PWA2030BTL - amplificador bridged com TDA2030A

O amplificador BTL com TDA2030A sempre teve uma proposta bastante direta dentro do diyPowered: explorar a configuração em ponte de um componente clássico e conhecido, transformando dois TDA2030A em um estágio capaz de entregar uma potência consideravelmente maior do que seria possível em uma configuração convencional. A nova versão 1.1 mantém essa essência, mas leva o projeto para uma arquitetura muito mais completa e madura. 

Mais do que uma nova placa, esta atualização representa uma evolução do projeto anterior como um todo, desde o esquema elétrico até a alimentação, proteção, painel e documentação.

Nesta nova versão, o projeto passa a ser desenvolvido como um amplificador monoblock, com todos os elementos necessários para a construção de um módulo de potência completo reunidos em uma única solução. O estágio de saída continua baseado em dois TDA2030A trabalhando em configuração BTL (Bridge-Tied Load), mas agora o conjunto incorpora uma nova arquitetura de alimentação, circuito de proteção dos alto-falantes, controle de volume e interface de painel frontal. O resultado é um projeto mais organizado e completo, mantendo a simplicidade e a identidade DIY que sempre estiveram presentes no projeto original.

A configuração BTL é justamente o elemento central desta proposta. Essa arquitetura permite aproveitar de maneira mais eficiente a tensão disponível para o estágio de potência e resulta em uma potência nominal de aproximadamente 35W totais para o monoblock. É uma aplicação particularmente interessante para quem deseja explorar os limites práticos de um componente clássico sem transformar o projeto em um circuito excessivamente complexo.

Um novo esquema elétrico

O esquema da versão anterior foi completamente revisado e um novo esquema elétrico foi desenvolvido no KiCad, reorganizando os blocos funcionais e incorporando as novas características do projeto. A documentação agora representa de maneira mais clara a arquitetura completa do amplificador, incluindo os dois estágios TDA2030A, a fonte principal simétrica, a fonte auxiliar, o circuito speaker soft start e as conexões externas.

O novo esquema também evidencia uma preocupação maior com a integração entre os diferentes blocos do amplificador. A fonte principal possui sua própria etapa de retificação e filtragem, enquanto a alimentação auxiliar atende aos circuitos que não precisam da mesma capacidade de corrente do estágio de potência. Também foram mantidos recursos como o ground loop breaker, permitindo uma abordagem mais cuidadosa para o gerenciamento das conexões de terra durante a montagem do equipamento.

Uma fonte de alimentação à altura do projeto

Em um amplificador de potência, uma fonte de alimentação robusta é parte fundamental do projeto para alcançar o máximo desempenho do equipamento. Por isso, a versão 1.1 recebeu uma nova fonte de alimentação com maior capacidade de filtragem. A etapa principal utiliza retificação em ponte e um conjunto de capacitores eletrolíticos de grande valor, formando uma reserva de energia muito mais poderosa para o estágio de saída. Essa abordagem segue uma característica importante do diyPowered: quando o objetivo é construir um amplificador de potência, vale a pena dedicar atenção especial àquilo que muitas vezes fica escondido dentro do gabinete. 

Uma fonte bem dimensionada, com boa capacidade de filtragem e distribuição adequada das alimentações, contribui para que o estágio BTL possa trabalhar de maneira mais consistente e para que a placa funcione como um sistema realmente integrado, em vez de simplesmente reunir vários circuitos independentes.

Nova placa com painel frontal

A nova PCB foi desenvolvida como uma placa completa de monoblock, reunindo amplificador, alimentação, proteção e conexões em um único projeto. Mas a proposta não termina na placa principal: o projeto também inclui uma PCB de painel frontal, incorporada à panelização, onde ficam o potenciômetro de volume e os LEDs de indicação. A utilização de uma placa panelizada torna o conjunto especialmente interessante para quem pretende transformar o projeto em um equipamento final. Em vez de pensar apenas na PCB do circuito eletrônico, a placa já considera a interação com o gabinete e com o painel frontal. 

É uma pequena mudança de filosofia, mas bastante importante: o projeto deixa de ser apenas um circuito amplificador e passa a ser pensado como a base de um equipamento completo.

Observações sobre a montagem

• Use um bom excelente dissipador de calor ou compense com ventilação auxiliar (cooler)
• Monte a fonte de alimentação com todo cuidado para evitar ruídos e interferências, não poupe esforços e o projeto vai lhe surpreender
• Aperte bem os CIs no dissipador e use pasta térmica para que a transferência de calor seja eficiente
• O terra da entrada (E) é comum ao gabinete, mas não é comum ao GND do circuito! Uma chave extra (LIFT/GROUND) que está representada no esquema elétrico como 'opcional' servirá para unir os grounds, se achar necessário
• Use cabos blindados nas entradas de sinal e dê preferência para gabinetes metálicos - se optar por um gabinete plástico, recomendo forrar internamente com folhas metálicas as partes mais próximas do amplificador e aterrá-las, assim como qualquer ponto metálico 'solto' - como o corpo do potenciômetro, suporte do transformador etc. - para evitar interferências e ruídos (sim, é muito sensível se a montagem não for bem estruturada)
• Essa união é pelo GND do circuito, não pelo terra do gabinete
• Caixas acústicas de 8Ω com duas ou três vias são recomendadas, para que toda a qualidade da reprodução possa ser apreciada
• Atenção aos pontos 'comuns' do circuito, para concentrar a malha e evitar loops de terra

Baixe aqui o arquivo PDF com o esquema elétrico completo do amplificador:

PWA2030BTL - Esquema elétrico.pdf

Amplificador BTL (bridged) com TDA2030A 35W + 35W e proteção para os alto-falantes (projeto completo)

Sempre fui apaixonado por montar amplificadores de potência, pré-amplificadores e circuitos de áudio em geral. Nem sei quantos já montei até hoje, foram vários. Meus preferidos são os classe AB, por uma questão de equilíbrio entre qualidade de reprodução e custo de montagem - embora eu tenha uma forte queda pelos classe A, como já falei por aqui antes, no projeto do Pur'A.

Neste projeto, o escolhido foi o clássico circuito integrado TDA2030A, que equipou vários amplificadores comerciais - tive até um cubo de guitarra que usava ele no projeto - em configuração de ponte (bridged) simples, sem o acréscimo dos transistores externos que podem ser vistos no datasheet do componente. A ideia básica era montar um amplificador com boa potência, que fosse compacto, com uma montagem sólida e confiável, extraindo o máximo de potência sem sacrificar a qualidade. E se você conhece a linha de integrados TDA, sabe que possuem uma boa reputação até hoje, principalmente os TDA2030, TDA2040 e TDA2050. Claro que, entre os monolithic integrated circuit in Pentawatt package, ainda prefiro o LM1875, que equipava um outro amplificador que produzi por aqui há algum tempo, mas todos eles possuem características muito interessantes.

Existem outros CIs amplificadores com maior potência e qualidade que o TDA2030A - como o próprio LM1875 que citei antes - mas como possuo vários em casa, já vinha pensando em dar um destino justo para eles! Lembrando que há equivalência entre alguns TDA e LM da Pentawatt package e você poderá compará-los via datasheet para decidir qual será o melhor para o seu projeto, de acordo com a sua necessidade.

Antes de qualquer coisa, tenha muito cuidado ao realizar qualquer tipo de reparo, modificação, ajuste ou intervenção em equipamentos elétricos ou eletrônicos. Primeiramente, pela sua segurança. Não me responsabilizo por quaisquer prejuízos que você possa causar ao equipamento, a você e/ou a terceiros. Faça por sua própria conta e risco.

Montagem do amplificador

Segui o datasheet com algumas pequenas alterações que já usei anteriormente em alguns projetos com o TDA2030A, com foco em uma configuração de ponte. A alimentação vem de uma fonte simétrica com transformador toroidal, bem dimensionada e largamente filtrada - 4 capacitores de 6800uF e 2 de 2200uF na linha final - que entrega 18V + 18V em aberto com capacidade para até 5A, montada cuidadosamente para eliminar possíveis ruídos. A vantagem de uma boa reserva de potência é perceptível quando se reproduz graves e médios graves, dando a percepção de profundidade e clareza, amanteigando os ouvidos e amaciando os woofers. Os bornes de saída possuem duas conexões a mais, que são os pontos de aterramento do amplificador que poderão ser aproveitados em interconexões com outros equipamentos.

Todos os integrados são montados no mesmo dissipador de calor, isolados entre si, e com o menor espaço possível entre componentes, aumentando a eficiência do projeto. Particularmente, gosto muito de montagens P2P/PTP, ou ponto a ponto, aquelas montagens sem uma placa de circuito impresso, onde os componentes são soldados entre si mesmos ou em ilhoses, com curtas conexões. Os prós ficam por conta da simplicidade da produção, da grande efetividade na conexão dos componentes, baixo risco de interferências (trilhas sobrepostas, ruídos etc.) e os contras começam na dificuldade de uma manutenção futura e na probabilidade de erros na montagem. Nesse caso, como se trata de um projeto simples, sem muitos componentes, uma única placa de circuito impresso pode incluir todo o circuito, sem maiores dificuldades. Mas é você quem deve avaliar qual é a melhor opção para o seu projeto.

Se você nunca montou um amplificador Pentawatt package, cuidado na escolha do dissipador: esses integrados geram muito calor, precisam estar bem fixados e com pasta térmica para evitar danos térmicos e funcionamento intermitente - eles possuem proteções internas muito poderosas e ativas. Não subestime a dissipação de calor desses amplificadores: apesar da potência final deles não ser das maiores, geram muito calor e precisam de uma área considerável para manter a temperatura de trabalho segura. O gabinete que eu escolhi permitiu uma montagem muito precisa, cada componente possui um espaço muito delimitado para ser fixado e precisei medir minuciosamente cada item enquanto fazia a montagem dos circuitos.

O resultado é um amplificador com potência final de 70W em 8Ω, com uma montagem robusta e de qualidade, com um tamanho reduzido e leve, e com um visual elegante. Considere utilizar caixas acústicas de qualidade para aproveitar as características desse amplificador.

Proteção para os alto-falantes (antipop/thump)

Também incluí um circuito de proteção 'soft start' para eliminar aquele 'pop' chato do amplificador ao ser acionado, que empurra com muita força o alto-falante para frente. O funcionamento é muito simples: ao ser acionado pela fonte auxiliar (que não compartilha GND com o amplificador) o circuito temporiza cerca de 2 segundos e ativa os relés, conectando as potências aos alto-falantes. Esse circuito possui dois LEDs, um vermelho (falantes desconectados) e um azul (falantes conectados) que foram montados estrategicamente atrás de um acrílico-espelho, promovendo um efeito de fade muito bacana durante a temporização - do vermelho para o azul -  fornecendo um visual muito elegante ao projeto e servindo como indicador de 'ligado'. Na partida, as potências estão conectadas via relés aos resistores de acionamento, para evitar que a comutação seja 'seca', de 'sem carga' para os alto-falantes. Pequenos detalhes que fazem uma grande diferença e agregam valor e robustez ao projeto.

Você pode aproveitar esse esquema e aplicar o protetor em qualquer amplificador que você já possua ou até mesmo em novos projetos que vier a desenvolver.

Observações sobre a montagem

• Use um bom dissipador de calor ou compense com ventilação auxiliar (cooler)
• Monte a fonte de alimentação com todo cuidado para evitar ruídos e interferências, não poupe esforços e o projeto vai lhe surpreender
• Aperte bem os CIs no dissipador e use pasta térmica para que a transferência de calor seja eficiente
• O terra da entrada (E) é comum ao gabinete e ao GND do circuito, mas você pode isolá-los, caso prefira, a partir de uma chave extra (LIFT/GROUND) que está representada no esquema elétrico como 'opcional' e que pode ser útil em alguns casos
• Use cabos blindados nas entradas de sinal e dê preferência para gabinetes metálicos - se optar por um gabinete plástico, recomendo forrar internamente com folhas metálicas as partes mais próximas do amplificador e aterrá-las, assim como qualquer ponto metálico 'solto' - como o corpo do potenciômetro, suporte do transformador etc. - para evitar interferências e ruídos (sim, é muito sensível se a montagem não for bem estruturada)
  
• Caixas acústicas de 8Ω com duas ou três vias são recomendadas, para que toda a qualidade da reprodução possa ser apreciada
• Atenção aos pontos 'comuns' do circuito, para concentrar a malha e evitar loops de terra

Baixe aqui o arquivo PDF com o esquema elétrico completo do amplificador e se tiver alguma dúvida, comenta aqui na postagem que respondo bem rapidinho : )

Apesar de precisar concluir as laterais do gabinete, o amplificador já está pronto e tocando com muita qualidade! Como de costume, vou deixar algumas fotos atuais dele pra se ter uma ideia do tamanho do gabinete e do desafio que foi montar tudo aí dentro.

Esse vídeo demonstra o acionamento do amplificador e a proteção dos alto-falantes em ação. 

Dissipador principal e finalização das conexões

Primeiras audições (lateral ainda aberta)

Vista superior

Painel frontal

Painel traseiro

Parte inferior