Собираем компактный аудио усилитель на основе платы с чипом TPA3255

Современное домашнее аудио стремится к компактности. DIY проекты не исключение, усилители класса D способствуют уменьшению габаритов и росту эффективности усилителей мощности. Сегодня рассмотрим процесс создания доступного аудио усилителя (стерео) из типовых готовых плат. Конструкция выходного дня доступная для любого уровня подготовки.

Техническое задание

Для настольного стерео усилителя (для звуковой системы ПК вместе с небольшой акустикой) важен компактный размер, лаконичный дизайн, но сохранение при этом основных возможностей. И так как небольшая полочная акустика имеет низкую чувствительность (законы физики), для усилителя важен еще запас по неискаженной мощности.

У меня завалялся алюминиевый составной корпус P01 (внутренние размеры 200х180х55 мм), сначала в нем хотел собрать ЦАП, но решил сделать усилитель мощности. Готовый корпус сильно ускоряет процесс изготовления любой самоделки. Хотя для усилителя мощности есть и много DIY вариантов.

Времени на проект тратить много не хотелось, поэтому были заказаны платы усилителя мощности класса D, импульсного AC-DC блока питания и цифровая регулировка громкости (как изюминка проекта, вместо банального сдвоенного переменного резистора). Ну и фурнитура (разъемы, сетевая розетка, кнопка) конечно. Рассмотрим элементы последовательно.

Плата усилителя

Микросхема TPA3255 от Texas Instruments стала уже «народной» для изготовления простых усилителей мощности (да и китайские производители штампуют много вариантов на ней), она обладает широким диапазоном питающего напряжения, высоким КПД, запасом по мощности и неплохим звуком.

Я покупал простой вариант без регулятора громкости, размеры платы 110x70x30 мм. Масса платы 160 г., крепление на 4 винта.

В комплекте был кабель для входного сигнала.

Рекомендованное однополярное питание: DC 24-48 В (5 А). На вход сигнал до 2 В RMS. Выходная мощность: примерно 150 Вт на 8 Ом при 1% искажений.

На плате в центре массивный радиатор, на входе сигнала стоят пара сменных ОУ 5532. Из недостатков: слабые клеммы для подключения акустики и очень уж яркие светодиоды на плате.

Посмотрим под радиатор (заодно нужно добавить термопасту):

Блок питания

Эффективному усилителю нужен эффективный блок пиния на ШИМ. От напряжения питания (и не только) зависит выходная мощность. Я выбрал блок на 36 В на 7 А (хотя можно было втиснуть и 48 В блок с большей мощностью).

Блок питания общего назначения от FKSI работает от входного напряжения AC 85-265 В. Размеры платы 125х66х32 мм, масса 230 г. В отличие от ШИМ блоков питания специально для аудио, его отличает низкая цена. Опять же, такие AC-DC БП на платах намывают «народными» и используют для различных сфер (питание светодиодных лент, создание регулируемых БП, ЧПУ станки и пр.)

На входе есть фильтр питающего напряжения, плата поделена на «горячую» и «холодную» часть, электролитические конденсаторы с запасом по напряжению, удобные крепкие клеммы.

Посмотрим на его возможности (напряжение холостого хода, максимальный выходной ток, средние пульсации напряжения).

Заявленный ток БП гарантированно выдает. Не «пищит» при работе.

Нагрев имеется:

Цифровая регулировка громкости

Решил попробовать вместо резистора (которые быстро начинают «скрипеть») поставить цифровую регулировку громкости. Остановился на простом безэкранном варианте AA-AA11117 от WONDOM (бывший Sure). Это набор стерео регулятора громкости на микросхеме M62429.

Набор состоит из двух небольших плат, соединяемых шлейфом 20 см. Регулировка (шаг 1 дБ) осуществляется нажимным энкодером (при нажатии — mute) с легкими тактильными щелчками. Питание 5 В, подключение сигнала удобно делать готовыми кабелями с пинами для плат ардуино. Рукоятка для энкодера в комплекте (алюминий, диаметр 3 см).

Заявлены неплохие параметры:

И действительно плата отличная, разбаланса каналов почти нет, шумов при работе тоже. Альтернатива аналоговым регуляторам Alps.

Плата потребляет мизерный ток (что-то в районе 0,08 А), но очень чувствительна к качеству питающего напряжения (низкие пульсации). Можно питать даже от батареек или элемента 18650.

Сборка

Замерим мощность связки из блока питания и платы усилителя:

С блоком питания 36 В на нагрузку 4,5 Ом (сигнал синус) снимается без клиппинга ~24 Вт на канал.

Для полнофункционального завершенного изделия нужно поставить разъемы в корпус. Небольшие слесарные работы, благо алюминий легко обрабатывается бытовым шуруповертом.

Вместо обычной сетевой розетки (C14 IEC 60320), я ставлю со встроенным однофазным фильтром помех. Они бывают сразу с плавким предохранителем, я добавлял предохранитель отдельно (у меня самая компактная). Причем эти фильтры действительно работают, проверено на ВЧ генераторе и осциллографе, заметно уже от 30 кГц и выше до МГц.

Металлическая кнопка (у нас их называют «антивандальные») включения с фиксацией и подсветкой от 220 В. Вот схема подключения:

Для питания регулятора громкости воспользуемся компактным блоком питания AC-DC Hi-Link HLK-PM01 с напряжением 5 В. Остальные разъемы типовые, главное чтобы не магнитились.

Вот и готовая компоновка плат в корпусе (можно сделать и аккуратнее):

Работы по сборке один вечер максимум, а на выходе рабочий стерео усилитель 50 Вт с достойным звучанием (точнее сказать, не вносящий много отсебятины в работу акустики). Явно меньше «возни» чем с б/у советскими за схожие деньги. Остается только проверить, сделать правильный вывод левого и правого канала, собрать корпус и наклеить ему силиконовые ножки, чтобы не царапал мебель.

Готовый усилитель (масса 1,35 кг):

Щелчка при включении нет (как и любого фона), при выключении небольшой имеется (играет несколько секунд), но схему с реле уже нет места размещать в таком корпусе. Громкость регулировать удобно, уровень запоминается.

Потребление от сети в фоновом режиме работы меньше 10 Вт. Максимум (синус) около 60 Вт. Из-за высокого КПД нагрев при работе незначительный.

Заключение

Вариант на уже «народной» микросхеме TPA3255 обладает хорошим запасом по мощности и динамичным звучанием с контролем басов с правильным тональным балансом, и это сильно дешевле чем строить проект, например, на паре плат ICEpower ICE50ASX2BTL. Бюджет проекта без корпуса составил всего ~5700 рублей.

Купить составляющие этого проекта можно здесь:

• Плата усилителя TPA3225 (при покупке на BANGGOOD есть купон BG70bd8b)
• Блок питания FKSI 36 В 7 А (в лоте разные варианты мощности)
• Регулятор громкости WONDOM AA-AA11117 (M62429, но есть варианты)

Еще платы усилителей класса D для создания похожего компактного стерео усилителя.

Спасибо за внимание. Удачных конструкций!