaDA2075_Osazovak_Faston_BWPrint.pdf
LaDA2075_Nakup_GM_Faston.rtf
LaDA2075_Osazovak_Faston.gif
LaDA2075_PredlohaDPS_Faston.pdf
LaDA2075_PredlohaDPS_Faston_Mirrored.pdf
LaDA2075_PredlohaDPS_Faston_Mirrored_Inverted.pdf
Soubory pro verzi se svorkovnicí ARK
LaDA2075_Osazovak_SvorkovniceARK_BWPrint.pdf
LaDA2075_Nakup_GM_SvorkovniceARK.rtf
LaDA2075_Osazovak_SvorkovniceARK.gif
LaDA2075_PredlohaDPS_SvorkovniceARK.pdf
LaDA2075_PredlohaDPS_SvorkovniceARK_Mirrored.pdf
LaDA2075_PredlohaDPS_SvorkovniceARK_Mirrored_Inverted.pdf
Alternativní soubory
LaDA2075_Drill.txt
LaDA2075_Links.txt
LaDA2075_Schema.spl
LaDA2075_Nakup_GM_Faston.txt
LaDA2075_Nakup_GM_SvorkovniceARK.txt
Datasheety
LM1875.pdf
TDA2030.pdf
TDA2030A.pdf
TDA2040.pdf
TDA2050.pdf
TDA2051.pdf
BYV27-200.pdf
BYT03-400.pdf
ARK825A.pdf
Faston_6,3mm.jpg
spáchal:
Ondřej Tyrichter
alias Thales
thales @ email.cz