Навигация по сайту Моя кладовка

Блок питания для TDA7293 и TDA7294

Любой усилитель делает только одно - передает электрическую энергию от источника питания в нагрузку (колонки). В результате при плохом блоке питания и весь усилитель работает плохо. При этом радиолюбители грешат на схему усилителя, объявляя ее «плохо звучащей». И им совершенно невдомек, что не схема тут виновата. Усилитель по своей идее очень похож на водопроводный кран. Как кран позволяет регулировать количество воды, поступающей из трубы, так и усилитель регулирует количество электрической энергии, поступающей из источника питания в нагрузку. Только он это делает так, что форма напряжения на нагрузке максимально точно повторяет форму сигнала на входе усилителя. Таким образом эту большую выходную мощность создает не сам усилитель, а его блок питания, поэтому если блок питания работает недостаточно хорошо – никакой усилитель не поможет.

Этот материал предназначен в большей степени для «очень начинающих», которые затрудняются даже с довольно простыми вещами. Но кое-что будет полезно и более опытным, кроме того, здесь есть числовые значения напряжений, токов и мощностей трансформатора, отвечающие на вопрос: «Сколько чего брать?» В принципе, разных тонкостей и нюансов в блоках питания очень много. У меня вышла книга по блокам питания для звуковых усилителей объемом 160 страниц, и то я там сказал далеко не все. Здесь приведен только маленький кусочек из нее (больше в виде «кулинарных рецептов»). Так что, если хотите начать разбираться в этом деле – читайте книгу. Она как раз ориентирована на начинающих, хотя и опытный народ находит там интересное для себя.

Огромная просьба – не надо пытаться что-либо здесь усовершенствовать. На самом деле кардинально ничего не улучшишь, но можно и напортачить (особенно если знаний и опыта мало). Особенную страсть к «доработкам» питают некоторые «чайники», наслушавшись всяких аудиофилов, которые на самом деле в большинстве своем сами ни разу не грамотные. И ладно бы они ограничивались только применением проводов по 100 долларов за метр. Или дорогущих конденсаторов Black Gate. Так нет же, лезут и в другие места. По моему опыту, примерно 40% таких «доработок» реально ничего не меняют. Еще 10% несущественно что-либо улучшают. Остальные 50% ведут к ухудшению чего-либо. Это не потому, что я такой умный и непогрешимый (нет, я умный и непогрешимый – это же и так очевидно). А потому, что тут и вправду мало что можно существенно улучшить. А «советы из интернета» – это как надписи на заборе: пишут все и всё, что угодно. Но к таким «советам» следует относиться также как и к надписям на заборе – не все, что написано правда.

Схема источника питания приведена на рис.1 и рис. 2. На каждом рисунке один вариант схемы с диодным мостом, а другой вариант – с отдельными диодами в выпрямителе. Принципиальной разницы – никакой. Но один цельный мостик стОит дешевле, чем четыре отдельных диода, его проще монтировать и труднее перепутать «+» и «-».

Блок питания TDA7294
Рис.1.

 

Блок питания TDA7294
Рис.2.

На самом деле это одна и та же схема, различия в трансформаторе.  В первом случае используется транс с двумя отдельными вторичными обмотками, а во втором с отводом от середины обмотки. Разницы между этими схемами на самом деле нет, что бы там на форумах не говорили (та разница, которая на самом деле есть – мизерна и несущественна, если хорошо все сделать).  В обоих случаях важно правильно подключить трансформатор. Как это сделать – показано на рис. 3.

рис.3
Рис.3.

При правильном включении вольтметр (переменного тока) должен показать удвоенное напряжение вторичной обмотки.

Сетевой предохранитель F1 – вещь обязательная! Без него нельзя! Он должен быть рассчитан на ток 0,5А...1А. Чем меньше ток предохранителя, тем надежнее. Но предохранители, рассчитанные на малые токи, могут сгорать в момент включения – при включении блок питания в течение долей секунды потребляет от сети повышенный ток – заряжаются конденсаторы фильтра. От этого тока предохранитель и сгорает. Но ставить этот предохранитель на большой ток (2…3 ампера) нельзя, а то при коротком замыкании (КЗ) он ничего не предохранит. Лучше использовать обычный стеклянный предохранитель – бывают еще в керамических корпусах, они более «быстрые», и легче сгорают от пускового тока усилителя. А стеклянный предохранитель  этот ток выдерживает лучше.

Все, что подключается в первичной обмотке дополнительно (конденсаторы, варисторы и проч.) должно подключаться после предохранителя.

Можно поставить дополнительные предохранители в цепи вторички (или на выходе блока питания) – их надо брать ампер на 5…7. Это даст больше безопасности при всяких там нечаянных замыканиях и неправильном монтаже. Я себе их не ставлю, т.к. нечаянные замыкания не делаю.

В цепь земли (общего провода) предохранитель ставить нельзя!

Выключатель питания S1 должен быть рассчитан на напряжение 250 вольт и ток не менее 1 ампер. В какой именно вывод трансформатора ставить предохранитель и выключатель – абсолютно все равно. Можно в один и тот же провод, можно в разные. Главное – хорошо все заизолировать, чтобы невозможно было дотронуться до провода, находящегося под напряжением сети.

Все, что подключено к сети должно быть надежно заизолировано!

Кстати, не имеет значения, какой из выводов трансформатора подключен к фазе сети, а какой – к нулю. Иногда на интернет-форумах некоторые говорят, что разница есть: она есть только в их воспаленных мозгах. И в слабом знании электротехники. На самом деле, некоторые «тонкие эффекты» все же существуют, но они проявляются при изготовлении какого-нибудь  коллайдера. А в усилителе (если его правильно сделать) вообще никак не заметны. А вот ошибки, совершаемые начинающими, дают примерно в миллион раз более заметный результат (миллион – это не преувеличение!).

Хорошие результаты дает подключение конденсатора Сф к первичной обмотке трансформатора (рис.4). Он не только борется с помехами из сети, но и ослабляет помехи, проникающие в сеть из усилителя. А также уменьшает ЭДС самоиндукции трансформатора при его включении-отключении.

Включение трансформатора
Рис.4.

Конденсатор Сф (рис. 5) может быть либо К73-16, К73-17 на напряжение 630 вольт (справа), либо специальный для работы на переменном токе (слева), тогда для него указывается действующее напряжение 250…270 вольт переменного тока (об этом говорит знак «~» возле значения напряжения на корпусе конденсатора). В принципе можно использовать и высоковольтные конденсаторы (такие, как на 1600 вольт), но уж очень они большие. Тогда может лучше вообще без него.

рис.5
Рис.5.

В принципе, в первичную обмотку можно добавить и варистор.

Широко рекламируются всякие там устройства для очистки напряжения сети, в том числе и от постоянного напряжения. В 99,99% случаев эти устройства только лишь помогают изъять крупные суммы из кошельков тех, кто их покупает: потому как надо быть очень-преочень неграмотным инженером, чтобы сконструировать аппаратуру (в основном блок питания) так плохо, что на нее влияло бы все то, от чего эти устройства «предохраняют».

Мощность трансформатора, напряжение на вторичных обмотках, емкость конденсаторов фильтра – все это определяется по графикам  на рисунках 6 и 7. Графики предназначены для стереоусилителей на микросхемах TDA7294 и TDA7293 при разном сопротивлении нагрузки. Графики, показанные пунктиром относятся к микросхеме TDA7293, которая рассчитана на бОльшую мощность. Микросхему TDA7294 в этом режиме лучше не использовать. Напряжения обмоток трансформатора и емкость конденсатора фильтра даются на одно плечо блока питания (т.е. только для "+" или для "-"). Для второго плеча все должно быть таким же.

Расчет питания усилителя
Рис.6.
Расчет питания усилителя
Рис.7.

На первый взгляд кажется, что мощность трансформатора маловата. Однако для воспроизведения реального звука ее достаточно. Почему это так, описано здесь и здесь. И я сам для себя это все успешно применяю уже почти 10 лет.

Тип трансформатора (тороидальный, стержневой, броневой) в общем-то неважен. Хороший повар отлично приготовит любой транс, а плохой повар испортит даже самые лучшие продукты. Так что проблема не в типе трансформатора, а в умении. Трансформатор меньшей мощности, чем получается по рис. 6, лучше не использовать. Большей – можно, но увеличивать мощность транса более чем в 2 раза смысла нет: будет намного дороже и всего на 2% лучше. Увеличивать мощность трансформатора больше чем в 3 раза против заданной вообще нежелательно – можете огрести кучу проблем, причем иногда они скрыты, и фиг их найдешь (а я подсказать не всегда смогу – не все болезни лечатся дистанционно). От напряжения трансформатора зависит максимальная выходная мощность (чем больше напряжение, тем больше мощность). Помните, что повышенное напряжение питания может спалить микросхему, поэтому больше, чем на графике (рис. 6) лучше не подавать. В принципе, TDA7293 выдерживает напряжение до 45 вольт (у меня в одном усилителе она работает при питании +-43 вольта), но тут надо быть очень-очень осторожным, и для начинающих я бы такое напряжение крайне не советовал. И охлаждение микросхеме требуется гораздо лучшее, если напряжение питания велико. Если напряжения обмоток трансформатора разное, то такой транс использовать нельзя (а если вы достаточно опытны для использования такого транса, то тут вам читать нечего).

Максимальное обратное напряжение диодов должно быть не меньше тройного напряжения (по переменному току) одного плеча (трансформатора). Тип диода значения не имеет, но диоды Шоттки дают немного меньшую просадку напряжения под нагрузкой и позволяют получить чуть-чуть больше выходную мощность. Быстрые диоды никакой пользы не приносят (у начинающих – это наверняка), зато они более дорогие и более нежные. Брать диоды на ток больший, чем по рис. 7 можно, но дружите с головой: диоды на 500 ампер будут больше и дороже, чем весь усилитель. Максимальное обратное напряжение диодов тоже может быть больше требуемого: это напряжение, выше которого диоды сгорают. Если диоды выдерживают 600 вольт, в мы на них подаем 120, то они не сгорят наверняка.

Конденсаторы фильтра – электролитические алюминиевые (обычные). Их рабочее напряжение должно быть не менее чем в 1,7 выше напряжения обмотки трансформатора (одного плеча). Тип конденсаторов в принципе не важен. Старые конденсаторы (выпуска до 2000 года) лучше не использовать – они от времени высыхают. БУ конденсаторы (даже сравнительно свежие) также могут быть высохшими – скорость их деградации сильно зависит от температуры, поэтому если конденсатор перегревается, то может сдохнуть очень быстро. А кто знает, как грелся конденсатор, который откуда-то выпаяли? Вздувшиеся конденсаторы использовать нельзя. «Породистость» конденсаторов роли не играет. Можно использовать любые. Российские тоже, но они обычно крупнее по габаритам, чем импортные. Всякие дорогие аудиоконденсаторы на самом деле ничего не улучшат (у начинающих – так наверняка!), а денег потребуют в 5…20 раз больше. Конденсаторы Low ESR и Low Impedance в принципе немного лучше, но можно с ними и не заморачиваться - и без них можно организовать отличное питание, гораздо важнее не наделать ошибок, которые на звук повлияют гораздо сильнее, чем такие конедснаторы. Если же у вас уже есть конденсаторы Low ESR или Low Impedance, то лучше всего поставить их на плату усилителя (500...1000 мкФ х 35...50 В) – там они принесут наибольшую пользу, ведь сопротивление и индуктивность проводов на плате от них к микросхеме минимальна. Не забывайте, что для электролитов очень важно куда подключить «плюс», а куда «минус».

Емкость конденсаторов задана примерно, так что можно взять немного больше или немного меньше. Меньше чем в 2 раза емкость конденсаторов делать не следует - искажения и фон заметно возрастут, а максимальная мощность усилителя снизится. Больше чем в 2...3 раза больше емкость брать тоже нехорошо - качество питания не увеличится, а вот качество звука может даже ухудшиться (да, действительно можно ухудшить качество звучания усилителя, сильно завысив емкость фильтра!). Причем с емкостями от 60 000 мкФ и выше справится только хороший профи.

Пример печатной платы блока питания (под диодный мост) приведен на рис. 8. Это не догма, а руководство к действию. Подробно все описано в книге.

Плата блока питания
Рис.8.

В принципе вполне достаточно поставить по одному конденсатору в каждое плечо. Так будет хорошо работать, учитывая, что на плате усилителя уже стоят дополнительные электролиты и, что очень важно, пленочные конденсаторы. Но если нет одного конденсатора на нужную емкость (или проблемы с габаритами), то можно подключать конденсаторы параллельно (2…4 штуки), при этом их емкость складывается. В обоих плечах надо делать одинаковый набор одинаковых конденсаторов. Иногда советуют вместо одного конденсатора 10 000 мкФ подключать 100 штук по 100 мкФ. Это фигня. Обычно получается только хуже. Почему – подробно описано в книге. Точно также нет смысла подключать параллельно конденсатору большой емкости конденсатор малой емкости – он не поможет, все хорошее, что он в принципе мог бы сделать, уже делают конденсаторы, установленные на плате усилителя. Но от этого вот маленького конденсатора вреда не будет. Только не используйте танталовые, ниобиевые и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Не столько из-за их «худшего звучания», сколько из-за того, что они намного более нежные, и очень легко сгорают, если что не так.

Ко мне обращаются с просьбой выслать печатную плату для блока питания. Скажу сразу - я не делаю печатные платы блоков питания промышленным способом. Вот почему:

  1. В зависимости от условий, емкость конденсатора может быть от 4700 мкФ до 15000 мкФ. А у них габариты различаются в 3 раза.
  2. У разных типов конденсаторов одинаковой емкости разные габариты.
  3. Кто-то ставит по одному конденсатору в плечо, а кто-то по четыре.
  4. И диоды могут быть разные, как мосты, так и отдельные диоды в совершенно различных корпусах.

И как прикажете развести одну плату, которая удовлетворит всех? А делать что-то "суперуниверсальное" нет смысла: плата получится огромная и дорогая. А сделать 100 штук разных - тоже не выход (и дорого). Я всегда делаю отдельную плату для каждого случая. И даже не сохраняю файлы с разводкой - каждый раз все получается сильно по-другому, так что от старой разводки нет никакой пользы. Ни разу не случалось так, чтобы для разных устройств получились одинаковые платы. Так что тут уж самостоятельно, лазерно-утюжная технология поможет, а плата довольно простая, сделать ее самостоятельно легко.

Ставить в блок питания всякие там конденсаторы МБМ или МБГО в принципе можно - возможно они ничего и не ухудшат. Но и ничего не улучшат, а места займут много. Дело в том, что неэлектролиты полезны на плате усилителя, где индуктивность и сопротивление соединительных проводов минимальны (такие конденсаторы в моем усилителе есть и подключены самым лучшим образом). А если их ставить в блоке питания, то всю их пользу съедят провода, идущие к усилителю. Кроме того, "бумажность" конденсаторов на звук никак не повлияет (ее не слышно даже в тех конденсаторах, через которые проходит сигнал). Большие размеры таких конденсаторов только повредят: из-за них увеличится длинна соединительных проводов, что увеличит их индуктивность, сопротивление и излучение помех. Вот пример такого маньячества:

Маньячество
Рисунок без номера

На вид выглядит очень солидно, поэтому начинаешь верить, что и на звук получается тоже хорошо. На самом деле пользы никакой, особенно учитывая тоненькие проводки, соединяющие конденсаторы. Но и толстый провод не очень-то и поможет. Польза может быть только одна – испытывать чувство глубокого удовлетворения собой, глядя на эту громадину. Только при этом нельзя проводить слепое сравнение с точно таким же усилителем, но без этой батареи конденсаторов: скорее всего усилитель без конденсаторов будет на самом деле звучать лучше, тогда вы этого не переживете!

Важным делом является подключение всего этого добра. На самом деле самые большие проблемы у начинающих создает именно неправильное подключение (а некоторые при этом сосредоточенно меняют кабели). Вот пример правильного подключения, причем моя плата усилителя именно на него и рассчитана и при этом однозначно не возникают никакие земляные петли (рис. 9). Но и тут не должно быть никаких «лишних» проводов. Резисторы Rл и Rп – регуляторы громкости, этот узел может быть и другим.

Разводка проводов питания
Рис.9.

Входные цепи надо выполнять экранированными проводами, корпус резистора регулятора громкости соединить с общим проводом (входным) любого одного (но только одного!) из каналов.

"Кошерность" и "направленность" проводов на самом деле роли не играют. По крайней мере в слепом тесте еще никому не удалось заметить разницу, "так хорошо слышимую" в тесте зрячем. А вот сечение проводов значение имеет: токи в импульсе достигают десятка ампер и более и на слишком тонком проводе (имеющем сравнительно большое сопротивление) падает довольно большое напряжение. Это приводит к тому, что усилитель не может на большой громкости воспроизвести пики амплитуды сигнала. Что делает звучание менее натуральным. Поэтому сечение проводов должно быть порядка 0,5...1,5 мм2 (сетевого 0,25...0,5 мм2). Больше сечение брать не стоит – лучше станет совсем чуть-чуть (нулевого сопротивления не бывает), а проблем с пайкой и укладкой толстого кабеля прибавится. Кроме того, у толстого кабеля при скрутке помехи ослабляются не так сильно. Так что при очень толстом проводе выигрыш в сопротивлении будет мизерным, а проблемы прибавятся заметно. Кроме того, на плате усилителя (на моей уж точно) установлены дополнительные конденсаторы в цепь питания, которые помогабт бороться с сопротивлением и индуктивностью проводов питания: при импульсе потребляемого тока они подпитывают усилитель, а потом подзаряжаются в паузе между импульсами. От высокого сопротивления провода эти конденсаторы не спасут, но от ненулевого – запросто. Благодаря этим конденсаторам (электролиты имеют большой запас энергии, а пленочные работают на высоких частотах) и получается, что все работает отлично при не очень толстых проводах питания.

Провода, идущие к блоку питания надо скрутить, или сплести «косичкой», но не супер туго, все в меру. Провода, идущие к колонкам, также должны быть скручены. Скручиваются и провода, идущие от трансформатора в сеть, и от трансформатора к выпрямителю. Причем, если у трансформатора две раздельные вторичные обмотки, и точка их соединения образуется на плате в блоке питания (от транса на плату идут 4 провода), то скручиваются попарно провода каждой обмотки. Если у транса три вывода, или общая точка обмоток образуется на самом трансе (т.е. от него идет 3 провода), то их сплетаем «косичкой». Следите, чтобы при скрутке проводов не было замыкания! Экранировать силовые провода большого смысла нет: помехи проходят и через экран (ослабляются совсем немного). Гораздо лучше ослабляет помехи скрутка проводов. Если же провода идут каждый по отдельности да еще и на большом расстоянии друг от друга, то это получается отличная антенна, излучающая в усилитель кучу мощных помех. И тогда уже ничего не поможет, звук будет убит намертво.

Ни в коем случае нельзя прокладывать рядом параллельно входные провода и провода питания или колонок! Провода питания должны идти подальше от входных цепей усилителя.

А вот трансформатор дает вообще немеряно помех. Вот его можно экранировать (только осторожно, чтобы не замкнуть ничего ненароком). Магнитный экран (жесть, сталь) намного эффективнее медного (латунного, алюминиевого). Экран электрически соединяется с чем-то одним: либо с корпусом усилителя, либо со средней точкой трансформатора (если корпус усилителя не металлический). Но только с одним! Если помехи дает трансформатор, то прежде чем его экранировать, попробуйте поменять его расположение. Иногда результаты дает даже поворот трансформатора в другую сторону.

Некоторые помехи слышны в колонках как фон в паузах сигнала. Отчасти понять идут ли они от трансформатора-проводов, или, например, от входных цепей, можно так. Вы обращали внимание, что при выключении питания, усилитель некоторое время (пару секунд) продолжает играть, пока не разрядятся емкости фильтров? Так вот. Не подавая сигнал на вход (все входные провода должны быть включены), выключите питание и послушайте: если помехи при выключении питания мгновенно исчезают - причина в трансформаторе, проводах (помехах от них), или недостаточной емкости фильтра (бракованные конденсаторы). Если некоторое время продолжаются - дело во входных цепях (например, плохое экранирование).

Трансформатор лучше расположить подальше от входных цепей и плат усилителей. И входные разъемы подальше от выходных и цепей питания. Дело в том, что весь блок питания: трансформатор, провода, диоды, все это дает массу помех, причем не только в виде фона переменного тока сетевой частоты. Помехи идут и довольно высокочастотные. И эти высокочастотные помехи синхронизированы с сигналом, поэтому проявляются на слух не как какой-нибудь фон или шум, а «встраиваются» в сигнал, отчего звук делается «плохим». Иногда на интернет-форумах пишут, что поменяли конденсаторы фильтров (или диоды), и звук изменился. Зачастую это все обычное самовнушение. Но бывает и правда. Так вот, если от замены конденсаторов звук действительно меняется, то в 99,99% случаев это происходит из-за неправильного изготовления блока питания. Чаще всего из-за влияния помех. При замене конденсаторов-диодов характер помех меняется, и они по-другому воздействуют на звук. Т.е. люди рассуждают о «высоких материях», а на самом деле слушают помехи. И занимаются фигней, вместо того, чтобы эти помехи найти и устранить.

«Земля» схемы (ее общая точка) соединяется с корпусом усилителя только в одном месте. Чаще всего возле входного разъема. И надо тщательно следить, чтобы больше соединений «земли» с корпусом не было. Заземлять корпус не обязательно, усилители отлично работают и без него.  Более того, зачастую заземление дает больше проблем, чем пользы, так что я бы его вообще запретил. Я имею в виду – запретил бы соединять корпус с планетой Земля. Соединять корпус с «нулем» сети вообще нельзя! А вот соединять между собой корпуса различных аудиоустройств – можно и даже хорошо (только следите, чтобы кто-нибудь «шибко грамотный» не заземлил бы один из этих корпусов). И помните, что даже в трехпроводной розетке «с заземлением» может быть не заземление, а зануление. Будьте с этим очень осторожны! Я бы советовал третий контакт розетки не использовать вовсе. Зато третий (земляной) контакт удлиннителя, в который включены все аудиоустройства будет полезен - он соединит все их корпуса. Только надо чтобы этот самый третий контакт не подключался к сети. Даже если вы на 200% уверены, что земляной контакт розетки действительно качественно заземлен, то все равно при подключении к нему аудиоустройств могут возникнуть проблемы.

Очень хорошие результаты дает подключение на сетевой кабель феррита. Причем не только на сетевой, а на все вообще кабели – входные, выходные, сетевой. Польза в каждом конкретном случае своя, ее может и не быть, но вот вреда от феррита не бывает никогда. А защищает феррит от высокочастотных помех, проходящих по кабелю (подробнее см. здесь). И кто его знает, какие помехи водятся у вас? Феррит устанавливается поближе к усилителю (можно даже внутри), рис. 10.

рис.10а рис.10б
Рис.10.

На самом деле блок питания – не такая простая штука, в нем много всяких хитростей. Так что если хотите разобраться в нем получше, отсылаю вас к книге.

20.02.2011

Счетчик