Навигация по сайту Моя кладовка

Измерительный усилитель мощности на TDA7294  

 

Про саму эту микросхему я начал цикл статей, где будут и схемы усилителей с печатными платами, и описание их работы, и измерения параметров, и всякие хитрости. За этим всем - сюда: Все о микросхеме TDA7294 (TDA7293)!


Тестируемую колонку нужно к чему-то подключать. Причем усилитель должен обладать рядом специфических параметров: линейная АЧХ в широком диапазоне частот, приличная мощность, низкие искажения.

Вот такой усилитель:
Внешний вид Раскрытый корпус Весь блок Сам усилитель


Конструкция получилась довольно простой - это "конструкция выходного дня". Сделана за одно воскресенье из того, что наскреб по сусекам. Если очень хорошо приглядеться, на крышке можно заметить вентилятор (я использовал Titan от охлаждающей накладки на HDD). В принципе площадь радиатора микросхемы приличная - порядка 120 см2, но я ставил перед собой цель длительной эксплуатации на полной мощности. При этом работающий на малых оборотах вентилятор (напряжение ~ 9В) помогает охлаждению. Его шум слышно, если приложить к корпусу ухо .

Параметры усилителя

Параметр

Значение

Условия измерения

Частотный диапазон

8 Гц - 50 кГц

Завал по краям 3 дБ. Uвых = 10 В (действующее значение), Rн = 4 Ом.

Номинальная (долговременная синусоидальная) выходная мощность

не менее 32 Вт

Rн = 4 Ом.

Максимальная импульсная мощность (РМРО), не путать с "китайской мощностью"

~ 100 Вт

Импульс: t = 1 мс, Uвых = 20 В, Rн = 4 Ом.

Кг (THD)

< 0,02%

Рвых = 25 Вт, Rн = 4 Ом. На частотах 1 кГц и 8 кГц.

Ки

< 0,05%

Метод двух частот 15 кГц и 16 кГц, суммарная амплитуда (max значение) = 10 В, Rн = 4 Ом.

На слух он звучит очень неплохо, но несколько хуже, чем усилитель ресивера "Пионер АХ3". Правда правильного сравнения не проводилось, просто сначала он играл пару дней, а потом колонку поставили на место - обратно к ресиверу.

"Сердце" устройства - усилитель на микросхеме TDA7294. Схема включения - практически типовая по даташиту. Увеличены некоторые емкости - я их выделил красным цветом. Рекомендую всегда использовать такие номиналы (кроме Свх, который может "по совместительству" работать фильтром ИНЧ - сабсоником). Добавлены также входной фильтр от ВЧ помех, регулятор входного и выходного (на доп. выход) уровней. Все конденсаторы не "аудиофильские". Неэлектролиты в цепях питания - К73-17 63В, во входной цепи - малогабаритная керамика.

Возле терминалов для подключения нагрузки стоит потенциометр, регулирующий выходной уровень. От него идет провод к гнезду на задней стенке (Выход 1). Это позволяет подключить выход усилителя к чему-нибудь (например ко входу звуковой карты) и расширяет универсальность устройства.

Схема усилителя

Радиатор служит достаточным экраном, убирающим помехи трансформатора (к тому же тороидальный транс имеет несильное поле рассеяния). И вся проводка неэкранированна. Малосигнальные цепи выполнены "сдвоенным" проводом (пара жил от плоского кабеля, похожего на компьютерный шлейф), поэтому практически не цепляют помех. Хотя по уроню шума/помех на высококачественный усилитель не тянет - если приложить ухо к колонке и поставить входной регулятор на максимум, шумы слышно. Но, откровенно говоря, я и не планировал Hi-Fi.

Блок питания:

Схема блока питания

Трансформатор 60 Вт предназначался для другой конструкции, но сюда подошел неплохо. Конденсаторы фильтра 2 х 4700мк 35В + 1,5мк К73-17 63В на плечо. Я предполагал поставить электролиты по 3 шт. в плечо, но не влезло в корпус . В режиме молчания напряжение питания +-26В.

Важный момент - подключение проводов. Речь не идет о стрелочках, нарисованных на изоляции, а о том, что в реальности провода должны быть подсоединены к тем же самым точкам, что и на схеме. Например, общая точка вторичных обмоток трансформатора соединена с общей точкой конденсаторов фильтра. Оттуда провод идет к общей точке второй пары электролитов, далее к пленочным конденсаторам, и уж потом - к усилителю. Это видно на фото - провода от диодного моста подходят к одному концу блока конденсаторов, а питание усилителя сниматся с противоположного. Абсолютно неправильно было бы присоединить эту самую общую точку обмоток к правой части схемы (где соединяются двигатель вентилятора и светодиод). Аналогичные требования предъявляются к плюсовому и минусовому проводам.

Известно, что прогрессом человеческой цивилизации движет лень. Я тоже не чужд прогресса, поэтому покупаю на радиорынке либо готовую плату с усилком, и при необходимости слегка дорабатываю, либо пустую печатку и комплектующие - это если существенные отличия от "фирменной" схемы. Что из себя представляет собранная на пустой печатке схема - см. фото (это старый боевой конь, пару раз переделанный). Схема более качественного усилителя, чем этот, и ее печатка - в статье Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294)


Внешний вид платы Сама микросхема

 

 

Подробности о включении и режимах микросхемы

 

Режимы Mute и Stand-by

Позволяют отключать звук и переводить микросхему в "спящий" режим с пониженным энергопотреблением.

Если включен режим Mute, то входная цепь микросхемы отключается от соответствующего вывода и соединяется с землей (см. схему выше). Сигнал на выход практически не поступает (по паспорту ослабляется на 80 дБ = 10 000 раз). Применение - для временного глушения звука (как в телевизоре), и для устранения переходных процессов (щелчков) при включении-выключении.

Если включен режим Stand-by, то микросхема переходит в "спящий" режим с пониженным энергопотреблением. При этом происходит следующее: включается режим Mute и кроме того, некоторые из транзисторов микросхемы (в том числе выходные) запираются и практически перестают потреблять ток от источника питания. По паспорту сигнал ослабляется на 90 дБ, а потребляемый микросхемой ток снижается до 1 мА. Применение этому режиму разное:

  • В устройствах с батарейным питанием как выключатель питания (чтобы не ставить сдвоеный выключатель - на "плюс" и "минус" питания).
  • Для электронного внешнего управления включением-выключением, чтобы не нужно было большие токи/напряжения питания пропускать через управляющее устройство (и нет необходимости в использовании для включения питания реле). Например, в сабвуфере, который должен включаться входным сигналом. Я как-то использовал это для управления включением усилителя компьютерных колонок, причем брал напряжение +12 В из компьютера: колонки включаются и выключаются вместе с ним. При этом использовал схему управления, приведенную ниже.
  • При использовании этого режима, включение происходит очень быстро, гораздо быстрее, чем при включении питания, если включать сетевым (220 В) выключателем, когда должен заработать трансформатор и зарядиться конденсаторы фильтра. Пример см. выше.

Аналогию можно найти в некоторых бытовых приборах (телевизорах, мониторах, ресиверах), которые из дежурного режима (с помощью пульта ДУ) включаются быстрее, чем при включении сетевым выключателем.

Для управления этими режимами служат выводы 10 (Mute) и 9 (Stand-by). Если напряжение на соответствующем выводе меньше, чем +1,5 Вольта относительно земли (на самом деле относительно вывода 1, соединенного с землей), то режим включен - микросхема молчит, или вообще выключена. Если напряжение больше +3,5 В, то режим отключен. То есть, микросхема работает, когда напряжение и на выводе 9 и на выводе 10 больше + 3,5 Вольт. Такие уровни позволяют управлять усилителем от обычных цифровых микросхем.

Если нет необходимости управлять включением микросхемы или приглушением звука, то выводы рекомендуется использовать для устранения щелчка при включении. Самый простой способ показан на схеме выше - выводы объединяются и подключаются к источнику через резистор и конденсатор. Такое включение задает задержку подачи напряжения на выводы, и в результате микросхема включается на ~ 0,1 секунды после подачи питания (я поставил конденсатор 47 мкФ и задержки ~ 0,5 сек вполне хватает - никаких щелчков не наблюдается).

Для маньяков бесшумного включения (и для наиболее качественного внешнего управления питанием) можно порекомендовать схему:

При подаче напряжения сначала микросхема включается с некоторой задержкой (выходит из режима Stand-by), но звука нет. После этого отключается режим Mute. Выключение идет в обратной последовательности - сначала Mute, после Stand-by. Это происходит из-за того, что при включении управления (подачи +... В) левый по схеме конденсатор заряжается через два резистора медленнее, чем правый. А разряжается наоборот быстрее - через диод и один резистор 10 кОм. Диод может быть любой маломощный с допустимым обратным напряжением не менее напряжения питания. Конденсаторы также должны быть расчитаны на напряжение питания.

 

Раздельное питание цепей

 

Внимание! В связи с большим количеством "левых" микросхем, которые везут к нам, я не рекомендую раздельное питание микросхем - в этом случае (при раздельном питании) "левые" микросхемы очень часто не только не работают, а еще и сгорают быстрее, чем при обычном включении. (С качественными микросхемами все ОК).

Подробнее см. Предупреждеие! Всем, кто использует микросхему TDA729x!

 

Микросхема имеет отдельные выводы для питания выходных транзисторов и остальных цепей. Поэтому несколько улучшить звучание (снизить искажения при пиках громкости) можно разделив питание.

Первый способ наиболее простой: добавляются резисторы по 100 Ом и дополнительные конденсаторы фильтра.

В этом случае при "просадке" напряжения питания на пике громкости напряжение на предоконечных каскадах остается практически неизменным, что хорошо сказывается на форме сигнала (напряжение питания цепей управления выходным каскадом должно быть больше, чем у самого выходного каскада, поэтоу "просадка" прежде всего сказывается именно на предоконечных цепях).

Лучшего результата можно достичь, если питать предоконечные каскады от отдельного выпрямителя:

Маломощный выпрямитель питает предоконечные каскады и расчитан на ток менее 1 А. Мощный выпрямитель питает только оконечные каскады и практически весь ток протекает через него. Естественно, что между выводмаи 7 и 13, а также 8 и 15 ничего не должно быть включено (т.е. на предыдущей схеме резисторы по 100 Ом выбрасываем, и провода от источника питания подключаем. 5 штучек проводов - 2 "плюса", 2 "минуса" и "земля").

Если не жалко, емкости в цепи предоконечников можно и увеличить, хотя намного лучше не будет. А вот неэлектролитические конденсаторы (керамику, пленку) в цепи питания предоконечников нужно ставить обязательно. На схеме блока питания их нет - они должны быть установлены на плате как можно ближе к микросхеме. Минимальная емкость - 0,1 мкФ. Если есть возможность - емкость можно увеличить вплоть до 1-2 мкФ.

Точно также и в цепи питания оконечных каскадов - если блок питания собран на отдельной плате, несмотря на наличие в нем конденсаторов 1,5 мкФ (если больше - лучше), на плате усилителя поближе к микросхеме должны быть установлены и электролиты (500-1000 мкФ) и неэлектролиты (0,22 - 2,2 мкФ).

Тип неэлектролитических конденсаторов - К73-17 63 В. Малогабаритные керамические не очень подходят (хотя их туда все время ставят) из-за низкого пробивного напряжения и меньшей импульсной отдаваемой мощности. Эти конденсаторы нужны потому, что электролиты - низкочастотные элементы, работающие нормально на частотах ниже 5 кГц (дорогие работают лучше, но по-моему легче поставить шунтирующий неэлектролит, чем покупать электролит типа Black Gate по цене 20 Евро за штуку). На более высоких частотах они уже не помогают, и тут в игру вступают керамические или пленочные конденсаторы, которые работают на частотах до сотен килогерц.

 

Про нагрев

 

Ограничение напряжение питания (35В при сопротивлении нагрузки 8 Ом; 31В при 6 Ом; 27В при 4 Омах) вызвано допустимым нагревом микросхемы - чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ее ток, и тем меньше должно быть напряжение питания для снижения рассеиваемой мощности. Но практически все тепло выделяется выходным каскадом. Поэтому ограничения на напряжение питания относятся к нему. Предоконечные каскады можно запросто питать повышенным напряжением (на 4-8 Вольт бОльшим, чем питание оконечных каскадов, максимум до 40 Вольт), что только улучшит работу устройства. Зато усложнит блок питания. Но это уже совсем другая история...

Указанные максимальные напряжения питания превышать категорически нерекомендуется, иначе от локального перегрева (тепло не успевает отводиться наружу от кристалла) происходит деградация элементов микросхемы, и она через некоторое время сгорает. А потом в интернете публикуют фотографии кучек горелых микросхем.

В принципе, в режиме покоя микросхема потребляет небольшой ток и практически не греется. Даже вообще без радиатора она не горячая, но теплая. Если же ее реально включать - подавать сигнал и подключать нагрузку, то радиатор необходим. Зависимость мощности, выделяющейся на микросхеме от выходной вот:

И если ее эксплуатировать "по полной программе", то без хорошего радиатора никак. О чем я говорил выше. Рассчитать радиатор и проверить температурный режим микросхемы можно, прочитав про Симулятор теплового режима усилителя на TDA7294 (TDA7293).

Остается добавить, что если микросхема греется в отсутствии сигнала, и/или при маленькой выходной мощности, то это скорее всего означает самовозбуждение на ультразвуке (еще может быть постоянка на выходе, но это редкость, да и динамик "бухнет" при включении).

 

Неполадки

 

Эту микросхему ругают незаслуженно. Она в принципе неплохая (я сравнивал ее с LM3886, существенной разницы не заметил, но пока это черновое сравнение, потом все сделаю множество различных исследований и все-все опишу). Ругань в ее адрес я списывал на "кривые руки" (чего действительно много). Однако недавно сам столкнулся с барахлящей микросхемой. Итак.

Мне попался экземпляр микросхемы, самовозбуждающийся на ВЧ. Без нагрузки работает все ОК. В частотном диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, при выходных амплитудах от 0,05 до 22 Вольт. Ограничение наступает чистенькое. Я всегда в новых устройствах подключаю генератор и осциллограф и смотрю это все. Одако, при подключении нагрузки и выходном напряжении больше 0,5 В на отрицательной полуволне сигнала возникает ВЧ генерация (на глаз 50-80 кГц, не мерял). Источник питания хороший, на него грешить нельзя. Кроме того, я всегда ставлю прямо на плату "керамические" конденсаторы в цепи питания не менее 0,47 мкФ, и электролиты не менее 470 мкФ. Так что со стороны питания никакого подвоха.

Вылечилось это очень просто - установкой RC цепочки из последовательно соединенных резистора 4,7 Ом и конденсатора 0,1 мкФ, идущих с выхода микросхемы на землю. Но на душе осадок неприятный - производителем эта цепочка не предусмотрена, значит и без нее все должно хорошо работать (и у меня много микросхем работали как часы). Выходит брак. :((( Представляю, как начинающий радиолюбитель, невооруженный измерительной аппаратурой, собирает схему, включает, и как ему не нравится звук!

После такого (если неизвестна причина, то нельзя подобрать лекарство) человек разочаруется в этой микросхеме, и напишет во всех форумах, что она плохая... А то еще и окажется легкой добычей "аудиофилов" (в плохом смысле этого слова), которые, воспользовавшись его неудачей, навешают ему полные уши макарон...

 

21.06.2006

Счетчик 

 

Яндекс.Метрика