Тест, обзор, осциллограммы

Низковольтный двухканальный (стерео) усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2822 (2 x 1 W) - герой вчерашних дней
 

Обзор посвящен одноплатному усилителю мощности звуковой частоты (УМЗЧ, УНЧ) класса AB на основе микросхемы TDA2822 номинальной мощностью 2 x 1 Вт.

Микросхема TDA2822 выпускается в корпусах двух типов: для "обычного" монтажа в корпусе MiniDIP8 - TDA2822M; и для поверхностного монтажа - в планарном корпусе TDA2822D. Электрические характеристики микросхемы усилителя в корпусах обоих типов идентичны.

В обзоре будут приведены технические характеристики микросхемы усилителя низкой частоты TDA2822, кратко разобрана схемотехника тестируемого одноплатного усилителя, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.

Купить плату усилителя на основе TDA2822M можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора - около $3.

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

Так выглядит плата усилителя на странице продавца на площадке Алиэкспресс:

(тестируемый усилитель низкой частоты на TDA2822; изображение с официального сайта AliExpress)

Внешний вид на изображении очень точно соответствует реальному.

Схемы подключения этого усилителя на Алиэкспресс нет, но она и не нужна: на плате досконально всё обозначено.

Микросхема TDA2822 - прямо скажем, не слишком свежей разработки. Её появление на свет относится примерно к 1995 году (т.е. свыше четверти века назад!). Тем не менее, устройства с этой микросхемой выпускаются до сих пор и уходить "на пенсию" микросхема не собирается.

В чём она хороша, а в чём - не очень, обязательно разберёмся!

Усилитель (микросхема) TDA2822 (TDA2822M, TDA2822D) - технические характеристики:

Полосу пропускания производитель не указал. Видимо, предполагается, что полоса частот не хуже стандартного звукового диапазона 20 Гц - 20 кГц.

Особенностью микросхемы является работа при очень низком напряжении питания (от 1.8 Вольт). В связи с этим особый упор в обзоре будет сделан именно на возможности работы при низковольтном питании 2..3 В.

Кроме того, микросхема требует лишь самой минимальной "обвязки", что делает её удобной в применении.

Полностью все характеристики и типовая схема включения TDA2822 приведены в техническом описании (datasheet) TDA2822 (PDF, 140 Kb). Микросхема TDA2822D отличается только типом корпуса - datasheet TDA2822D (PDF, 65 Kb).

Теперь - углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого усилителя.
 

Внешний вид и конструкция одноплатного 2-канального усилителя класса AB на микросхеме TDA2822

Посмотрим на плату усилителя в различных ракурсах (кликнуть для увеличения, откроется в новом окне):

Как видите, в комплект входит даже ручка для переменного резистора регулировки громкости.

Входной сигнал подаётся через гнездо для трёхштырькового разъёма - джека 3.5 мм.

Следующий ракурс:

Все внешние подключения, кроме входного аудиосигнала, осуществляются без помощи пайки - с помощью клеммников под винт, что очень удобно.

Далее - вид сверху:

Здесь видно, что деталей, действительно, очень немного.

Да и даже здесь четыре детали - не совсем обязательные; это - два делителя на резисторах, которые установлены сразу после регулятора громкости.

Особенность механической конструкции - наличие всего одного отверстия под винт для закрепления платы. Но это уже из серии "лучше, чем ничего". :)

Ещё один вид сверху - под "скользящим" освещением, чтобы было видно маркировку микросхемы:

Обратная сторона платы:

В следующей главе разберём, что к чему и зачем на этой плате усилителя.
 

Схемотехника одноплатного стерео усилителя для наушников на микросхеме TDA2822

Посмотрим ещё раз на плату усилителя вертикально сверху:

За исключением входной цепи, плата соответствует типовой схеме, приведённой в datasheet:

Что касается входной цепи, то она включает переменный резистор регулировки громкости номиналом 50К; а за ним идут делители напряжения, состоящие из резисторов 22К 1% и 1.5К 1%.

Итого, коэффициент деления составляет (22+1.5)/1.5 = 15.67.

Соответственно, коэффициент усиления всей платы в максимальном положении регулятора громкости составит 89.12/15.67 = 5.69 ; где 89.12 - коэффициент усиления самой микросхемы (39 дБ, переведённые в "разы").

В процессе тестирования рассчитанный коэффициент усиления подтвердился с хорошей точностью.

Вернёмся к входной цепи.

Номинал электролитических конденсаторов, подсоединённых к выводам 5 и 8 микросхемы, составляет 10 мкФ (а не 100, как указано на схеме; но здесь это допустимо).

Номинал блокировочного конденсатора по питанию составляет 470 мкФ * 16 В, что полностью одобряем.

На выходе RC-цепочки C6R3 и C7R4 служат для предотвращения самовозбуждения усилителя.

Вот, собственно, и вся схема.

Есть в datasheet ещё и вариант включить эту двухканальную микросхему в режиме одноканального мостового усилителя (для стерео усилителя потребуются две микросхемы).

Но такая схема не подойдёт для работы на стандартные наушники с тремя проводами (общей землёй); она может работать только с независимым подключением динамиков.

Важное замечание: на плате нет диода "защиты от дурака" в цепи питания, в связи с чем перепутывать полярность питания нельзя ни разу!!!

Испытания УНЧ на микросхеме TDA2822

При измерениях использовались лабораторный блок питания LW-K3010D (обзор), генератор FY6800 (обзор), цифровой осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).

Ток потребления холостого хода в зависимости от напряжения питания:

2 В  - 3.6 мА;

3 В  - 5.4 мА;

4.5 В - 5.6 мА;

6 В  - 5.8 мА;

9 В  - 6.2 мА;

12 В - 6.5 мА;

15 В - 6.9 мА.

При испытаниях, в основном, использовались режимы, приведённые в datasheet (технических характеристиках) на микросхему TDA2822:

Но будут и исключения (особые режимы, не приведённые в этой таблице).

Шумы усилителя оказались очень малы и практически не заметны.

Испытания с нагрузкой 4 Ом

Сразу надо сказать, что нагрузка 4 Ом - крайне неблагоприятна для этого усилителя, рассчитанного на работу с наушниками 16-32 Ом. Но раз уж производитель указал, что работа с нагрузкой 4 Ом тоже возможна, то пощады ему не будет!

Итак, напряжение питания 2 В, синус 2 кГц, нагрузка 4 Ом:

На осциллограмме отчётливо видна "ступенька" при переходе через ноль. "Тяжелый" режим дал о себе знать.

Теперь - тот же самый уровень входного сигнала, но напряжение питания поднимаем до 3 Вольт:

Вид сигнала стал вполне благообразным. Таким образом, работа с нагрузкой 4 Ом при напряжении 3 В и выше - возможна, хотя выходная мощность будет небольшой (13.6 мВт в данном случае).

Теперь - осциллограмма при напряжении питания 4.5 В, нагрузка - всё та же (4 Ом), уровень сигнала поднят до наступления видимых искажений:

Мощность на выходе составила 211 мВт. Это ниже, чем для данного напряжения заявил производитель микросхемы; но там она заявлена для искажений в 10%, которые режут слух, как циркулярная пила. :)

Испытания с нагрузкой 8 Ом

Это - более мягкий режим, чем нагрузка 4 Ом; но всё равно такая нагрузка более характерна для колонок, чем для наушников.

В этом режиме будет проведена расширенная проверка: не только на синусе, но и на других сигналах.

Первая осциллограмма: напряжение питания 6 В, синус 2 кГц, амплитуда - до заметности искажений:

Мощность на выходе составила 270 мВт (нормально с учётом изложенных выше соображений).

Теперь - прямоугольник 10 кГц, размах - на уровне, близком к ограничению:

На осциллограмме видно, что фронты прямоугольника - не очень крутые.

Теперь - три вида пилообразных сигналов (треугольник, прямая и обратная пила), снятых при напряжении питания 6 В, нагрузка 8 Ом, частота 2 кГц, размах - на уровне, близком к ограничению:

Линейность сигналов на выходе - на хорошем уровне, но медлительность фронтов портит вершины двух последних сигналов.

Теперь - три эксперимента по "выжиманию" мощности из микросхемы.

Сигнал - синус 2 кГц при напряжении питания 9 В, нагрузка 8 Ом, амплитуда - на уровне, близком к ограничению:

Мощность на выходе составила 632 мВт.

Сигнал - прямоугольник 2 кГц при напряжении питания 9 В, нагрузка 8 Ом, размах - на уровне, близком к ограничению:

Скос вершин вызван наличием разделительного конденсатора на выходе и проблемой микросхемы не является.

Мощность на выходе составила 1.43 Вт (очень хорошо!).

Нагрев микросхемы в двух последних случаях был сильным, но не угрожающим её жизни и здоровью.

И, последний эксперимент на максимум мощности.

Сигнал - синус 2 кГц при напряжении питания 15 (!) В, нагрузка 8 Ом, размах - на уровне, близком к ограничению:

Мощность на выходе составила 1.79 Вт, но радости в этом мало.

На осциллограмме заметны сильные искажения: заостренная положительная полуволна и "тупая" отрицательная.

Нагрев микросхемы был не только сильным, но и опасным для неё; эксперимент пришлось прекратить через 20 секунд после начала. Мораль: такой режим никуда не годится.

Испытания с нагрузкой 16 Ом

С такой нагрузкой будет сделано только одно измерение: синус 2 кГц, питание 6 В, амплитуда - до наступления видимых искажений:

За счёт более лёгкой нагрузки амплитуда по напряжению чуть поднялась по сравнению с нагрузкой 8 Ом, но снизился ток, и, соответственно, снизилась мощность до 165 мВт.

Испытания с нагрузкой 32 Ом

Здесь тоже не будем проверять при сложных сигналах, но проверим при двух разных напряжениях питания.

Первое измерение - синус 2 кГц, питание 6 Вольт, амплитуда - до наступления видимых искажений:

Мощность на выходе составила 95 мВт.

Теперь снова возвращается к теме низковольтного питания.

Тестируем на синусе 2 кГц, питание - 2 В, амплитуда - до наступления видимых искажений:

Мощность на выходе - 3.4 мВт. Это - совсем немного, но факт работоспособности при низковольтном питании без существенных искажений подтверждается; что оцениваем положительно.

Амплитудно-частотная характеристика (напряжение питания 6 В, нагрузка
 8 Ом)

АЧХ снималась с помощью подачи на вход усилителя сигнала с линейно-нарастающей частотой; а затем фиксировалась осциллограмма, снятая по максимумам сигнала. Она и представляет собой АЧХ усилителя.

Первый проход, диапазон 10 Гц - 40 кГц:

Один период повторения сигнала с линейно-нарастающей частотой отмечен красной рамкой, он и представляет собой АЧХ в диапазоне 10 Гц - 40 кГц.

Масштаб графика по горизонтали - 3.56 кГц/деление.

Полоса по уровню минус 3 дБ составила около 25 кГц.

Таким образом, формально стандарт полосы в 20 кГц выполнен, но как-то без особого запаса и энтузиазма. Могло бы быть и получше; причём даже по технологиям четвертьвековой давности.

Что касается полосы в области нижних частот, то она, в основном, определяется RC-цепочкой, состоящей из электролитического конденсатора 470 мкФ (на выходе) и сопротивления нагрузки.

Соответственно, при разной нагрузке разной будет и полоса.

Нагрузка 4 Ом - около 80 Гц,
     8 Ом - 40 Гц,
     16 Ом -  20 Гц,
     32 Ом - 10 Гц.

Окончательный диагноз одноплатного 2-канального усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA2822

В целом усилитель показал себя положительно, но особых восторгов не вызвал.

С нагрузкой 4 Ом хотя он и может работать, но не при самых низких напряжениях; и при этом работа будет сопровождаться ощутимыми потерями из-за относительно большого остаточного напряжения на выходных транзисторах.

Начиная с сопротивления нагрузки 8 Ом работа усилителя будет более качественной во всех смыслах.

А при работе на наушники 16 - 32 Ом придраться уже будет почти не к чему, кроме верхней границы частотного диапазона. Для "выпрямления" АЧХ рекомендуется регулятор тембра или иной способ компенсации снижения АЧХ на высоких частотах.

Окончательный вердикт: можно пользоваться этим усилителем для его использования совместно с наушниками "бюджетного" или среднего класса, включая высокоомные.

Для работы с наушниками высокого класса желательно использовать более качественные усилители.

В серийных изделиях TDA2822 применяется не только для работы на наушники, но и даже замечена в небольших компьютерных колонках, например, SVEN 310 (2012 г.) (в настоящее время сняты с производства, не путать со SVEN MS-310).

Где купить: например, у этого продавца на Алиэкпресс.

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

При тестировании усилителя использовался осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).
 

Обзоры других усилителей класса AB - здесь.
 

Обзоры усилителей класса D - здесь.
 

Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" - здесь.
 

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
   24 января 2021 г.

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!