Навигация по сайту Моя кладовка

"Нетрадиционные" усилители на TDA7294 / TDA7293

 

3. Умощнение микросхемы TDA7294 / TDA7293 с помощью биполярных транзисторов

(добавления выделены цветом)

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 ~0,6 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.

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 (см. Амплитудные характеристики усилителя на TDA7294), на высоких частотах глубина ООС сильно снижается, и ей трудно справляться с возросшими искажениями. Поэтому общие искажения всего усилителя получаются значительно больше, чем у просто микросхемы.

Я 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. Т.е. для просто 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) 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 (см. Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294), 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 50В.
  15. Резистор R7 лучше взять более мощный - 0,5 Вт.
  16. Последовательно с резистором R4 хорошо бы включить конденсатор 100...220 мкФ х 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…

 

19.03.2007

предыдущая
0
1
2
3

Счетчик