Possibilidades de ULF automotivo no chip TDA2030. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O chip amplificador de baixa frequência TDA2030A da ST Microelectronics é merecidamente popular entre os rádios amadores. Possui altas características elétricas e baixo custo, o que permite montar ULFs de alta qualidade com potência de até 18 W com custo mínimo. No entanto, nem todo mundo conhece suas “vantagens ocultas”: acontece que vários outros dispositivos úteis podem ser montados neste IC.

O chip TDA2030A é um amplificador de potência Hi-Fi classe AB de 18 W ou driver para potência ULF de até 35 W (com poderosos transistores externos). Ele fornece uma grande corrente de saída, possui baixa distorção harmônica e de intermodulação, uma ampla faixa de frequência do sinal amplificado, um nível muito baixo de ruído intrínseco, proteção integrada contra curto-circuito na saída, um sistema automático de limitação de dissipação de energia que mantém o ponto de operação dos transistores de saída IC em uma área segura. A proteção térmica integrada garante que o IC seja desligado quando o cristal for aquecido acima de 145°C. O microcircuito é feito em um pacote Pentawatt e possui 5 pinos. Primeiro, consideraremos brevemente vários esquemas para o uso padrão de CIs - amplificadores de baixa frequência. Um diagrama de conexão típico do TDA2030A é mostrado na Fig. 1.

O microcircuito é conectado de acordo com um circuito amplificador não inversor. O ganho é determinado pela relação das resistências dos resistores R2 e R3, formando o circuito OOS. É calculado pela fórmula Gv=1+R3/R2 e pode ser facilmente alterado selecionando a resistência de um dos resistores. Isso geralmente é feito usando o resistor R2. Como pode ser visto na fórmula, diminuir a resistência deste resistor causará um aumento no ganho (sensibilidade) do ULF. A capacitância do capacitor C2 é selecionada com base no fato de que sua capacitância Xc = 1/2?fC na frequência operacional mais baixa é pelo menos 2 vezes menor que R5. Neste caso, a uma frequência de 40 Hz Xc₂=1/6,28*40*47*10^-6=85Ohm. A resistência de entrada é determinada pelo resistor R1. Qualquer diodo de silício com corrente I pode ser usado como VD1, VD2_PR0,5... 1 A e U_OBR mais de 100 V, por exemplo KD209, KD226, 1N4007. O diagrama do circuito para conectar o IC no caso de utilização de uma fonte de alimentação unipolar é mostrado na Fig. 2.

O divisor R1R2 e o resistor R3 formam um circuito de polarização para obter uma tensão igual à metade da tensão de alimentação na saída do IC (pino 4). Isto é necessário para amplificação simétrica de ambas as meias ondas do sinal de entrada. Os parâmetros deste circuito em Vs=+36 V correspondem aos parâmetros do circuito mostrado na Fig. 1, quando alimentado por uma fonte de ± 18 V. Um exemplo de uso do microcircuito como driver para ULF com transistores externos potentes é mostrado na Fig. 3.

Em Vs=±18 V em uma carga de 4 Ohm, o amplificador desenvolve uma potência de 35 W. O circuito de alimentação do IC inclui os resistores R3 e R4, cuja queda de tensão é a abertura para os transistores VT1 e VT2, respectivamente. Com baixa potência de saída (tensão de entrada), a corrente consumida pelo IC é pequena e a queda de tensão nos resistores R3 e R4 não é suficiente para abrir os transistores VT1 e VT2. Os transistores internos do microcircuito estão funcionando. À medida que a tensão de entrada aumenta, a potência de saída e o consumo de corrente do IC aumentam. Quando atingir um valor de 0,3...0,4 A, a queda de tensão nos resistores R3 e R4 será de 0,45...0,6 V. Os transistores VT1 e VT2 começarão a abrir e serão conectados em paralelo aos transistores internos do IC. A corrente fornecida à carga aumentará e a potência de saída aumentará proporcionalmente. Assim como VT1 e VT2, qualquer par de transistores complementares de potência adequada pode ser usado, por exemplo KT818, KT819. O circuito de ponte para ligar o IC é mostrado na Fig. 4.

O sinal da saída do IC DA1 é alimentado através do divisor R6R8 para a entrada inversora DA2, o que garante que os microcircuitos operem em antifase. Ao mesmo tempo, a tensão na carga aumenta e, como resultado, a potência de saída aumenta. Em Vs=±16 V em uma carga de 4 Ohm, a potência de saída atinge 32 W. Para os amantes de ULFs de duas e três vias, este IC é uma opção ideal, pois filtros passa-baixa ativos e filtros passa-alta podem ser montados diretamente nele. O circuito ULF de três bandas é mostrado na Fig. 5.

O canal de baixa frequência (LF) é feito de acordo com um circuito com potentes transistores de saída. Na entrada do IC DA1, os filtros passa-baixa R3C4, R4C5 são ligados e o primeiro link do filtro passa-baixa R3C4 é incluído no circuito de feedback do amplificador. Este projeto de circuito permite, por meios simples (sem aumentar o número de links), obter uma inclinação suficientemente alta da resposta de frequência do filtro. Os canais de média frequência (MF) e alta frequência (HF) do amplificador são montados de acordo com um circuito padrão nos CIs DA2 e DA3, respectivamente. Na entrada do canal médio estão incluídos os filtros passa-alta C12R13, C13R14 e filtros passa-baixa R11C14, R12C15, que juntos fornecem uma largura de banda de 300...5000 Hz. O filtro do canal HF é montado com os elementos C20R19, C21R20. A frequência de corte de cada link do filtro passa-baixa ou filtro passa-alta pode ser calculada usando a fórmula fCP = 160/RC, onde a frequência f é expressa em hertz, R - em quilo-ohms, C - em microfarads. Os exemplos dados não esgotam as possibilidades de utilização do IMC TDA2030A como amplificadores de baixa frequência. Assim, por exemplo, em vez de uma fonte de alimentação bipolar para um microcircuito (Fig. 3,4), você pode usar uma fonte de alimentação unipolar. Para fazer isso, o negativo da fonte de alimentação deve ser aterrado e uma polarização deve ser aplicada à entrada não inversora (pino 1), conforme mostrado na Fig. 2 (elementos R1-R3 e C2). Por fim, na saída do IC, entre o pino 4 e a carga, é necessário incluir um capacitor eletrolítico, e os capacitores de bloqueio ao longo do circuito -Vs devem ser excluídos do circuito.

Vamos considerar outros usos possíveis deste chip. O IC TDA2030A nada mais é do que um amplificador operacional com um poderoso estágio de saída e características muito boas. Com base nisso, vários esquemas não padronizados para sua inclusão foram projetados e testados. Alguns dos circuitos foram testados “ao vivo”, em uma placa de ensaio, e alguns foram simulados no programa Electronic Workbench.

Poderoso repetidor de sinal

Sinal na saída do dispositivo Fig. 6 repete a forma e amplitude de entrada, mas tem maior potência, ou seja, o circuito pode operar com uma carga de baixa impedância. O repetidor pode ser usado, por exemplo, para melhorar fontes de alimentação, aumentar a potência de saída de geradores de baixa frequência (para que cabeças de alto-falantes ou sistemas acústicos possam ser testados diretamente). A banda de frequência operacional do repetidor é linear de DC a 0,5...1 MHz, o que é mais que suficiente para um gerador de baixa frequência.

Aumentando as fontes de alimentação

O microcircuito está incluído como repetidor de sinal, a tensão de saída (pino 4) é igual à de entrada (pino 1) e a corrente de saída pode chegar a 3,5 A. Graças à proteção integrada, o circuito não tem medo de curto circuitos na carga. A estabilidade da tensão de saída é determinada pela estabilidade da tensão de referência, ou seja, Diodo Zener VD1 Fig. 7 e estabilizador integrado DA1 Fig. 8. Naturalmente, de acordo com os diagramas mostrados na Fig. 7 e fig. 8, você pode montar estabilizadores para outras tensões, basta levar em consideração que a potência total (total) dissipada pelo microcircuito não deve ultrapassar 20 W. Por exemplo, você precisa construir um estabilizador para 12 V e uma corrente de 3 A. Existe uma fonte de alimentação pronta (transformador, retificador e capacitor de filtro) que produz U_PI= 22 V na corrente de carga necessária. Então ocorre uma queda de tensão no microcircuito U_IC=U_PI - VOCÊ_SAÍDA = 22 V -12 V = 10 V, e com corrente de carga de 3 A, a potência dissipada atingirá o valor P_RAS=U_IC*I_Н = 10V*3A = 30 W, que excede o valor máximo permitido para TDA2030A.

Queda de tensão máxima permitida no IC pode ser calculado usando a fórmula:

U_IC= P_RAS.MAX / EU_Н

Em nosso exemplo você_IC= 20 W / 3 A = 6,6 V, portanto a tensão máxima do retificador deve ser U_PI =U_SAÍDA+U_IC = 12V + 6,6 V = 18,6 V. No transformador, o número de voltas do enrolamento secundário deverá ser reduzido.

Resistência do resistor de lastro R1 no circuito mostrado na Fig. 7, pode ser calculado usando a fórmula:

R1 = (você_PI - VOCÊ_ST)/EU_ST,

onde você_ST e eu_ST - tensão e corrente de estabilização do diodo zener, respectivamente.

Os limites da corrente de estabilização podem ser encontrados no livro de referência, na prática, para diodos zener de baixa potência, é escolhido dentro da faixa de 7...15 mA (geralmente 10 mA). Se a corrente na fórmula acima for expressa em miliamperes, o valor da resistência será obtido em quilo-ohms.

Fonte de alimentação de laboratório simples

O circuito elétrico da fonte de alimentação é mostrado na Fig. 9. Ao alterar a tensão na entrada do IC usando o potenciômetro R1, é obtida uma tensão de saída continuamente ajustável.

Corrente máxima fornecida pelo microcircuito, depende da tensão de saída e é limitado pela mesma dissipação máxima de potência no IC.

Pode ser calculado usando a fórmula:

I_MÁX. = P_RAS.MAX / VOCÊ_IC

Por exemplo, se a tensão de saída estiver definida como U_SAÍDA = 6 V, ocorre uma queda de tensão no microcircuito U_IC =U_PI - VOCÊ_SAÍDA = 36 V - 6 V = 30 V, portanto a corrente máxima será I_MÁX. = 20 W / 30 V = 0,66 A. Em U_SAÍDA = 30V a corrente máxima pode atingir no máximo 3,5A já que a queda de tensão no IC é insignificante (6V).

Fonte de alimentação de laboratório estabilizada

O circuito elétrico da fonte de alimentação é mostrado na Fig. 10. A fonte da tensão de referência estabilizada - microcircuito DA1 - é alimentada por um estabilizador paramétrico de 15 V montado no diodo zener VD1 e no resistor R1. Se o IC DA1 for alimentado diretamente por uma fonte de +36 V, ele poderá falhar (a tensão máxima de entrada para o IC 7805 é 35 V). O IC DA2 é conectado de acordo com um circuito amplificador não inversor, cujo ganho é definido como 1+R4/R2 e é igual a 6. Consequentemente, a tensão de saída, quando ajustada pelo potenciômetro R3, pode assumir um valor quase zero para 5 V * 6 = 30 V. Quanto à corrente máxima de saída, para este circuito tudo o que foi dito acima é verdadeiro para uma simples fonte de alimentação de laboratório (Fig. 9). Se for esperada uma tensão de saída regulada menor (por exemplo, de 0 a 20 V em U_PI = 24 V), os elementos VD1, C1 podem ser excluídos do circuito e um jumper pode ser instalado em vez de R1. Se necessário, a tensão máxima de saída pode ser alterada selecionando a resistência do resistor R2 ou R4.

Fonte de corrente ajustável

O circuito elétrico do estabilizador é mostrado na Fig. 11. Na entrada inversora do IC DA2 (pino 2), devido à presença de OOS através da resistência de carga, a tensão U é mantida_BX. Sob a influência desta tensão, uma corrente I flui através da carga_Н =U_BX /R4. Como pode ser visto na fórmula, a corrente de carga não depende da resistência da carga (é claro, até certos limites determinados pela tensão de alimentação final do IC). Portanto, mudando U_BX de zero a 5 V usando o potenciômetro R1, com um valor de resistência fixo R4 = 10 Ohm, você pode ajustar a corrente através da carga dentro de 0...0,5 A. Este dispositivo pode ser usado para carregar baterias e células galvânicas. A corrente de carga é estável durante todo o ciclo de carga e não depende do grau de descarga da bateria ou da instabilidade da rede de alimentação.

A corrente máxima de carga definida usando o potenciômetro R1 pode ser alterada aumentando ou diminuindo a resistência do resistor R4. Por exemplo, com R4=20 Ohm tem valor de 250 mA, e com R4=2 Ohm chega a 2,5 A (ver fórmula acima). Para este circuito são válidas restrições quanto à corrente máxima de saída, como para circuitos estabilizadores de tensão. Outro uso de um poderoso estabilizador de corrente é medir pequenas resistências usando um voltímetro em escala linear. Na verdade, se você definir o valor da corrente, por exemplo, 1 A, então conectando um resistor com uma resistência de 3 Ohms ao circuito, de acordo com a lei de Ohm, obteremos a queda de tensão nele U=l*R=l A* 3 Ohm=3 V, e conectando, digamos, um resistor com uma resistência de 7,5 Ohms, obtemos uma queda de tensão de 7,5 V. É claro que apenas resistores poderosos de baixa resistência podem ser medidos com tal corrente (3 V por 1 A equivale a 3 W, 7,5 V * 1 A = 7,5 W), entretanto, você pode reduzir a corrente medida e usar um voltímetro com limite de medição inferior.

Poderoso gerador de pulso quadrado

Os circuitos de um poderoso gerador de pulso retangular são mostrados na Fig. 12 (com alimentação bipolar) e fig. 13 (com alimentação unipolar). Os circuitos podem ser utilizados, por exemplo, em dispositivos de alarme de segurança. O microcircuito está incluído como um gatilho Schmitt e todo o circuito é um oscilador RC de relaxamento clássico. Vamos considerar o funcionamento do circuito mostrado na Fig. 12. Digamos que no momento em que a alimentação é ligada, o sinal de saída do IC vai para o nível de saturação positiva (U_SAÍDA = +você_PI). O capacitor C1 começa a carregar através do resistor R3 com uma constante de tempo Cl R3. Quando a tensão em C1 atinge metade da tensão da fonte de alimentação positiva (+U_PI/2), o IC DA1 mudará para o estado de saturação negativa (U_SAÍDA = -você_PI). O capacitor C1 começará a descarregar através do resistor R3 com a mesma constante de tempo Cl R3 para a tensão (-U_PI / 2) quando o IC muda novamente para o estado de saturação positiva. O ciclo se repetirá com um período de 2,2C1R3, independente da tensão da fonte de alimentação.

Taxa de repetição de pulso pode ser calculado usando a fórmula:

f = 2,2/3*RXNUMXCl.

Se a resistência for expressa em quiloohms e a capacitância em microfarads, a frequência será obtida em quilohertz.

Potente gerador de onda senoidal de baixa frequência

O circuito elétrico de um poderoso gerador senoidal de baixa frequência é mostrado na Fig. 14. O gerador é montado de acordo com o circuito ponte de Wien, formado pelos elementos DA1 e C1, R2, C2, R4, que proporcionam a mudança de fase necessária no circuito PIC. O ganho de tensão do IC nos mesmos valores de Cl, C2 e R2, R4 deve ser exatamente igual a 3. Com um valor menor de Ku, as oscilações são amortecidas, com um valor maior, a distorção do sinal de saída aumenta acentuadamente. O ganho de tensão é determinado pela resistência dos filamentos das lâmpadas ELI, EL2 e resistores Rl, R3 e é igual a Ky = R3 / Rl + R_EL1,2. As lâmpadas ELI, EL2 operam como elementos com resistência variável no circuito OOS. À medida que a tensão de saída aumenta, a resistência dos filamentos da lâmpada aumenta devido ao aquecimento, o que provoca uma diminuição no ganho DA1. Assim, a amplitude do sinal de saída do gerador é estabilizada e a distorção do formato do sinal senoidal é minimizada. Um mínimo de distorção com a amplitude máxima possível do sinal de saída é alcançado usando o resistor de corte R1. Para eliminar a influência da carga na frequência e amplitude do sinal de saída, o circuito R5C3 é conectado na saída do gerador.

Frequência das oscilações geradas pode ser determinado pela fórmula:

f=1/2piRC. O gerador pode ser usado, por exemplo, ao reparar e testar cabeçotes de alto-falantes ou sistemas acústicos.

Concluindo, deve-se ressaltar que o chip deve ser instalado em um radiador com área de superfície resfriada de pelo menos 200 cm². Ao rotear os condutores da placa de circuito impresso para amplificadores de baixa frequência, é necessário garantir que os barramentos de “terra” do sinal de entrada, bem como a fonte de alimentação e o sinal de saída, estejam conectados de lados diferentes (os condutores para esses terminais não devem ser uma continuação um do outro, mas conectados entre si na forma de uma “estrela” "). Isso é necessário para minimizar o zumbido CA e eliminar a possível autoexcitação do amplificador com potência de saída próxima do máximo.

Com base em matérias da revista "Radioamator"

Publicação: cxem.net

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