Site Loader

Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294

И это реально! Усилитель, несмотря на относительную простоту, обеспечивает довольно высокие параметры. Вообще-то, по правде говоря, у “микросхемных” усилителей есть ряд ограничений, поэтому усилители на “рассыпухе” могут обеспечить более высокие показатели. В защиту микросхемы (а иначе почему я и сам ее использую, и другим рекомендую?) можно сказать:

  • схема очень простая
  • и очень дешевая
  • и практически не нуждается в наладке
  • и собрать ее можно за один вечер
  • а качество превосходит многие усилители 70-х … 80-х годов, и вполне достаточно для большинства применений (да и современные системы до 300 долларов могут ей уступить)
  • таким образом, усилитель подойдет и начинающему, и опытному радиолюбителю (мне, например, как-то понадобился многоканальный усилитель проверить одну идейку. Угадайте, как я поступил?).

В любом случае, плохо сделаный и неправильно настроенный усилитель на “рассыпухе” будет звучать хуже микросхемного. А наша задача – сделать очень хороший усилитель. Надо отметить, что звучание усилителя очень хорошее (если его правильно сделать и правильно питать), есть информация, что какая-то фирма выпускала 

Hi-End усилители на микросхеме TDA7294! И наш усилитель ничуть не хуже!!!

Основные параметры

Я специально проведу замеры параметров микросхемы и опубликую отдельно (Работа усилителя на микросхеме TDA7294 на “трудную” нагрузку). Здесь же скажу, что микросхема устойчиво работала на активную нагрузку 2…24 ома, на активное сопротивление 4 ома плюс либо емкость ~15 мкФ, либо индуктивность ~1,5 мГн. Причем на емкостной и индуктивной нагрузках (не таких сильных, как описано выше) искажения оставались малыми. Нужно отметить, что величина искажений сильно зависит от источника питания, особенно на емкостной нагрузке.

ПараметрЗначениеУсловия измерения
Рвых.макс, Вт (долговременная синусоидальная)36Напряжение питания +- 22В, Rн = 4 Ома
Диапазон частот по уровню -3 дБ9 Гц – 50 кГцRн = 8 Ом, Uвых = 4 В
Кг, % (программой RMAA 5.5)0,008Rн = 8 Ом, Рвых = 16 Вт, f = 1 кГц
Чувствительность, В0,5Рвых.макс = 50 Вт, Rн = 4 Ом, Uип = +-27 В

Схема

Схема этого усилителя – это практически повторение схемы включения, предлагаемой производителем. И это неслучайно – уж кто лучше знает, как ее включать. И наверняка не будет никаких неожиданностей из-за нестандартного включения или режима работы. Вот она, схема:

Признаюсь сразу – никаких 80-ти ватт (и тем более 100 Вт) от нее не получишь. Реально 40-60, но зато это будут честные долговременные ваты. В кратковременном импульсе можно получить гораздо больше, но это уже будет РМРО мощность, кстати, тоже честная (80-120 Вт). В “китайских” ватах это будет несколько тысяч, если кого интересует. Тысяч пять.  Тут все сильно зависит от источника питания, и позже, я напишу, как увеличить мощность, при этом улучшив еще и качество звучания. Следите за рекламой!

Описание схемы

Входная цепочка R1C1 представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), обрезающий все выше 90 кГц. Без него нельзя – ХХI век – это в первую очередь век высокочастотных помех. Частота среза этого фильтра довольно высока. Но это специально – я ведь не знаю, к чему будет подключаться этот усилитель. Если на входе будет стоять регулятор громкости, то в самый раз – его сопротивление добавится к R1, и частота среза снизится (оптимальное значение сопротивления регулятора громкости ~10 кОм, больше – лучше, но нарушится закон регулирования).

Далее цепочка R2C2 выполняет прямо противоположную функцию – не пропускает на вход частоты ниже 7 Гц. Если для вас это слишком низко, емкость С2 можно уменьшить. Если сильно увлечься снижением емкости, можно остаться совсем без низких. Для полного звукового диапазона С2 должно быть не менее 0,33 мкф. И помните, что у конденсаторов разброс емкостей довольно большой, поэтому если написано 0,47 мкф, то запросто может оказаться, что там 0,3! И еще. На нижней границе диапазона выходная мощность снижается в 2 раза, поэтому ее лучше выбирать пониже:

С2[мкФ] = 1000 / ( 6,28 * Fmin[Гц] * R2[кОм])

Резистор R2 задает входное сопротивление усилителя. Его величина несколько больше, чем по даташиту, но это и лучше – слишком низкое входное сопротивление может “не понравиться” источнику сигнала. Учтите, что если перед усилителем включен регулятор громкости, то его сопротивление должно быть раза в 4 меньше, чем R2, иначе изменится закон регулирования громкости (величина громкости от угла поворота регулятора). Оптимальное значение R2 лежит в диапазоне 33…68 кОм (большее сопротивление снизит помехоустойчивость).

Схема включения усилителя – неинвертирующая. Резисторы R3 и R4 создают цепь отрицательной обратной связи (ООС). Коэффициент усиления равен:

Ку = R4 / R3 + 1 = 28,5 раза = 29 дБ

Это почти равно оптимальному значению 30 дБ. Менять коэффициент усиления можно, изменяя резистор R3. Учтите, что делать Ку меньше 20 нельзя – микросхема может самовозбуждаться. Больше 60 его также делать не стОит – глубина ООС уменьшится, а искажения возрастут. При значениях сопротивлений, указанных на схеме, при входном напряжении 0,5 вольт выходная мощность на нагрузке 4 ома равна 50 Вт. Если чувствительности усилителя не хватает, то лучше использовать предварительный усилитель.

Значения сопротивлений несколько больше, чем рекомендовано производителем. Это во-первых, увеличивает входное сопротивление, что приятно для источника сигнала (для получения максимального баланса по постоянному току нужно чтобы R4 было равно R2). Во-вторых, улучшает условия работы электролитического конденсатора С3. И в-третьих, усиливает благотворное влияние С4. Об этом поподробнее. Конденсатор С3 последовательно с R3 создает 100%-ю ООС по постоянному току (так как сопротивление постоянному току у него бесконечность, и Ку получается равным единице). Чтобы влияние С3 на усиление низких частот было минимально, его емкость должна быть довольно большой. Частота, на которой влияние С3 становится заметной равна:

f [Гц] = 1000 / (6,28 * R3 [кОм] * С3 [мкФ] ) = 1,3 Гц

Эта частота и должна быть очень низкая. Дело в том, что С3 – электролитический полярный, а на него подается переменное напряжение и ток, что для него очень плохо. Поэтому чем меньше значение этого напряжения, тем меньше искажения, вносимые С3. С этой же целью его максимально допустимое напряжение выбирается довольно большим (50В), хотя напряжение на нем не превышает 100 милливольт. Очень важно, чтобы частота среза цепи R3С3 была намного ниже, чем входной цепи R2С2. Ведь когда проявляется влияние С3 из-за роста его сопротивления, то и напряжеине на нем увеличивается (выходное напряжение услителя перераспределяется между R4, R3 и С3 пропорционально их сопротивлениям). Если же на этих частотах выходное напряжение падает (из-за падения входного напряжения), то и напряжение на С3 не растет. В принципе, в качестве С3 можно использовать неполярный конденсатор, но я не могу однозначно сказать, улучшится от этого звук, или ухудшится: неполярный конденсатор это “два в одном” полярных, включенных встречно.

Конденсатор С4 шунтирует С3 на высоких частотах: у электролитов есть еще один недостаток (на самом деле недостатков много, это расплата за высокую удельную емкость) – они плохо работают на частотах выше 5-7 кГц (дорогие лучше, например Black Gate, ценой 7-12 евро за штуку неплохо работает и на 20 кГц). Пленочный конденсатор С4 “берет высокие частоты на себя”, тем самым снижая искажения, вносимые на них конденсатором С3. Чем больше емкость С4 – тем лучше. А его максимальное рабочее напряжение может быть сравнительно небольшим.

Цепь С7R9 увеличивает устойчивость усилителя. В принципе усилитель очень устойчив, и без нее можно обойтись, но мне попадались экземпляры микросхем, которые без этой цепи работали хуже. Конденсатор С7 должен быть рассчитан на напряжение не ниже, чем напряжение питания.

Конденсаторы С8 и С9 осуществляют так называемую вольтодобавку. Через них часть выходного напряжения поступает обратно в предоконечный каскад и складывается в напряжением питания. В результате напряжение питания внутри микросхемы оказывается выше, чем напряжение источника питания. Это нужно потому, что выходные транзисторы обеспечивают выходное напряжение вольт на 5 меньше, чем напряжение на их входах. Таким образом, чтобы получить на выходе 25 вольт, нужно подать на затворы транзисторов напряжение 30 вольт, а где его взять? Вот и берем его с выхода. Без цепи вольтодобавки выходное напряжение микросхемы было бы вольт на 10 меньше, чем напряжение питания, а с этой цепью всего на 2-4. Пленочный конденсатор С9 берет работу на себя на высоких частотах, где С8 работает хуже. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не ниже, чем 1,5 напряжения питания.

Резисторы R5-R8, конденсаторы С5, С6 и диод D1 управляют режимами Mute и StdBy при включении и выключении питания (см. Режимы Mute и StandBy в микросхеме TDA7294). Они обеспечивают правильную последовательность включения/выключения этих режимов. Правда все отлично работает и при “неправильной” их последовательности , так что такое управление нужно больше для собственного удовольствия.

Конденсаторы С10-С13 фильтруют питание. Их использование обязательно – даже с самым наилучшим источником питания сопротивления и индуктивности соединительных проводов могут повлиять на работу усилителя. При наличии этих конденсаторов никакие провода не страшны (в разумных пределах)! Уменьшать емкости не стОит. Минимум 470 мкФ для электролитов и 1 мкФ для пленочных. При установке на плату необходимо, чтобы выводы были максимально короткими и хорошо пропаяны – не жалейте припоя. Все эти конденсаторы должны выдерживать напряжение не ниже, чем 1,5 напряжения питания.

И, наконец, резистор R10. Он служит для разделения входной и выходной земли. “На пальцах” его назначение можно объяснить так. С выхода усилителя через нагрузку на землю протекает большой ток. Может так случиться, что этот ток, протекая по “земляному” проводнику, протечет и через тот участок, по которому течет входной ток (от источника сигнала, через вход усилителя, и далее обратно к источнику по “земле”). Если бы сопротивление проводников было нулевым, то и ничего страшного. Но сопротивление хоть и маленькое, но не нулевое, поэтому на сопротивлении “земляного” провода будет появляться напряжение (закон Ома: U=I*R), которое сложится со входным. Таким образом выходной сигнал усилителя попадет на вход, причем эта обратная связь ничего хорошего не принесет, только всякую гадость. Сопротивление резистора R10 хоть и мало (оптимальное значение 1…5 Ом), но намного больше, чем сопротивление земляного проводника, и через него (резистор) во входную цепь попадет в сотни раз меньший ток, чем без него.

В принципе, при хорошей разводке платы (а она у меня хорошая) этого не произойдет, но с другой стороны, что-то подобное может случиться в “макромасштабе” по цепи источник_сигнала-усилитель-нагрузка. Резистор поможет и в этом случае. Впрочем, его можно вполне заменить перемычкой – он использован исходя из принципа “лучше перебдеть, чем недобдеть”.

Микросхема TDA7293 практически такая же, как и 7294 (она подробно описана здесь). Но не совсем. В отличии от 7295 и 7296, которые являются следствием разбраковки 7294, 73-я микросхема сделана несколько по-другому. То ли это следующая, более совершенная модификация; то ли 7294 – это упрощенная версия 73-й… Это знают только производители, но тщательно скрывают. 

Во всяком случае, судя по даташиту, некоторые параметры 7293 несколько лучше, чем у 7294. Пусть и мелочь, а приятно. Например, чуть выше напряжения питания:

Сопротивление нагрузки, ОмМаксимальное напряжение питания, В
429
633
837

Кроме того, микросхема имеет несколько другую внутреннюю структуру – в нее добавлены блоки, отсутствующие в TDA7294. Причем, что очень приятно, сохранена полная совместимость по выводам с микросхемой TDA7294, что обеспечивает их взаимозаменяемость (вместо 7294 всегда и везде можно применять 7293; а вот вместо 7293 можно применять 7294 только там, где не используются ее отличительные особенности):

  1. Отключение звука при превышении температуры без отключения микросхемы (переход в режим Mute).
  2. Clip Detector, сигнализирующий об ограничении (клиппинге) сигнала.
  3. Буферный усилитель для вольтодобавки.
  4. Цепи для “параллельного” включения двух (или больше) микросхем.

Подробнее об этих вещах:

1. Если TDA7294 просто отключается, когда ее температура превышает 145 градусов, то в 7293 отключение производится в два этапа: сначала при температуре 150 градусов микросхема переходит в режим Mute, т.е. только лишь отключает звук, чтобы остыть. Если же нагрев продолжается, то при температуре 160 градусов происходит отключение всей микросхемы (я так полагаю, что это режим SdtBy). То есть, управление более гибкое, и максимальная рабочая температура выше на 5 градусов.

2. Процесс ограничения сигнала (клиппинг) вызывает изменение напряжения на выводе 5 микросхемы, причем эта цепь достаточно чувствительна, чтобы сигнализировать вовремя, когда перегрузка еще не велика. Про работу этой цепи я напишу отдельно.

3. Работа цепи вольтодобавки объясняется в описании усилителя на TDA7294. Ее недостаток в том, что напряжение для подпитки микросхемы отбирается прямо с выхода усилителя. Т.е. к выходу помимо нагрузки подключается еще дополнительный шибко нелинейный потребитель, отбирающий выходной ток. Пусть этот ток имеет небольшую величину, но если требуется получать коэффициент гармоник порядка 0,005%, то этот ток должен составлять 0,001% от выходного. А это не так. В 7293 между выходом усилителя и цепью вольтодобавки включен буферный усилитель. При этом ток, отбираемый от выхода снижается во много раз, как и влияние цепи вольтодобавки на качество звучания (т.е. происходит как бы разделение труда – для нагрузки свой усилитель, для вольтодобавки – свой).

4. Для увеличения выходного тока, микросхемы можно соединить “параллельно”. Причем если использовать обычное настоящее параллельное соединение, то получится плохо: из-за того, что микросхемы хоть чуть-чуть отличаются друг от друга, они и работать будут по-разному, неизбежные при этом фазовые (и еще какие-нибудь) сдвиги ухудшат и звучание, и режим работы микросхем. Здесь же правильнее говорить не “параллельная работа”, и даже не “совместная”. В английском варианте это называется “master-slave” – “ведущий-ведомый” (правильный перевод “хозяин-раб”, но в советские времена такие слова употреблять было нельзя, и называли “мастер-помошник”). Одна из микросхем при этом работет как обычно (ведущая), а у второй (ведомой) отключаются почти все ее потроха, за исключением мощного выходного каскада. Сам выходной каскад подключается параллельно выходному каскаду ведущей микросхемы. Т.е. грубо говоря, просто запараллеливаются выходные транзисторы, которые дополнительно “берутся” из второй микросхемы. Через каждую микросхему при этом протекает половина выходного тока, и, следовательно, общий ток нагрузки (и выходная мощность) может быть в 2 раза больше (или в 3…), чем у одной микросхемы. Это хорошо при работе на низкоомную (или сильно реактивную) нагрузку, и об этом я напишу отдельно.

А так схема усилителя отличается от схемы на TDA7294 только тем, что конденсаторы С8С9 подключены не к выходу (вывод 14), а к специальному выводу 12 BootLoad (который у 7294 не используется):

Источник питания

Усилитель питается двухполярным напряжением (т.е. это два одинаковых источника, соединенных последовательно, а их общая точка подключена к земле).

Минимальное напряжение питания по даташиту +- 10 вольт. Я лично пробовал питать от +-14 вольт – микросхема работает, но стОит ли так делать? Ведь выходная мощность получается мизерной! Максимальное напряжение питания зависит от сопротивления нагрузки (это напряжение каждого плеча источника):

Сопротивление нагрузки, ОмМаксимальное напряжение питания, В
427
631
835

Эта зависимость вызвана допустимым нагревом микросхемы. Если микросхема установлена на маленьком радиаторе, напряжение питания лучше снизить. Максимальная выходная мощность, получаемая от усилителя приблизительно описывается формулой:

где единицы: В, Ом, Вт (я отдельно исследую этот вопрос и опишу), а Uип – напряжения одного плеча источника питания в режиме молчания.

Мощность блока питания должна быть ватт на 20 больше, чем выходная мощность. Диоды выпрямителя рассчитаны на ток не менее 10 Ампер. Емкость конденсаторов фильтра не менее 10 000 мкФ на плечо (можно и меньше, но максимальная мощность снизится а искажения возрастут).

Нужно помнить, что напряжение выпрямителя на холостом ходу в 1,4 раза выше, чем напряжение на втоичной обмотке трансформатора, поэтому не спалите микросхему! Простая, но довольно точная программа для расчета блока питания. И не забывайте, что для стереоусилителя нужен вдвое более мощный блок питания (при расчете по поредлагаемой программе все учитывается автоматически).

Обязательно должен быть предохранитель как минимум в первичной обмотке трансформатора! Помните, что высокое напряжение опасно для жизни, а короткое замыкание может привести к пожару!
В цепь “земли” предохранитель включать нельзя!

От импульсного источника схема тоже работает, но тут высокие требования предъявляются к самому источнику – малые пульсации, возможность отдавать ток до 10 ампер без проблем, сильных “просадок” и срывов генерации. Помните, что высокочастотные пульсации подавляются микросхемой гораздо хуже, поэтому уровень искажений может повысится в 10-100 раз, хотя “на вид” там все в порядке. Хороший импульсный источник, пригодный для Hi-Fi аудио – это сложное и недешевое устройство, поэтому изготовить “старомодный” аналоговый блок питания будет зачастую проще и дешевле.

Конструкция и детали

Весь набор документации (печатная плата в формате Sprint-Layout 4.0, схема в формате pdf, расположение деталей на плате в формате gif) упакованный в архив zip ~ 120 кбайт.

Печатная плата односторонняя и имеет размеры 65х70 мм:

Не пугайтесь внешнего вида, это делал начинающий радиолюбитель под моим руководством. Для первого раза получилось очень даже неплохо. Кстати, как видите сборка хорошего усилителя под силу даже начинающему! (На фото показана плата с микросхемой 7293, отличающаяся только расположением конденсаторов С8, С9).

Плата разведена с учетом всех требований, предъявляемых к разводке высококачественных усилителей. Вход разведен максимально далеко от выхода, и заключен в “экран” из разделенной земли – входной и выходной. Дорожки питания, обеспечивают максимальную эффективность фильтрующих конденсаторов (при этом длинна выводов конденсаторов С10 и С12 должна быть минимальна). В своей экспериментальной плате я установил клемники для подключения входа, выхода и питания – место под них предусмотрено (может несколько мешать конденсатор С10), но для стационарных конструкций лучше все эти провода припаять – так надежнее.

Широкие дорожки кроме низкого сопротивления обладают еще тем преимуществом, что труднее отслаиваются при перегреве. Да и при изготовлении “лазерно-утюжным” методом если где и не “пропечатается” квадрат 1 мм х 1 мм, то не страшно – все равно проводник не оборвется. Кроме того, широкий проводник лучше держит тяжелые детали (а тонкий может просто отклеиться от платы).

Дорожки рекомендуется облудить – и сопротивление меньше, и коррозия.

На плате всего одна перемычка. Она лежит под выводами микросхемы, поэтому ее нужно монтировать первой, а под выводами оставить достаточно места, чтобы не замкнуло.

Резисторы все, кроме R9 мощностью 0,12 Вт, Конденсаторы С9, С10, С12 К73-17 63В, С4 я использовал К10-47в 6,8 мкФ 25В (в кладовке завалялся… С такой емкостью даже без конденсатора С3 частота среза по цепи ООС получается 20 Гц – там, где не нужно глубоких басов, одного такого конденсатора вполне достаточно). Однако я рекомендую все конденсаторы использовать типа К73-17. Использование дорогих “аудиофильских” я считаю неоправданным экономически, а дешевые “керамические” дадут худший звук (это по идее, в принципе – пожалуйста, только помните, что некоторые из них выдерживают напряжение не более 16 вольт и в качестве С7 их использовать нельзя). Электролиты подойдут любые современные. На плате нанесена полярность подключения всех электролитических конденсаторов и диода. Диод – любой маломощный выпрямительный, выдерживающий обратное напряжение не менее 50 вольт, например 1N4001-1N4007. Высокочастотные диоды лучше не использовать.

В углах платы предусмотрено место для отверстий крепежных винтов М3 – можно крепить плату только за корпус микросхемы, но все же надежнее еще и прихватить винтами.

Микросхему обязательно установить на радиатор площадью не менее 350 см2. Лучше больше. В принципе в нее встроена тепловая защита, но судьбу лучше не искушать. Даже если предполагается активное охлаждение, все равно радиатор должен быть достаточно массивным: при импульсном тепловыделении, что характерно для музыки, тепло более эффективно отбирается теплоемкостью радиатора (т.е. большая холодная железка), нежели рассеиванием в окружающую среду.

Металлический корпус микросхемы соединен с “минусом” питания. Отсюда возникают два способа установки ее на радиатор:

  1. Через изолирующую прокладку, при этом радиатор может быть электрически соединен с корпусом.
  2. Напрямую, при этом радиатор обязательно электрически изолирован от корпуса.

Первый вариант рекомендуется, если вы собираетесь ронять в корпус металлические предметы (скрепки, монеты, отвертки), чтобы не было замыкания. При этом прокладка должна быть по возможности тоньше, а радиатор – больше.

Второй вариант (мой любимый) обеспечивает лучшее охлаждение, но требует аккуратности, например не демонтировать микросхему при включенном питании.

В обоих случаях нужно использовать теплопроводящую пасту, причем в 1-м варианте она должна быть нанесена и между корпусом микросхемы и прокладкой, и между прокладкой и радиатором.

Налаживание усилителя

Общение в интернете показывает, что 90% всех проблем с аппаратурой составляет ее “неналаженность”. То есть, спаяв очередную схему, и не сумев ее наладить, радиолюбитель ставит на ней крест, и вовсеуслышанье объявляет схему плохой. Поэтому наладка – самый важный (и зачастую самый сложный) этап создания электронного устройства.

Правильно собранный усилитель в налаживании не нуждается. Но, поскольку никто не гарантирует, что все детали абсолютно исправны, при первом включении нужно соблюдать осторожность.

Первое включение проводится без нагрузки и с отключенным источником входного сигнала (лучше вообще закоротить вход перемычкой). Хорошо бы в цепь питания (и в “плюс” и в “минус” между источником питвния и самим усилителем) включить предохранители порядка 1А. Кратковременно (~0,5 сек.) подаем напряжение питания и убеждаемся, что ток, потребляемый от источника небольшой – предохранители не сгорают. Удобно, если в источнике есть светодиодные индикаторы – при отключении от сети, светодиоды продолжают гореть не менее 20 секунд: конденсаторы фильтра долго разряжаются маленьким током покоя микросхемы.

Если потребляемый микросхемой ток большой (больше 300 мА), то причин может быть много: КЗ в монтаже; плохой контакт в “земляном” проводе от источника; перепутаны “плюс” и “минус”; выводы микросхемы касаются перемычки; неисправна микросхема; неправильно впаяны конденсаторы С11, С13; неисправны конденсаторы С10-С13.

Убедившись, что с током покоя все ОК, смело включаем питание и измеряем постоянное напряжение на выходе. Его величина не должна превышать +-0,05 В. Большое напряжение говорит о проблемах с С3 (реже с С4), или с микросхемой. Бывали случаи, когда “межземельный” резистор либо был плохо пропаян, либо вместо 3 Ом имел сопротивление 3 кОм. При этом на выходе была постоянка 10…20 вольт. Подключив к выходу вольтметр переменного тока, убеждаемся, что переменное напряжение на выходе равно нулю (это лучше всего делать с замкнутым входом, или просто с неподключенным входным кабелем, иначе на выходе будут помехи). Наличие на выходе переменного напряжения говорит о проблемах с микросхемой, или цепями С7R9, С3R3R4, R10. К сожалению, зачастую обычные тестеры не могут измерить высокочастотное напряжение, которое появляется при самовозбуждении (до 100 кГц), поэтому лучше всего здесь использовать осциллограф.

Если и тут все в порядке, подключаем нагрузку, еще раз проверяем на отсутствие возбуждения уже с нагрузкой, и все – можно слушать!

Но лучше все же провести еще один тест. Дело в том, что самым, на мой взгляд, мерзким видом возбуждения усилителя, является “звон” – когда возбуждение появляется только при наличии сигнала, причем при его определенной амплитуде. Потому что его трудно обнаружить без осциллографа и звукового генератора (да и устранить непросто), а звук портится коллосально из-за огромных интермодуляционных искажений. Причем на слух это обычно воспринимается как “тяжелый” звук, т.е. без всяких дополнительных призвуков (т.к. частота очень высокая), поэтому слушатель и не знает, что у него усилитель возбуждается. Просто послушает, и решит, что микросхема “плохая”, и “не звучит”.При правильной сборке усилителя и нормальном источнике питания такого быть не должно.

Однако иногда бывает, и цепь С7R9 как раз и борется с такими вещами. НО! В нормальной микросхеме все ОК и при отсутствии С7R9. Мне попадались экземпляры микросхемы со звоном, в них проблема решалась введением цепи С7R9 (поэтому я ее и использую, хоть в даташите ее и нет). Если подобная гадость имеет место даже при наличии С7R9, то можно попробовать ее устранить, “поигравшись” с сопротивлением (его можно уменьшить до 3 Ом), но я бы не советовал использовать такую микросхему – это какой-то брак, и кто его знает, что в ней еще вылезет.

Проблема в том, что “звон” можно увидеть только на осциллографе, при подаче на усилитель сигнала со звукового генератора (на реальной музыке его можно и не заметить) – а это оборудование есть далеко не у всех радиолюбителей. (Хотя, если хотите эти делом хорошо заниматься, постарайтесь такие приборы заметь, хотя бы где-то ими пользоваться). Но если желаете качественного звука – постарайтесь провериться на приборах – “звон” – коварнейшая вещь, и способен повредить качеству звучания тысячей способов.

Заметно лучшим качеством обладает Инвертирующий Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294 / TDA7293.

10.12.2005

«Особые» схемы усилителей на TDA7294 / TDA7293

В этой статье я представлю три схемы, использующие микросхему TDA7294 / TDA7293 в “нетрадиционных” включениях. Все эти схемы имеют одну цель – увеличить выходную мощность.

Мне они все не нравятся и вот почему: они используются тогда, когда просто микросхема сама по себе уже не тянет. Тогда добавляем всякие прибамбасы и вытягиваем из микросхемы еще чуть-чуть. Так вот, мне не нравится ситуация, когда “микросхема уже не тянет”. Это как автомобиль – забуксовал, и не тянет. Тогда два здоровых мужика начинают его толкать, и в такой новой системе (автомобиль + мужики) автомобиль все же едет. Разве это хорошо? То есть, если хочется получить больше, чем может дать микросхема, то вместо того, чтобы ее насиловать, выжимая последние крохи, лучше сделать какую-нибудь другую схему, которая легко справится с работой. И не стОит забывать, что все на свете небесплатно. За все эти увеличения мощности всегда расплачиваемся ухудшением качества звучания.

Не нужно воспринимать мои слова как категорическое “нет”. Типа, так делать плохо и вообще неправильно. По определению: “Правильный – приводящий к поставленной цели”. Так что смотря какая цель… Если ставить целью собрать именно мостовой усилитель, то почему бы нет – и просто и работает. Вообще любая техника – плод компромиссов и оптимизаций. И вполне могут возникать ситуации, когда одна из этих схем вас очень выручит.

Один из моих корреспондентов написал, что очень широко использует включение микросхемы TDA7294 с дополнительными выходными транзисторами. Он делает аппаратуру для озвучивания культурно-массовых мероприятий на открытом воздухе. Для каждого мероприятия изготавливается несколько колонок с профессиональными динамиками. И в каждую колонку ставится такой вот усилитель. Качество его ниже, но этого качества вполне хватает. Зато и мощность получается побольше, так, что ее тоже вполне хватает. И не нужно беспокоиться, что на солнышке все перегреется и погорит – выходные транзисторы берутся с нехилым запасом по мощности (две пары 150-ваттных транзисторов).

Лично я больше сторонник качества, и сторонник того, чтобы каждый элемент в схеме занимался своим делом – если уж вешать дополнительные транзисторы, то в ту схему, которая специально для этого разработана. Поэтому некоторые из описанных устройств я скорее всего (для себя лично) никогда делать не буду. Но постараюсь дать рекомендации по их улучшению. Те схемы, которые я все же соберу и исследую, я опишу в другой статье.

Да, и еще. Я не буду каждую из трех схем описывать “с нуля”. Я рассчитываю, что читатель прочтет всю статью от начала и до конца, поэтому, например, в 3-м разделе буду вовсю использовать формулы, приведенные в 1-м.

И на закуску пара слов про выходную мощность. Все эти огромные цифры – сотни ватт – которые сопровождают подобные схемы, это, мягко говоря, преувеличение. Мощность, указанная в техническом описании производителя достижима в действительности (производитель тут врать не станет). Но она получается при питании усилителя от очень качественного стабилизированного источника. Один такой источник стОит дороже, чем целый усилитель, гораздо лучший, чем на микросхеме TDA7294 / TDA7293. Откуда берутся те 150…250 Вт, которые указывают авторы статей – ума не приложу. Скорее всего, выходная мощность авторами не измеряется, а вычисляется по очень упрощенной формуле, не учитывающей просадку напряжения питания (т.е. уменьшение напряжения питания при увеличении потребляемого от блока питания тока).

Я указываю реальную выходную мощность, т.е. такую, которую можно получить он нормального (не слишком дорогого но и не примитивного) источника питания.

Позволяет увеличить мощность на высокоомной нагрузке. Для любого усилителя мощность в нагрузке можно посчитать так:

Здесь U – напряжение на нагрузке, R – сопротивление нагрузки.

Это если использовать так называемое действующее значение напряжения (подробнее про действующее значение можно почитать в статье Маломощный блок питания). Если говорить о максимально возможной выходной мощности усилителя, которая ограничивается напряжением питания, то лучше пользоваться формулой для амплитудных (максимальных) значений:

Здесь R – сопротивление нагрузки, а Um – максимальное выходное напряжение усилителя (амплитуда, т.е. самая-самая верхушка синусоиды), которое на пару вольт меньше его напряжения питания. Пользоваться амплитудным значением здесь удобнее, потому что именно оно получается из напряжения питания. А если учесть падение напряжения на выходных транзисторах усилителя и просадку напряжения питания, получаем довольно близкую к реальности формулу:

Внимание! Дальше я использую эту формулу везде где она применима!

Например, на нагрузке 8 Ом (подробнее про допустимое питание и другие свойства микросхемы см. Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294) получается максимальная мощность 43 Вт. Не густо.

Мостовое включение позволяяет практически удвоить напряжение на нагрузке. Вот как устроен и работает мост (слева обычный усилитель, справа – мостовой):

В обычном усилителе один конец нагрузки “привязан” к земле. И напряжение на нагрузке равно выходному напряжению усилителя (усилитель “раскачивает” нагрузку “только за один конец”, т.е. не сильно). В мостовом включении добавляется еще один точно такой ж усилитель, но работающий в противофазе с первым: когда у первого на выходе “+”, у второго на выходе точно такое же напряжение, только со знаком “-” и наоборот. Нагрузка с землей не соединена (если соединить – короткое замыкание обеспечено!), а подключена между выходами обоих усилителей. Поэтому по сравнению с одиночным усилителем, который “раскачивает” нагрузку “только с одной стороны”, мостовой “качает” ее “с двух сторон в противоположных направлениях”. На схеме справа на одном конце нагрузки относительно земли напряжение +26 вольт, а на другом -26 вольт также относительно земли. Значит между двумя концами нагрузки напряжение (оно равно разности напряжений на ее концах): Uнагр = +26 – ( -26 ) = 26 + 26 = 52 вольта.

Раз напряжение на нагрузке возрасло в 2 раза, то мощность в нагрузке возрастет в 4 раза по сравнению с формулой (3). На самом деле, рост мощности будет несколько ниже из-за увеличения падения напряжения на микросхеме и просадок напряжения питания. Но повышение выходной мощности в 3…3,5 раза – это реально.

Раз напряжение на нагрузке повышается вдвое, то и ток нагрузки возрастает во столько же раз. Поэтому, чтобы не перегрузить микросхему током, мостовое включение можно использовать только для нагрузки с сопротивлением от 8 Ом и выше. С 6-ти омной нагрузкой микросхемы будут перегружаться на большой мощности (а если на этой большой мощности не слушать, то зачем все это городить?) и качество звука может сильно упасть. На нагрузке 4 Ома что-нибудь может и сгореть. А вот если сопротивление нагрузки 16 Ом, то такое включение уже можно и рекомендовать – по другому на такой нагрузке большую мощность не получишь.

Схема мостового включения взята из даташита (помните, что для него нужно иметь две микросхемы?). Все, которые я встречал в литературе, так или иначе ее повторяют (а изобрести тут что-то новое сложно):

Несколько советов для повышения качества звучания, надежности и устойчивости:

  1. Резисторы R1 и R2 должны иметь как можно более одинаковое сопротивление.
  2. В цепи питания вместо конденсаторов 0,22 мкФ лучше использовать конденсаторы емкостью не менее 1 мкФ. Причем неэлектролитические (например пленочные К73-17).
  3. Напряжение конденсаторов в цепи питания 50 вольт для электролитов и 63 вольта для пленочных.
  4. Все конденсаторы емкостью 22 мкФ заменить на 47…100 мкФ х 50 В (их 4 штуки). Можно и большей емкости, но разницы очень мало.
  5. Емкость нижнего по схеме конденсатора 0,56 мкФ (подключен к выводу 3 нижней микросхемы) по возможности увеличить (но электролитический не ставить). Качество конденсатора практически не имеет значения. “Плохие” керамические все же лучше не использовать, но и дорогие “аудиофильские” ставить абсолютно не нужно.
  6. Параллельно электролитам, включенным между выводами 6 и 14 микросхем подключить пленочные конденсаторы емкостью не менее 0,68 мкФ.
  7. Если усилитель предназначен для сабвуфера, то емкость входного конденсатора нужно увеличить до 1 мкФ.
  8. Печатные проводники питания делать минимальной длинны и максимальной ширины.
  9. С выхода каждой из микросхем на землю пустить цепочку, состоящую из последовательно соединенного резистора 8,2 Ом 0,5 Вт и конденсатора (неэлектролита!) 0,1 мкФ на напряжение не менее 63 вольт.

Это схема для TDA7294. На микросхеме TDA7293 все то же самое, но конденсатор вольтодобваки подключается своим отрицательным выводом не к 14-му выводу микросхемы, а к 12-му. И в конструкции лучше использовать обе микросхемы одного типа.

Поскольку на каждую микросхему приходится “половина” сопротивления нагрузки, то напряжение питания нужно выбирать также для “половины” нагрузки: +-27 В для нагрузки 8 Ом; +-31 В для нагрузки 12 Ом и т.д.

Микросхемы можно ставить на один общий радиатор (не нужно друг от друга изолировать).

Только для микросхемы TDA7293! Из микросхем TDA7294 подходит только та, которая имеет в маркировке букву “S” (TDA7294S). Она также может “параллелиться”, но может попасться “левая” микросхема, имеющая букву “S” в маркировке, но не имеющая нужных цепей – будьте осторожны!!!

В отличие от мостового включения, которое позволяло увеличить напряжение на нагрузке, “параллельное” включение позволяет повысить ток в нагрузке. Точнее, через каждую микросхему протекает теперь половина тока нагрузки, а значит ее (микросхемы) работа облегчается. Поэтому такое включение применяется для низкоомной нагрузки. В принципе, при параллельном включении можно использовать нагрузку сопротивлением всего 2 Ома, но такая низкоомная нагрузка очень неудобна: сопротивления всяких проводов-контактов начинает сильно влиять, и на всех этих проводах-контактах будет теряться до 20% мощности. Весь выигрыш потеряем!

А при работе на 4 Ома, поскольку через каждую микросхему течет только половина тока нагрузки, получается, что эквивалентная нагрузка каждой микросхемы вдвое выше, чем реальная, и равна 8 Ом. А значит мы можем увеличить напряжение питания, повысить тем самым выходное напряжение и выходную мощность! При четырехомной нагрузке можно подать питание +-40 вольт и получить мощность 100…120 Вт (это для TDA7293, для TDA7294S напряжение питания нужно брать +-35 вольт и мощность будет около 80 Вт)! Особенно это приятно низкоомным сабвуферам, которые могут требовать приличный импульсный ток.

Итак, что мы выигрываем?

Подаем большее напряжение питания (как для удвоеной нагрузки) и получаем бОльшую выходную мощность.

А в чем проигрываем?

А вот тут, как раз, почти не в чем! Только используем 2 микросхемы вместо одной. Ну и более мощный блок питания, но это и так естественно для более мощного усилителя. Насколько я понимаю производителей, в таком включении паралелятся выходные каскады двух микросхем. Это вполне нормальная процедура в усилителях, и ничего плохого в этом нет. Более того, раз производители эту возможность сами ввели, то уж наверняка там все сделано хорошо.

При “запараллеливании” микросхем используется включение “мастер-помощник”.

Английский термин “master-slave” дословно переводится “хозяин-раб”. С точки зрения смысла, этот термин наиболее точен: вторая микросхема (которая “slave”) не имеет никакой собственной воли, и делает только, что ей задаст “хозяин”. Не больше и не меньше. Ни шагу в сторону. Но в советские времена цензура не допускала такого “антисоветского” названия, и назвали более политкорректно – “мастер-помощник” (тогда еще TDA7293 не выпускалась, но термин широко употреблялся в триггерах). Мне такое название не только привычно, но и больше нравится: мастер, он главный, и правильно делает сложное дело, а помощник ему в этом просто помогает. Так что дальше я буду использовать “советское” название.

Микросхема, работающая мастером (главная, ведущая), включена как обычно по схеме неинвертирующего усилителя. А вот у второй микросхемы, работающей помощником (вспомогательной, ведомой), вывод 4 подключен к “минусу” источника питания. При этом внутри нее отключаются почти все цепи, кроме выходного каскада на который подается сигнал изнутри микросхемы-мастера. Для этого обе микросхемы соединяются своими выводами 11 (схема из даташита, в ней нужное соединение показано более толстой линией):

Есть небольшой шанс, что все не так просто, как я думаю, а несколько хуже (в смысле искажений), но это нужно исследовать. Может быть, что “параллелится” и последний каскад усилителя напряжения (хоть это и маловероятно). При этом искажения растут сильнее, чем при запараллеливании только выходных транзисторов. Я обязательно соберу эту схему и поизучаю ее, вот только когда…

Пока что рекомендации по улучшению этой схемы:

  1. Емкость входного конденсатора 0,56…0,68 мкФ, а для сабвуфера 1 мкФ (это если этот конденсатор не использовать как сабсоник-фильтр).
  2. С2 = 100 мкФ х 50В (минимум на 35В).
  3. С5 = 100 мкФ х 50В.
  4. В цепи питания вместо конденсаторов 100nF лучше использовать конденсаторы емкостью не менее 1 мкФ 63В. Причем неэлектролитические (например пленочные К73-17).
  5. В цепи питания не обязательно использовать отдельные коденсаторы на каждую микросхему. Если микросхемы установлены близко, и проводники питания у них короткие и широкие, то можно и по одному конденсатору (электролит + пленка) на плечо. Но емкость электролитов удваиваем.
  6. Параллельно С5 подключить пленочный конденсатор емкостью не менее 0,68 мкФ.
  7. С10 должен быть рассчитан на напряжение не менее 50В.
  8. Важно! Проводники, идущие от выходов микросхем (выводы 14), а также верхняя обкладка С10, проводник, идущий к нагрузке, и проводник, идущий к резистору R3 (цепь ООС) должны соединяться в одной точке. Т.е. одна общая точка для 5-ти проводников.

По идее, подобным образом параллельно можно соединить и 3 и 4 микросхемы (один мастер и несколько помощников), но это уже не так хорошо: во-первых, напряжение питания поднимать практически некуда, и прибавление выходной мощности будет мизерным. Во-вторых, “мастеру” уже труднее будет управлять несколькими “помощниками” (у которых есть свои входные токи и емкости), и он может начать искажать сигнал.

И не забывайте: чтобы усилитель мог отдать в нагрузку большой ток, ему этот ток вначале должен предоставить источник. А если источник слаб… Не экономьте на конденсаторах фильтра питания.

Это моя нелюбимая схема. Если предыдущие включения были предусмотрены производителем, то эта – нет. Конечно, так можно «довесить» любую микросхему, и TDA7294 / TDA7293 в том числе, но по моему все эти довески – от лукавого.

Как и “параллельная” схема, эта предназначена для низкоомной нагрузки, но в ней бОльшая часть выходного тока снимается не с микросхемы, а поставляется в нагрузку дополнительными биполярными транзисторами. А микросхема ими только управляет.

Эта схема предназначена для работы с низкоомной нагрузкой и известна как «схема Чивильча» (Радио №11, 2005 год, взята прямо оттуда, а другие схемы – очень похожи и имеют тот же принцип). Эта конкретная схема имеет много косяков и слабых мест, которые надо исправлять. Список исправлений из 15 (!) пунктов прилагается.

Усилитель на TDA 7294 дополняется двумя мощными выходными транзисторами, работающими в режиме В. Они усиливают выходной ток микросхемы, поэтому на микросхеме рассеивается меньшая мощность, а значит, можно поднять напряжение питания, чтобы получить побольше мощность в нагрузке (также, как и в “параллельной” схеме).

В состоянии покоя выходные (я так теперь буду называть навесные биполярные транзисторы – теперь они выходные) транзисторы закрыты и тока от источника питания не потребляют. При небольшом уровне сигнала (до ~0,5 вольт на нагрузке) транзисторы не открываются, а выходной сигнал протекает с выхода микросхемы в нагрузку через резистор R7 (т.е. микросхема пыхтит одна, да еще и не просто так, а через резистор). При этом на нем появляется напряжение. С ростом уровня сигнала напряжение на R7 растет, и когда оно достигает ~0,7 вольт (это соответствует мощности 30…50 мВт на нагрузке 4 Ома), выходные транзисторы начинают открываться. При маленьких выходных напряжениях выходные транзисторы закрыты. При небольших напряжениях транзисторы открываются только на пиках громкости на непродолжительное время. По мере роста выходного сигнала (если прибавить громкость), выходники «все чаще» включаются в работу, беря на себя питание нагрузки. При этом от микросхемы в нее (нагрузку) поступает только 5…15% мощности (и еще ~10% от выходной мощности микросхема тратит на питание выходных транзисторов). Выходные транзисторы работают в классе В (а если честно, то в классе С, т.к. их угол отсечки составляет больше 180 градусов, но не буду пугать народ). Т.е. они работают по-очереди: когда один из них открыт, другой закрыт. Например верхний транзистор открывается положительным напряжением, а нижний – отрицательным. При маленьком выходном напряжениии они оба закрыты. Когда же дополнительный выходной транзистор открыт, то ток в нагрузку течет в основном через него. А микросхема при этом не столько питает нагрузку, сколько управляет работой этого дополнительного транзистора.

Таким образом, можно работать на низкоомной нагрузке и получить на ней максимум напряжения и тока без перегрева микросхемы. В отличие от “параллельного” включения, здесь микросхема выполняет роль предварительного каскада, а основной мощностью управляют дополнительные транзисторы. А так как транзисторы работают в режиме класса В, то и они сильно не греются. Вроде бы все в шоколаде. Но есть недостатки, и немалые, если говорить о высоком качестве звука.

Недостатки.

  • Поскольку напряжение на микросхеме ограничено уровнем 40 Вольт, то сильно повысить питание (а значит и выходную мощность) не удастся. Для нагрузки сопротивлением 4 Ома это увеличение будет примерно с 50 Вт до 80…100 Вт. Если использовать TDA7293, которая допускает бОльшие напряжения питания, то можно дотянуть до 110 Вт.
  • Дополнительные транзисторы вносят свою нелинейность, поэтому общие искажения по сравнению с одной только микросхемой возрастут.
  • При открывании/закрывании выходных транзисторов, дополнительно (по сравнению с просто микросхемой) образуются так называемые коммутационные искажения – неуправляемые импульсы тока коллектора, а также искажения «ступенька». Причем довольно большие. А поскольку быстродействие микросхемы невелико, она плохо справляется с подавлением таких искажений (при помощи ООС).
  • Для работы в те моменты, когда выходные транзисторы закрыты, и микросхема без них трудится в одиночку, от микросхемы требуется более высокое быстродействие (по частоте и скорости нарастания выходного напряжения), чем в обычном состоянии.

Этот последний пункт поясню особо. Вот осциллограммы напряжения на нагрузке (синяя линия) и на выходе микросхемы (красная линия).

Хорошо видно, что начальные участки (близкие к нулю) красной линии более вертикальны, чем синей. Здесь выходные транзисторы еще не работают, и микросхеме приходится «работать шустрее», чтобы питать нагрузку не напрямую, а через резистор R7 (я не хочу подробно описывать причины – лень вдаваться в теорию, это еще на пару страниц, если подробно). При напряжении ~0,8 вольт выходники открываются, и выходной сигнал микросхемы начинает повторять выходной сигнал всего усилителя, только 0,8 вольтами выше.

На самом деле, этот начальный участок не такой крутой – это я его слегка преувеличил для наглядности. Но ведь и микросхема довольно медленная а ей приходится компенсировать при помощи ООС все эти высокочастотные «бяки». Из-за сравнительно низкой частоты первого полюса микросхемы, на высоких частотах глубина ООС заметно снижается, и ей трудно справляться с возросшими искажениями. Поэтому общие искажения всего усилителя получаются значительно больше, чем у просто микросхемы.

Я когда-то собирал подобные системы на быстродействующих ОУ, дополненных высокочастотными выходными транзисторами (т.е. чтобы и на высоких все получше работало). Как системы начального уровня они звучали неплохо. Качество звучания (и уровень искажений) здесь сильно зависят от сопротивления резистора R7. Чем оно меньше – тем лучше. Но с другой стороны, чем меньше это сопротивление, тем позже (при росте сигнала) открываются навесные выходники, а значит, тем больше нагрузка на микросхему. Т.е. чем больше разгружаем микросхему – тем больше теряем качество. Повышая качество – нагружаем микросхему. Максимум качества придется на максимум нагрузки, если выходники вообще не будут включаться (т.е. если их не будет вообще!). Результаты получались гораздо лучше, когда выходники выводились из режима В (на них подавалось напряжение смещения и появлялся ток покоя). При этом выходной сигнал самой микросхемы становился «красивее», и звучание лучше, чем даже при маленьком сопротивлении R7 в режиме В.

Если пойти по такому пути: задать выходным транзисторам начальное смещение, которое улучшит звук, поменять схему управления этими транзисторами, чтобы повысить выходное напряжение, поменять микросхему на быстродействующий качественный ОУ, то мы придем совсем к другому усилителю. Он будет иметь гораздо лучшее качество и более высокую выходную мощность, но не будет содержать микросхему TDA7294. 

Несмотря на то, что мне лично такое включение не нравится, ему находится применение, и тут я согласен с теми, кто так делает – в их случае это действительно самое оптимальное решение. Один вариант – сабвуфер, работающий на 4-омную нагрузку, причем его мощность 50…60 Вт. Для одной только микросхемы это уже на пределе. Умощненная микросхема как раз легко такую мощность дает. Второй вариант – НЧ/СЧ канал двухполосного усилителя (ВЧ канал сделан на TDA7294 без умощнения) – биампинг – для озвучки помещения. Опять же, мощность 50 Вт получается без проблем, и работа 18 часов в сутки ежедневно в любую погоду (даже летом в жару) проходит легко – микросхема не нагружена. И работа на сравнительно низких частотах усилителю дается легко. Третий вариант – озвучка культурно-развлекательных мероприятий на открытом воздухе. Там усилитель может стоять под открытым небом на солнцепеке, и нормально работать. А снижение качества звучания никто не заметит – ведь все культурно развлекаются (пивом, например).

Так что, если кто все же хочет сделать эту схему, несколько советов.

В качестве выходных можно использовать только биполярные транзисторы! У полевых для открывания нужно приложить большое напряжение – порядка 4 вольт, а то и больше (независимо от того, “вертикальные” это полевики, или “горизонтальные”). А это напряжение образуется на резисторе R7. Его мощность при этом должна быть минимум 5 Вт, греться он будет соответственно. А, главное, на малой мощности (до этих самых примерно 5 Вт) будет работать только одна микросхема без выходников. Да еще и не напрямую, а через резистор! И ей будет намного тяжелее…
  1. Снижение качества наименее заметно на низких частотах (ООС там работает на полную да и быстродействия микросхемы и транзисторов хватает), поэтому для сабвуферов схема годится.
  2. Не превышайте напряжение питания. 40 вольт – максимум (для TDA7293 максимум 44 вольта.). Низкое (ниже 28) использовать нет смысла – пропадают все преимущества: выходная мощность ведь ограничена питанием и при таком напряжении выходит маленькой.
  3. С2 увеличиваем до 1000 пФ (=1нФ), а для саба С2=3,3 нФ и R1=3,3 кОм.
  4. С5 = 47…100 мкФ 50 В. Для саба 100 мкФ. И его “минус” подключаем к выходу микросхемы (к 14-й ноге) для TDA7294, или к 12-й ноге для TDA7293. Так будет работать заметно лучше, чем если подключить конденсатор к выходу всего усилителя, как на схеме.
  5. С9 и С10 не менее 1 мкФ 63 В, например типа К73-17. Еще лучше по 2 таких конденсатора впараллель. Причем хорошо бы поближе к транзисторам.
  6. Предохранители на 5А (и то могут сгорать при пиках громкости, особенно на сабвуфере, тогда ставим 7,5…10-ти амперные).
  7. Катушку L 1 намотать прямо на резисторе R8. Для этого берется резистор типа МЛТ-2 Вт и на него наматывается 2 слоя провода диаметром 0,7…1 мм. Верхний слой должен быть короче, чтобы витки не сползали. И не нужно пытаться притулить туда как можно больше витков, лучше аккуратно все сделать. Катушку слегка пропитать клеем, чтобы не разлезалась. Выводы катушки наматываем на выводы резистора и получается “два в одном”.
  8. Хоть микросхема и разгружена, охлаждать ее надо. Пусть небольшой радиатор, но должен быть. Можно и ее и транзисторы поставить на общий радиатор через прокладки.
  9. После сборки усилителя хорошо бы убедиться в отсутствии самовозбуждения и звона, посмотрев на сигнал при помощи осциллографа. Если эти “бяки” присутствуют, то можно попробовать параллельно резистору R3 подключить цепочку, состоящую из последовательно соединенных конденсатора 100 пикофарад и резистора 6,8 кОм.
  10. Важно! Проводники, идущие от эмиттеров транзисторов, а также проводники, идущие к резисторам R3 (цепь ООС), R7, R8+L1, R9 – должны соединяться в одной точке. Т.е. одна общая точка для 6-ти проводников.
  11. R5 и R6 несколько великоваты. Их оптимальное значение: 33…68 кОм.
  12. Важно! Конденсатор С3 вообще удаляем (чтобы 9-я нога микросхемы была подключена к источнику без конденсатора – ведь она задает режим StdBy, поэтому, когда режим включен, выходные транзисторы микросхемы отключены, и, значит, базы навесных транзисторов тоже отключены!!! это плохо). Если не хотите, то базы транзисторов надо соединить с землей через резистор 10…15 кОм 0,125 Вт. Но что-либо одно из этого сделать обязательно – надежность системы возрастет.
  13. Конденсатор С4 берем чуть большей емкости: 22…47 мкФ.
  14. Важно! Конденсаторы С3 (если он есть) и С4 заряжаются до напряжения источника (40 вольт по схеме), поэтому они должны иметь рабочее напряжение не менее 50В.
  15. Резистор R7 лучше взять более мощный – 0,5 Вт.
  16. Последовательно с резистором R4 хорошо бы включить конденсатор 100…220 мкФ 25 вольт. А то на выходе может присутствовать заметная постоянка.
  17. Да и выходные транзисторы лучше использовать не отечественные, а хорошие импортные, например MJL21193/MJL21194 или 2SA1943/2SC5200.

Если уж делать такую штуку для повышения мощности, то хорошо бы этот самый максимум мощности все же извлечь (можно вынуть до 160 Вт на нагрузке 4 Ома). Для этого нужно исключить влияние на микросхему просадок питающего напряжения. Т.е. стабилизировать ее питание (именно микросхемы – она тут потребляет небольшой ток, выходные транзисторы в пролете).Для этого:Общее напряжение питания поднимаем до 50…55 вольт (чтобы даже в самой жуткой просадке питания осталось вольта 42) и питаем выходники (раз у них ток самый большой) нестабилизированным напряжением – они выдержат. А для микросхемы используем стабилизатор на +- 38 вольт, например, такой.

Стабилизатор включается в разрывы цепей питания микросхемы в точках А и Б. Теперь просадки напряжения питания на микросхему не влияют, поэтому питание микросхемы всегда максимально и она всегда может выдать максимум выходного напряжения. А значит напряжение и мощность на нагрузке всегда будут максимально возможными.Для эксремалов – стабилитроны D1 и D4 можно взять на напряжение 15 вольт. Но микросхема уже будет работать на пределе, поэтому я не рекомендую. А вот если использовать микросхему TDA7293, то запросто. Предел здесь – все стабилитроны по 15 вольт + хорошее (без изолирующей прокладки на радиаторе) охлаждение микросхемы.Только теперь для выходников радиатор нужен побольше. И транзисторы стабилизатора нужно на радиаторы ставить. Я же говорил – уж лучше сразу делать усилитель, который все потянет… Например, такой.

19.03.2007

Не стандартный усилитель мощности на микросхеме TDA7293 и TDA7294

набор УМ TDA7293 и УМ TDA7294 — принципиальная схема, чертеж печатной платы, описание

        Непрерывные эксперименты и поиски новых схемных решений позволили создать весьма универсальный высококачественный усилитель мощности на базе уже «приевшейся» микросхемы. Отличием от всех остальных схемных реализаций данный вариант усилителя позволяет использовать как неинвертирующее включение, так и инвертирующее. Кроме этого в усилитель введен регулятор, который позволяет плавно переходить из типового режима работы в режим источника тока управляемого напряжением (ИТУН) т.е. максимально согласовать усилитель с акустической системой и получить совершенно новый, более качественный звук.
    Широкий диапазон питающих напряжений делает возможным построение усилителя мощностью от 20 до 100 Вт, причем при мощностях до 50 Вт у микросхемы TDA7294 коф. нелинейных искажения не превышает 0,05%, что позволяет отнести усилитель на базе этих имс к разряду Hi-Fi. Принципиальная схема приведена на рисунке 1.


Рисунок 1.

Техническе характеристики усилителя мощности на микросхеме:

 

TDA7294

TDA7293

Напряжение питания

±10…±40 В

±12…±50В

Макс. выходная мощность на нагрузку 4 Ома при THD 0,5%

70 Вт (±27В)

80 Вт (±29В)

Макс. выходная мощность на нагрузку 4 Ома при THD 10%

100 Вт (±29В)

110 Вт (±30В)

Макс. выходная мощность на нагрузку 8 Ома при THD 0,5%

70 Вт (±35В)

80 Вт (±37В)

Макс. выходная мощность на нагрузку 8 Ома при THD 10%

100 Вт (±38В)

140 Вт (±45В)

THD при Pвых от 0,1 до 50 Вт в диапазоне 20…15000Гц

<0,1%

<0,1%

Скорость нарастания выходного напряжения

10 В/мкС

15 В/мкС

Сопротивление входа не менее

100 кОм

100 кОм

Принципиальная схема схема включения усилителя мощности на м/с TDA7293 TDA7294 чертеж печатной платы прямое включение инверсное включение ИТУН источник тока управляемый напряжением характеристики усилителя на микросхеме TDA7293 TDA7294 описание УМЗЧ TDA7293.pdf TDA7294.pdf

    Как видно из характеристик усилители на TDA7294 TDA7293 очень универсалmны и могут с успехом использоваться в любых усилителях мощности, где требуются хорошие характеристики УМЗЧ.
    Варианты включения приведены на рисунках 2…7. Обратите внимание на положение движка подстроечного резистора и наличие-отсутствие перемычки в правой части платы (чуть ниже середины).


Рисунок 2 — типовое не инвертирующее включение усилителя мощности.


Рисунок 3 — типовое инвертирующее включение усилителя мощности


Рисунок 4 — не инвертирующее включение с возможностью плавного перехода из типового режима
работы в режим ИТУН


Рисунок 5 — инвертирующее включение TDA 7293 с возможностью плавного перехода из
типового режима работы в режим ИТУН

    Практическая польза режима ИТУН очевидна — это источник тока, управляемый напряжением. Другими словами динамическая головка принимает участиве в формировании обратной связи усилителя, что значительно увеличивает качество звучания. Используя усилитель на TDA7293 в режиме ИТУН получается значительно перевесить отношение ЦЕНА-КАЧЕСТВО в пользу качества. Однако эта система не лишена недостатков — режим ИТУН рассчитан на работу с широкополосными динамическими головками. Если АС содержит две полосы, причем НЧ динамик не имеет дросселя в фильтре, то ИТУН работает боле-менее корректно. А вот при работе на трехполосную акустику TDA7293 в режим ИТУН переводить не следует — влияние большого количества установленный в АС конденсаторов и индуктивностей сильно усложняет правильную оценку реально протекающего через АС тока и в результате появляются сильные искажения сигнала.
    Однако ни кто не запрещает переводить данный усилитель мощности в комбирежим — при работе в типовом режиме вращение подстроечного резистора добавлять влияние на ООС напряжения падения на токоизмерительном резисторе, добиваясь оптимального звучания и согласования TDA7293 и акустической системы.


Рисунок 6 — мостовая схема включения двух усилителей мощности


Рисунок 7 — схема параллельного включения двух усилителей мощности (только для УМ7293)    

Рисунок 8 — внешний вид усилителя мощности на микросхеме TDA7293 (TDA7294)

    Остается лишь добавить, что есть некотрые доброходы, утверждающие, что микросхемы TDA 7294 в мост дают 200 Вт на 4 Ома или что TDA7294 может работать в параллельном включении. Подобная информация не имеет ничего общего с микросхемой TDA7294, поскольку такие мощности (200Вт) просто выведут микросхему из строя из за теплового пробоя, поскольку кристал просто не успеет отдать тепло даже на фланец микросхемы. Ну а попутать TDA7294 c TDA7293 конечно можно, но абсолютно не нужно, поскольку они хоть и стоят в одном технологическом ряду, но имеют ОЧЕНЬ сильные отличия. Если у кого возникли сомнения по вповоду написанного, то милости просим ознакомится с даташником на обе микросхемы и сделать поправочку на результаты многочисленых опытов.
    На рисунке 8 приведен внешний вид усилителя на микросхемах TDA7293 и TDA7294.

    PS Бесконечные баталии на тему какая из микросхем лучше (TDA7294 или LM3886) пока ни чем не закончились, на вкус и цвет — товарищей нет…

TDA7294 — Усилитель звука — DataSheet

ВЫСОКОЕ РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ (±40В)

ДМОП УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

ВЫСОКАЯ ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ (ДО 100Вт ЗВУКОВОЙ МОЩНОСТИ)

ФУНКЦИЯ РЕЖИМА ОЖИДАНИЯ

НЕТ ШУМА ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ВКЛ/ВЫКЛ

НЕТ BOUCHEROT ЯЧЕЕК

ОЧЕНЬ НИЗКИЙ УРОВЕНЬ ИСКАЖЕНИЙ

ОЧЕНЬ НИЗКИЙ УРОВЕНЬ ШУМА

ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

ОТКЛЮЧЕНИЕ ПРИ ПЕРЕГРЕВЕ

ОПИСАНИЕ

TDA7294 это монолитная интегральная схема в исполнении Multiwatt15, предназначенная для использования в HI-FI усилителях класса AB (Home Stereo, автономных акустических системах, высококлассных ТВ-приемниках). Благодаря широкому диапазону напряжений и высокой токонесущей способности, она способна поддерживать максимальную мощность для обеих нагрузок 4 Ом и 8 Ом даже при плохом источнике питания. Встроенная функция задержки включения упрощает дистанционное управление, избегая шумов при переключении режимов вкл/выкл. 

Рисунок 1. Схема подключения и проверки

Схема включения Распиновка TDA7294

 

Блок схема TDA 7294

Блок-схема TDA7294

Абсолютные максимальные значения

Обозначение Параметр Значение Ед. изм.
Vs Напряжение питания ± 50 В
Io Выходной пиковый ток 10 А
Ptot Рассеиваемая мощность Tcase=70oC 50 Вт
Top Диапазон рабочих температур окружающей среды от 0 до 70 oC
Tstg, Tj Температура сохранения и перехода 150 oC
Rth j-case Тепловое сопротивление кристалл-корпус 1.5 oC/Вт

Электрические характеристики (Параметры указаны для тестовой цепи VS = ±35 В, RL = 8 Ом, GV = 30dB;
Rg = 50 Ом; Tamb = 25°C, f = 1 кГц; если не указано иное.

Обозначение Параметр Условия испытаний Мин. Тип. Макс. Ед. изм.
VS Напряжение питания ±10 ±40 В
Iq Ток покоя 20 30 60 мА
Ib Ток смещения 500 нА
VOS Напряжение смещения ±10 мВ
IOS Ток смещения ±100 нА
PO Постоянная среднеквадратичная мощность d = 0.5%:
VS = ± 35 В, RL = 8 Ом 60 70 Вт
VS = ± 31 В, RL = 6 Ом 60 70 Вт
VS = ± 27 В, RL = 4 Ом 60 70 Вт
Музыкальная мощность(среднеквадратичная) по правилам IEC268.3 — t = 1 сек. (*) d = 10%
RL = 8 Ом ; VS = ±38 В 100 Вт
RL = 6 Ом ; VS = ±33 В 100 Вт
RL = 4 Ом ; VS = ±29 В (***) 100 Вт
d Суммарные гармонические искажения (**) PO = 5 Вт; f = 1 кГц 0.005 %
PO = 0.1 Вт — 50 Вт; f = 20 Гц — 20 кГц 0.1
VS = ±27 В, RL = 4 Вт:
PO = 5 Вт; f = 1 кГц
0.01 %
PO = 0.1 Вт — 50 Вт; f = 20 Гц — 20 кГц 0.1
SR Скорость нарастания выходного напряжения 7 10 В/мкс
GV Усиление напряжения в разомкнутой цепи 80 dB
GV Усиление напряжения в замкнутой цепи 24 30 40 dB
eN Общий выходной шум A = curve(кривая) 1 мкВ
f = 20 Гц — 20 кГц 2 5
fL, fH Частотная характеристика (-3dB) PO = 1 Вт от 20 Гц до 20 кГц
Ri Входное сопротивление 100 кОм
SVR Отклонение напряжения питания f = 100 Гц; Vripple = 0.5 Vrms 60 75 dB
TS Тепловая защита 145 °C
STAND-BY ФУНКЦИЯ (Ref: -VS или GND)
VSTon Порог включения 1.5 В
VST off Порог отключения 3.5 В
ATTst-by Затухание 70 90 dB
Iq st-by Ток покоя 1 3 мА
MUTE ФУНКЦИЯ (Ref: -VS или GND)
VMon Порог включения 1.5 В
VMoff Порог отключения 3.5 В
ATTmute Затухание 60 80 dB

(*) Музыкальная мощность — это максимальная мощность, которую усилитель способен выдавать через номинальное сопротивление нагрузки (в независимости от нелинейности) после подачи на вход синусоидального сигнала 1 кГц в течении 1 сек.

(**) Протестировано с оптимизированной монтажной платой.

(***) Ограничено максимально допустимым током.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *