Что такое мостовая схема усилителя. Мостовой усилитель мощности звуковой частоты

Ну вот да - не сошлось у нас сейчас номер части и количество каналов - что уж тут поделаешь.
Теперь мы поговорим о 4-х канальных усилителях. В массе своей, они применяются для автомобильного использования, но, в принципе, ничто не мешает использовать их и дома - характеристики у них вполне приличные, особенно у последнего поколения.
Начнем с TDA7560 , производства SGS-Thomson . Как обычно - это мостовой усилитель класса АВ со всевозможнейшими защитами, функциями Mute и StanBy , а так же, как вы увидите на схеме - практически полным отсутствием навесных элементов.
Ну и еще эта микросхема замечательно работает на нагрузку в 2 Ома.

Схема включения:

То есть фактически, вы берете микросхему, присобачиваете к ней входы-выходы, и уже все работает. Сказка.
Выпускается это создание в корпусе Flexiwatt25 - опять же с полудырками по бокам.

Следующий наш пациент - микросхема TDA8571J от Philips Semiconductors . С этим усилителем товарищи решили повыпендриваться и сделали его мостовым, как и все, но при этом - класса В. А в остальном, как обычно - полный набор защит выхода и температурная защита. Причем, как и у прошлого препариуемого - навесных элементов практически не требуется.

Основные характеристики следующие:

Схема включения:

А усилок то - голый.
Ну если только заходите что на вход Mute повесить. Все это щасте в корпусе SOT411-1 , опять же с полудырками по бокам.

Все - по последней и хватит.
На этот раз последним будет усилитель TDA8591 все той же Philips Semiconductors. По своим характеристикам она похожа на предыдущего оратора, однако умеет работать с 2-х Омной нагрузкой и несколько мощнее. Плюс, у нее есть довольно хитрая схема обнаружения постоянного напряжения на выходе.

Основные характеристики следующие:

Схема включения:

Ну в общем, особо страшного ничего, надо только учесть, что для работы усилителя кнопку S1 необходимо замкнуть. Иначе он будет партизански молчать.
Что касается схемы обнаружения постоянного напряжения на выходе, то если она вам не нужна - можно выкинуть чуть ли не половину пассивных компонентов из схемы. Перечислим этих героев поименно: R1-R6, C14 . А 26 вывод микросхемы подключаем к общему проводу.

Ну вот, пока и все. Разумеется, тему Бриджампов мы на этом не заканчиваем - фактически, мы её только начали.

Принципиальная схема мощного мостового усилителя мощности ЗЧ на микросхеме TDA2005, выход 20 Ватт на нагрузке 4 Ома. Микросхема типа TDA2005 весьма устаревшая микросхема интегрального УНЧ. Но, тем не менее, именно благодаря устарелости, её зачастую можно приобрести по очень невысокой цене. К тому же, у многих она может быть в старых запасах.

По сравнению с современными ИМС УМЗЧ TDA2005 конечно проигрывает в сложности схемы, потому что требует значительного количества навесных деталей. Но по параметрам идет вполне себе «ноздря в ноздрю» и с более современными.

Однажды автору пришлось ремонтировать старенький музыкальный центр непонятного еще индийского производства. Задача была поставлена не столько восстановить работоспособность, сколько сделать из данного аппарата что-то вроде активной акустической системы для работы с персональным компьютером.

Собственный УНЧ был неисправен, и не было никакого желания заниматься его восстановлением, так как и «при жизни» в нем было мало чего выдающегося. Решено было заменить УНЧ на два модуля на микросхемах TDA2005, поскольку таковые уже давно лежали без дела. При этом, увеличить мощность, повысить качество звука.

Конечно, это повлекло за собой и изменения в источнике питания, - но это другая тема.

Принципиальная схема

Рис.1. Принципиальная схема мостового усилителя мощности ЗЧ на микросхеме TDA2005, 20 Ватт при нагрузке 4 Ома.

Схема одного из каналов УНЧ показана на рисунке 1. Второй канал точно такой же. УНЧ микросхемы включены мостом для получения большей мощности и лучшего качества воспроизведения НЧ.

По такой схеме, при напряжении питания 14V усилитель обладает следующими характеристиками:

• Мощность при сопротивлении акустической системы 4 Ом - 20W.
• При мощности 4 W на нагрузке 4 Ом КНИ не более - 0,2%.
• Диапазон рабочих частот 20-20000 Гц.
• Чувствительность входа 200 mV.
• Рабочее напряжение питания в пределах от 8 до 18 V.
• Ток потребления при максимальной мощности 3,5 А (одного канала).

Входной сигнал проступает через резистор регулятор громкости R1. На схеме он показан, но на печатной плате его нет, так как он есть на передней панели музыкального центра.

Резистор R2 в принципе можно не устанавливать, его задача в том чтобы уровнять стереоканалы по усилению если это необходимо. Кроме того, его можно заменить переменным для регулировки стереобаланса.

Цепь R3-C2 очень полезна, если данный усилитель будет работать с цифровым источником сигнала, например, с выходом звуковой карты персонального компьютера. Эта цепь представляет собой простейший пассивный фильтр ВЧ, который подавляет ВЧ помехи от работы цифро-аналогового преобразователя цифрового источника сигнала.

Вывод 3 микросхемы А1 - это блокировка. В данном случае он используется для плавного пуска микросхемы, чтобы не было броска тока при включении через акустическую систему. Цепь R5-C9 несколько задерживает подключение выхода УНЧ, после того как подается питание.

Как уже сказано, напряжение питания может быть от 8 до 18V. При этом, желательно чтобы все конденсаторы были на напряжение не ниже полтора от напряжения питания. В этой схеме все электролитические конденсаторы на 25V.

Печатная плата и монтаж

Монтаж выполнен на компактной печатной плате (рис.2). Рисунок печатных дорожек показан, как если смотреть на дорожки. Если предполагается делать плату фотоспособом или «лазерным утюгом», этот рисунок нужно будет сделать зеркальным (это можно сделать со скана в любом графическом редакторе).

Рис. 2. Печатная плата для схемы мостового усилителя мощности с микросхемой TDA2005.

Но, на мой взгляд, такую простую разводку можно нарисовать и вручную -перманентным маркером. Микросхеме для работы необходим радиатор. Даже временно включать без радиатора не рекомендую. Эту плату УНЧ можно использовать и по другому назначению, не только как ремонтный модуль, но и как автомобильный УНЧ.

Транзисторы широкого применения большой мощности, например, типа КТ903 и КТ812 с различными буквенными индексами могут обеспечить выходную мощность бестрансформаторного каскада до 100-120 Вт. Дальнейшее увеличение выходной мощности требует параллельного включения двух или трех однотипных транзисторов или применения принудительного воздушного охлаждения теплоотводов. Все это усложняет конструкцию и эксплуатацию усилителей.

Давно известен способ увеличения выходной мощности усилителей, заключающийся в использовании двух идентичных усилителей мощности, включенных таким образом, что входной сигнал подается на их входы в виде двух колебаний, равных по амплитуде, но противоположных по знаку, а нагрузка включается непосредственно между выходами усилителей. Такие усилители называются балансными мостовыми. В разные годы на страницах радиолюбительских журналов СССР, ГДР, Польши и других стран появлялись описания подобных усилителей, правда, на мощность не более 10 Вт.

На рисунке приведена принципиальная схема балансного мостового усилителя мощности низкой частоты на 250 Вт при коэффициенте гармонических искажений около 2% в полосе частот от 30 Гц до 16 кГц. Основой конструкции являются два идентичных усилителя низкой частоты (А и Б), собранные на биполярных кремниевых транзисторах. Устройство защиты оконечных транзисторов и дифференциальный входной каскад отсутствуют. Изменение фазы входного сигнала, поступающего к гнезду Гн1, производится с помощью фазоинвертора на транзисторе Т8, собранного по схеме с разделенной нагрузкой. Коэффициент передачи такого каскада для коллекторной нагрузки равен -1, для эмиттерной +1. Это значит, что напряжения сигнала, подаваемые с выходов каскада на транзисторе Т8, равны по амплитуде, но противоположны по знаку, что и требуется для нормальной работы усилителя по мостовой схеме. Источник питания (общий для усилителей А и Б) выполнен по двухполупериодной схеме на понижающем трансформаторе Тр1 и двух диодах Д1, Д2. Фильтрующая цепь состоит из трех электролитических конденсаторов 2500 мкФх100 В, включенных параллельно. Сопротивление нагрузки 12-15 Ом. Нагрузка включается непосредственно между выходами обоих усилителей. Повторение конструкции возможно при использовании отечественных кремниевых высоковольтных транзисторов типа КТ626В (Т1), КТ801А (Т3), КТ312А (Т2), КТ802А (Т4), КТ903А (Т6, Т7), КТ626В (Т5). Диоды Д1 и Д2 должны быть рассчитаны на ток до 10 А, например, типа Д242Б. Все электролитические конденсаторы, кроме С1, могут быть на рабочее напряжение 60 В. ТрансформаторТр1 имеет сердечник Ш50х70. Первичная обмотка содержит 218 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,1 мм, вторичная – 120 витковс отводом от середины, проводом ПЭВ-2 диаметром 1,9 мм.

Для обеспечения нормальной работы усилителя транзисторы Т3-Т7 должны иметь эффективные теплоотводы. Можно применить простейшие пластинчатые теплоотводы из листового черненого дюралюминия. Размеры теплоотводов, как указано в первоисточниках, должны быть следующими: для транзисторов Т6 и Т7 – 3х160х160 мм; для транзисторов Т4 и Т5 – 2х60х60 мм; для транзистора Т2 – 2х15х15 мм. Если в качестве Т2 применить транзистор КТ602А, то дополнительного теплоотвода не потребуется.

Налаживание собранного усилителя начинают с проверки монтажа и соединений. Затем включают питание и устанавливают режимы работы каждого из каналов усилителя в отдельности при отключенном сигнале и нагрузке. Сначала переменным резистором R 9 устанавливают ток, потребляемый каналом Б, равный 60 мА. Далее переменным резистором R 5 добиваются того, чтобы постоянное напряжение на выходе канала Б было 30 В. Потом аналогичные операции производят с каналом А.

Затем включают нагрузку и замеряют постоянное напряжение на ней. Допускается, чтобы это напряжение было не более ±0,3 В. В противном случае переменным резистором R5 каналов А и Б вновь производят коррекцию так, чтобы постоянное напряжение на нагрузке вошло в норму. И только после этого можно испытывать усилитель с источником сигнала.

Конечно, в большинстве случаев любительской практики выходная мощность 250 Вт не требуется. Но описанный выше принцип построения балансных мостовых усилителей мощности низкой частоты может оказаться полезным при создании усилителей меньшей мощности (на 40-50 Вт) на базе двух усилителей малой мощности. Необходимо только, чтобы оба исходных усилителя были одного типа, имели одинаковые характеристики, а источник питания позволял получать требуемую мощность. В среднем можно считать, что мощность выпрямителя и трансформатора должна быть по крайней мере вдвое больше максимальной выходной мощности усилителя в целом.

В заключение необходимо указать, что качество работы любого усилителя мощности низкой частоты во много зависит от источника усиливаемого сигнала, предшествующих регулирующих и корректирующих каскадов, от самой электроакустической установки, в которой используется данный усилитель, а также от мощности, входного сопротивления и качества работы громкоговорителя (или громкоговорителей, если их несколько).

В предыдущих постах мы рассматривали структурные схемы усилителей низкой частоты и методы повышения их выходной мощности. Мы увидели, что максимальная амплитуда напряжения сигнала на нагрузке не может превысить половины напряжения питания усилителя и его выходная мощность ограничена соотношением
Pвых = (Eп / 2)2 / (2 х Rн) = Eп2 / (8 х Rн),
Где Eп – напряжение питания усилителя, Rн – сопротивление нагрузки (динамика).
Это огрничение вытекает из законов физики и его в рассмотренных схемах нельзя преодолеть.
Увеличить выходную мощность возможно, используя два одинаковых усилителя, работающих на одну и ту же нагрузку. Причем усилители надо включить так, чтобы один усилитель был подключен к одному ее выводу, а другой – ко второму, сами усилители должны работать в противофазе.

При этом, когда на выходе правого усилителя напряжение будет снижаться, на выходе левого – повышаться. В этом случае максимальная амплитуда напряжения на выводах нагрузки будет равна всему напряжению питания усилителей, и на ней будет выделяться мощность
Pвых = Eп2 / (2 х Rн) – в четыре раза больше, чем при использовании одиночного усилителя.
Такая схема усилителя называется мостовой и позволяет при низком напряжении питания усилителя получить большую мощность.
Для обеспечения ее нормальной работы внутренняя схема стабилизации поддерживает одинаковыми постоянные напряжения на выходах усилителей, что исключает протекание постоянного тока через нагрузку.

Хочу отметить, что в этой схеме выходные транзисторы работают в более тяжелом режиме, так как ток в нагрузке в два раза больше, чем в нагрузке одиночного усилителя. Соответственно, они должны его выдержать.
В качестве фазоинвертора можно использовать либо каскад на одиночном транзисторе

либо на дифференциальном усилителе

Мостовая схема очень часто применяется в усилителях с низким (в основном, батарейным) напряжением питания. Например на нагрузке 4 Ом при напряжении питания 3 В можно получить мощность более 0,5 Вт, при 12 В – 12,5 Вт.
Такие усилители выпускаются для широкого диапазона питающих напряжений и выходных мощностей. Большим их преимуществом является отсутствие выходных конденсаторов и минимальная обвязка. Ниже приведена схема включения усилителя TDA7050 из ее Datasheet-а.

При напряжении питания 3 В он отдает 0,14 Вт на нагрузку 32 Ома (корпус DIP8 или SO8)), аналогичный усилитель TDA7052 – 1,2 Вт на нагрузку 8 Ом при напряжении питания 6 В (DIP8).
А у TDA7052А (DIP8, SO8) даже встроен электронный регулятор громкости. То же, но при больших выходных мощностях у TDA7053A (2 x 1 Вт при 6 В, DIP16) и TDA7056A (5Вт при 12 В).
Наибольшее распространение мостовые усилители получили в автомобильных приемниках, когда при низком напряжении – 14,4 В (напряжение в автомобильной сети) нужно получить большую мощность.
Например четырехканальная микросхема TDA 7385 позволяет получить по 15Вт мощности на канал при коэффициенте нелинейных искажений 1% (до 35 Вт при 10%),

Мостовой УНЧ на TDA2030 - 150 Вт.

Принципиальная схема мостового усилителя на микросхемах TDA2030A:

Как видите на схеме, усилитель состоит из двух одинаковых каскадов, в которых каждая микросхема TDA2030 на выходе имеет пару транзисторов, за счет которых и происходит умощнение, и эти каскады соединены в мостовую схему, за счет чего мощность еще удваивается. Не плохие результаты данный усилитель показал при использовании его в качестве усилителя для сабвуфера.

Печатная плата мостового усилителя на микросхемах TDA2030 с транзисторами умощнения показана ниже:

Крепление микросхем и транзисторов к радиатору выполнено через изолирующие прокладки с применением пасты типа КПТ. Болты крепления элементов так же имеют изолирующие шайбы.

Внешний вид платы усилителя в сборе для сабвуфера показан на следующих изображениях:

●●● Прямая ссылка на скачивание файла архива в формате RAR, содержащего в себе принципиальную схему усилителя, а так же печатную плату в формате LAY , появится после клика по любой строке рекламного блока ниже, кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла архива – 0,2 Mb.