Stereo-Audio-Verstärker mit einem TDA2005 Drucken E-Mail
Donnerstag, den 17. September 2009 um 12:49 Uhr

Stereo-Audio-Verstärker mit einem TDA2005

Mit einem einzigen TDA2005 (oder TDA2004) lässt ein leistungsstarker Stereo-Verstärker aufbauen, der laut Datenblatt des TDA2005 in der Praxis etwa 2 x 6 bis 7 Watt liefern kann, was für den Haus- und Wohnungsbereich weit mehr als ausreichend ist. Der Verstärker ist zum Beispiel ideal für den Betrieb an einer Soundkarte oder kann von einem MP3-Player gespeist werden.

Der TDA2005: Der TDA2005 kommt in einem Mulitwatt11-Gehäuse daher und wurde speziell als NF-Endstufe für Autoradios entwickelt. Er enthält in seinem Gehäuse zwei identische Verstärker-Schaltungen, die sowohl als Brücke geschaltet bis zu 20 Watt im Mono-Betrieb liefern können oder als Stereo-Verstärker bis zu 2 x 10 Watt Leistung an die Lautsprecher abgeben (siehe Datenblatt des TDA2005).

Der TDA2005 im Multiwatt11-Gehäuse, nachdem er mit einer Heißluftpistole aus einem ausgedienten Autoradio Baujahr 1993 ausgeschlachtet wurde.
 

 

Die Pinbelegung des TDA2005 mit Blick auf die Beschriftungsseite. Der Kühlflansch ist intern mit Pin 6 (GND, Masse) verbunden.

Der TDA2005 als Stereo-Verstärker: Nachfolgend möchte ich die Beschaltung als Stereo-Verstärker vorstellen, für die es im Datenblatt des TDA2005 leider kein Leiterplattenentwurf gibt. Alle Elkos sollten bei einer Betriebsspannung von bis zu 14 Volt mindestens für 16 Volt ausgelegt sein. Die Widerstände R3 und R5 besitzen einen Wert von jeweils 3,3 Ohm, was im Schaltbild des Datenblatts nicht leicht zu erkennen ist.


Die Beschaltung des TDA2005 als Stereoverstärker (große Ansicht des Schaltbildes hier). Damit die Schaltung nicht schwingt, müssen die Eingänge mit Widerständen von 10 kOhm oder weniger abgeschlossen werden. R3 und R5 besitzen 3,3 Ohm, was im Schaltbild des TDA2005-Datenblatts schwer zu erkennen ist.

Praktischer Aufbau: Da das Datenblatt keinen Leiterplattenentwurf für die Stereo-Variante enthält, habe ich die Schaltung als Versuchsaufbau auf einem Stück ungeätzter Leiterplatte in freier Verdrahtung aufgebaut. Fallsl die Leiterplatte beidseitig mit Kupfer versehen ist, sind zur Sicherheit 3 bis 5 Durchkontakierungen in Form von Drahtstücken zwischen Vorder- und Rückseite zu schaffen, um eine Schwingneigung zu verhindern. Die großen Kupferflächen sorgen im Versuchsbau für eine unkritische Masseführung. Der TDA2005 wurde mit einer M3-Schraube direkt auf die Leiterplatte geschraubt. Die Kühlfahne des TDA2005 ist bereits im Gehäuse direkt mit dem Pin 6, der für die Masse zuständig ist, verbunden.

Der Versuchsaufbau auf einer Leiterplatte in Ugly-Construction-Technik (große Ansicht hier).

Ugly Construction ist kein Pfusch: Der Aufbau mag den einen oder anderen Pedanten sicher wie der reinste Pfusch vorkommen. Allerdings ist es in elektrischer Hinsicht der Leiterbahnführung egal, ob alles schön im rechten Winkel ist oder nicht. Hauptsache, die Verbindungen sind möglichst kurz und es liegen große Masseflächen vor, die ein eindeutiges Massepotential liefern, was hier gegeben ist. Wenn man an einigen Stellen etwas nachlötet, die großen Elkos mit Kleber fixiert und einige Drähte der Widerstände kürzt, ist der Aufbau, der bestimmt keinen Schönheitspreis gewinnt, für den Dauerbetrieb in einem Gehäuse tauglich. Sicherlich ist so ein fliegender Aufbau in einem Kraftfahrzeug wegen der permanenten Erschütterungen nicht geeignet. Die Industrie würde auf diese Weise niemals Schaltungen in Serie produzieren, da die notwendige Handarbeit viel zu teuer und zudem noch viele Fehler bei der Verdrahtung und Bestückung unterlaufen können. Deshalb wurde die freie Verdrahtung, wie sie in alten Röhrenradios noch vorzufinden ist, seit Anfang der 60er Jahre vollständig durch die gedruckte Leiterplatte abgelöst.

Wer sich an den Entwurf einer Leiterplatte wagen möchte, findet einen Leiterplattenentwurf auf dem Datenblatt des fast identischen TDA2004 (Download des TDA2004-Datenblattes hier). Wegen der schlechten Darstellung lässt sich die Leiterbahnführung leider nur erahnen.


Versuchsaufbau des Stereo-Verstärkers mit dem TDA2005.

Die Kühlung des TDA2005: Ein Kühlblech ist nach meinen Versuchen bei etwa 12 Volt Betriebsspannung und selbst bei andauernder lauter Party-Musik nicht notwendig. Bevor es dem TDA2005 zu heiß wird, wird sich eher die Nachbarschaft wegen Lärmbelästigung beschweren. In Autoradios wird meist das Autoradiogehäuse als Kühlblech genutzt, wobei das Autoradio auch dann noch funktionieren muss, wenn sich das Auto in praller Wüstensonne wie ein Backofen aufgeheizt hat. Riesige Kühlkörper, wie man sie bei manchen Bausatzanbietern vorfindet, sind zwar kein Fehler und sehen imposant aus, aber im normalen Betrieb sind sie nicht notwendig.

Wilde Schwingungen vermeiden: In den Elektronik-Foren ist viel darüber zu beklagen, dass der TDA2005 und verwandte Audio-ICs dazu neigen selbständig zu schwingen, was viele dazu verleitet frustriert das Handtuch zu werfen. Neben einer einigermaßen vernünftigen Verdrahtung oder Leiterbahnführung kommt es vor allen Dingen darauf an, dass die Eingänge mit Widerständen abgeschlossen werden. An den Eingängen INPUT (A) und INPUT (B) sind also Widerstände von 10 kOhm oder kleiner gegen Masse zu legen. Diese Widerstände sind auch in vielen Original-Schaltungen der Autoradios zu finden. Leider sind sie aber nicht im Datenblatt erwähnt. Ohne diese Widerstände verhielt sich mein Aufbau wie ein 10-kHz-Rechteckoszillator, der 5 Vss lieferte. Nach dem Einbau der Widerstände war vollständige Ruhe (abgesehen vom unvermeidlichen leichten Rauschen). Statt der 10 kOhm-Widerstände geht selbstverständlich auch ein Stereo-Potentiometer von 10 kOhm oder niedriger, wobei die Schleifer direkt an die Minus-Anschlüsse der Koppel-Elkos C1 und C2 gelegt werden.

Die Widerstände R3 und R5 hatte ich versuchsweise von 3,3 Ohm auf 120 Ohm erhöht. Wie erwartet war danach durch die stärkere Gegenkopplung die Verstärkung geringer. Allerdings fiel mir bei nicht angeschlossener Signalquelle ein erhöhter Ruhestrom von 100 mA auf, der sich beim Verdrehen des Potentiometers zudem noch änderte. Normalerweise liegt der Ruhestrom bei etwa 70 mA. Der Grund waren HF-Schwingungen im Kurzwellenbereich, welche ein Kanal des Verstärkers erzeugte. Nach dem Einsetzen der 3,3-Ohm-Widerstände war dieser Effekt wieder verschwunden.

Satter, glockenreiner und brummfreier Klang trotz des wilden Aufbaus und eines Kabelsalats auf dem Basteltisch.

Spannungsversorgung: Im praktischen Betrieb testete ich die Schaltung bei 11 bis 14 Volt. Der Ruhestrom beträgt 60 bis 70 mA. Bei Zimmerlautstärke zieht die Schaltung etwa 200 mA. Bereits bei 600 mA Stromaufnahme war der Lärm  für meine Ohren schon an der Schmerzgrenze. Ein 12-Volt-Netzteil mit 1 A Dauerleistung wird für den praktischen Betrieb im häuslichen Umfeld genügend Reserven liefern. Selbst mit einer 9-Volt-Blockbatterie war noch ungetrübte Zimmerlautstärke zu erreichen und bei 5 Volt Betriebsspannung leistete der kleine Stereoverstärker ebenfalls noch seinen Dienst.

Betrieb in einem PC: Schließlich verrichtet der Verstärker seine Arbeit in einem PC als Einschub für einen CD-ROM-Laufwerks-Schacht. Die 12 Volt, die im PC zur Verfügung stehen, speisen den Verstärker. Da der Verstärker für den Betrieb an der Soundkarte zu empfindlich ist, habe ich zwei 56-kOhm-Widerstände dem 10-kOhm-Stereo-Poti vorgeschaltet:


Eingangsbeschaltung des Verstärkers TDA2005 für den Betrieb an einer Soundkarte (Darstellung eines Stereo-Kanals), um den zu hohen Pegel der Soundkarte zu dämpfen.

Von einem Schalter zum Einschalten der Spannungsversorgung des Verstärkers würde ich nach meiner negativen Erfahrung abraten. Der hohe Einschaltstrom durch den sicherheitshalber angebrachten Kondensator (1200 uF) in der Stromversorgung brachte bei mir den Rechner zum Abstürzen. Nun habe ich diesen Kondensator vor dem Schalter angebracht und das Problem war beseitigt.

Probleme mit Schaltimpulsen auf der Spannungsversorgung gab es nicht. Bei abgezogenen Klinkenstecker waren keine Schaltimpulse und kein Brumm zu hören. Allerdings enthielt das Signal der Soundkarte ein tickendes Nebengeräusch, welches aber nur in den Tonpausen bei voll aufgedrehter Lautstärke zu hören war.

Anbei ein paar Bilder des Aufbaus, um sich eine Vorstellung von den konstruktiven Lösungen zu machen:


Der Einschub für ein CD-ROM-Schacht und die Blechhalterung für die Lautsprecherbuchsen. Die NF wird von der Soundkarte über eine 3,5 mm Stereo-Klinkenbuchste zugeführt.
 

Mit zwei Schrauben, die seitlich in das Holzbrett gedreht werden, kann der Einschub im Schacht fixiert werden. Die beiden Leuchtdioden sind eigentlich nur Spielerei. Die rote LED brennt immer, wenn der PC eingeschaltet ist und die grüne nur dann, wenn der Verstärker mit dem Kippschalter eingeschaltet ist. Die beiden LEDs erhalten Vorwiderstände von 1 kOhm. Die grüne darf einen höheren Vorwiderstandswert bekommen, da sie bei 1 kOhm für manchen Geschmack schon zu hell leuchtet.
 

Der eingebaute Einschub von der Vorderseite. Die Blende ist mit der Masse des PC verbunden. Andernfalls ist beim Anfassen des Potentiometers ein leichter Netzbrumm zu hören.
 

Die Lautsprecherbuchsen von der Innenseiter des PC. Im Hintergrund der Durchbruch für das Kabel zur Soundkarte. Das Kabel wird durch eine Gummitülle geführt und ist mit einem Knoten zugentlastet. Um Probleme mit Brummschleifen zu vermeiden, sind nur solche Buchsen zu verwenden, die keinen direkten Kontakt mit dem Blech herstellen. Auf die Polarität der beiden Lautsprecheranschlüsse ist zu achten, um einen vollen Stereo-Genuss zu erhalten. Normgerecht wird die Masse mit den breiten Pins der DIN-Lautsprecherstecker verbunden.
 

Die Rückseite des PC mit den beiden Lautsprecher-Eingängen.

Wenn ich Zeit habe, werde ich mal eine ordentliche Leiterplatte mit Eagle für dieses Projekt entwerfen. Zusammen mit einem Klangregelbaustein erhält man eine sehr komfortable Aktivbox für den PC.
 

 

Zuletzt aktualisiert am Samstag, den 07. März 2015 um 08:05 Uhr
 

3. Februar 2017

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