Вічна пам'ять героям

cup Розділи

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294


Вступ

І це реально! Підсилювач, незважаючи на відносну простоту, забезпечує досить високі параметри. Взагалі-то, по правді кажучи, у "мікросхемних" підсилювачів є ряд обмежень, тому підсилювачі не можуть забезпечити високі показники як ,наприклад, лампові підсилювачі. На захист мікросхеми (а інакше чому я і сам її використовую, і іншим рекомендую?) Можна сказати:

- схема дуже проста
- і дуже дешева
- і практично не потребує налагодження
- і зібрати її можна за один вечір
- а якість перевершує багато підсилювачі 70-х ... 80-х років, і цілком достатньо для більшості застосувань (та й сучасні системи до 300 доларів можуть поступитися)
- таким чином, підсилювач підійде і початківцю, і досвідченому радіоаматорові (мені, наприклад, як-то знадобився багатоканальний підсилювач перевірити одну ідейку. Вгадайте, як я вчинив?).

У будь-якому випадку, погано зроблений і неправильно налаштований підсилювач звучатиме гірше мікросхемного. А наше завдання - зробити дуже хороший підсилювач. Треба відзначити, що звучання підсилювача дуже добре (якщо його правильно зробити і правильно живити), є інформація, що якась фірма випускала Hi-End підсилювачі на мікросхемі TDA7294! І наш підсилювач нітрохи не гірше!

Основні параметри

Мікросхема стійко працювала на активне навантаження 2 ... 24 Ома, на активний опір 4 Оми плюс якась ємність ~ 15 мкФ, або індуктивність ~ 1,5 мГн. Причому на ємнісному і індуктивному навантаженнях спотворення залишалися малими. Потрібно відзначити, що величина спотворень сильно залежить від джерела живлення, особливо на ємнісний навантаження.

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294


Схема

Схема цього підсилювача - це практично повторення схеми включення, пропонованої виробником. І це не випадково - вже хто краще знає, як її включати. І напевно не буде ніяких несподіванок з-за нестандартного включення або режиму роботи. Ось вона, схема:

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294


Зізнаюся одразу - ніяких 80-ти ват (і тим більше 100 Вт) від неї не отримаєш. Реально 40-60, але зате це будуть чесні довготривалі вати. У короткочасному імпульсі можна отримати набагато більше, але це вже буде РМРО потужність, до речі, теж чесна (80-120 Вт). У "китайських" ватах це буде кілька тисяч, якщо кого цікавить. Тисяч п'ять. Тут все сильно залежить від джерела живлення.

Опис схеми

Вхідний ланцюг R1C1 представляє собою фільтр нижніх частот (ФНЧ), обрізає всі вище 90 кГц. Без нього не можна - ХХI століття - це в першу чергу століття високочастотних перешкод. Частота зрізу цього фільтру досить висока. Але це спеціально - я ж не знаю, до чого буде підключатися цей підсилювач. Якщо на вході буде стояти регулятор гучності, то в самий раз - його опір додасться до R1, і частота зрізу знизиться (оптимальне значення опору регулятора гучності ~ 10 кОм, більше - краще, але порушиться закон регулювання).

Далі R2C2 виконує прямо протилежну функцію - не пропускає на вхід частоти нижче 7 Гц. Якщо для вас це занадто низько, ємність С2 можна зменшити. Якщо сильно захопитися зниженням ємності, можна залишитися зовсім без низьких. Для повного звукового діапазону С2 має бути не менше 0,33 МКФ. І пам'ятайте, що у конденсаторів розкид ємностей досить великий, тому якщо написано 0,47 МКФ, то запросто може виявитися, що там 0,3! І ще. На нижній межі діапазону вихідна потужність знижується в 2 рази, тому її краще вибирати нижче:

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


Резистор R2 задає вхідний опір підсилювача. Його величина дещо більше, ніж по даташіту, але це й краще - дуже низький вхідний опір може "не сподобатися" джерелу сигналу. Врахуйте, що якщо перед підсилювачем включений регулятор гучності, то його опір має бути рази в 4 менше, ніж R2, інакше зміниться закон регулювання гучності (величина гучності від кута повороту регулятора). Оптимальне значення R2 лежить в діапазоні 33 ... 68 кОм (більший опір знизить перешкодостійкість).

Схема включення підсилювача - неінвертуюча. Резистори R3 і R4 створюють ланцюг негативного зворотного зв'язку (НГЗ). Коефіцієнт підсилення дорівнює:

Ку = R4 / R3 + 1 = 28,5 раза = 29 дБ


Це майже дорівнює оптимальному значенню 30 дБ. Міняти коефіцієнт підсилення можна, змінюючи резистор R3. Врахуйте, що робити Ку менше 20 не можна - мікросхема може самозбуджуватися. Більше 60 його також робити не варто - глибина НГЗ зменшиться, а спотворення зростуть. При значеннях опорів, зазначених на схемі, при вхідній напрузі 0,5 вольт вихідна потужність на навантаженні 4 Оми дорівнює 50 Вт. Якщо чутливості підсилювача не вистачає, то краще використовувати попередній підсилювач.

Значення опорів дещо більше, ніж рекомендовано виробником. Це по-перше, збільшує вхідний опір, що приємно для джерела сигналу (для отримання максимального балансу по постійному струму потрібно щоб R4 дорівнювало R2). По-друге, поліпшує умови роботи електролітичного конденсатора С3. І по-третє, посилює благотворний вплив С4. Про це детальніше. Конденсатор С3 послідовно з R3 створює 100%-у НГЗ по постійному струму (тому що опір постійному струму у нього нескінчений, і Ку виходить рівним одиниці). Щоб вплив С3 на підсилення низьких частот був мінімальним, його ємність повинна бути досить великою. Частота, на якій вплив С3 стає помітним дорівнює:

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


Ця частота і повинна бути дуже низька. Справа в тому, що С3 - електролітичний полярний, а на нього подається змінна напруга і струм, що для нього дуже погано. Тому чим менше значення цієї напруги, тим менше спотворення, що вносяться С3. З цією ж метою його максимально допустима напруга вибирається досить великим (50В), хоча напруга на ньому не перевищує 100 мілівольт. Дуже важливо, щоб частота зрізу ланцюга R3С3 була набагато нижчою, ніж вхідний ланцюга R2С2. Адже коли виявляється вплив С3 через зростання його опору, то й напруга на ньому збільшується (вихідна напруга підсилювача перерозподіляється між R4, R3 і С3 пропорційно їх опорам). Якщо ж на цих частотах вихідна напруга падає (через падіння вхідної напруги), то і напруга на С3 не росте. У принципі, як С3 можна використовувати неполярні конденсатор, але я не можу однозначно сказати, поліпшиться від цього звук, або погіршиться: неполярні конденсатор це "два в одному" полярних, включених зустрічно.

Конденсатор С4 шунтується С3 на високих частотах: у електролітів є ще один недолік (насправді недоліків багато, це розплата за високу питому ємність) - вони погано працюють на частотах вище 5-7 кГц (дорогі краще, наприклад Black Gate, ціною 7 - 12 євро за штуку непогано працює і на 20 кГц). Плівковий конденсатор С4 "бере високі частоти на себе", тим самим знижуючи спотворення, що вносяться на них конденсатором С3. Чим більше ємність С4 - тим краще. А його максимальна робоча напруга може бути порівняно невелика.

Ланцюг С7R9 збільшує стійкість підсилювача. У принципі підсилювач дуже стійкий, і без нього можна обійтися, але мені траплялися екземпляри мікросхем, які без цього ланцюга працювали гірше. Конденсатор С7 повинен бути розрахований на напругу не нижче, ніж напруга живлення.

Конденсатори С8 і С9 здійснюють так звану вольтодобавку. Через них частина вихідної напруги надходить назад у предкінцевий каскад і складається з напругою живлення. В результаті напруга живлення усередині мікросхеми виявляється вищою, ніж напруга джерела живлення. Це потрібно тому, що вихідні транзистори забезпечують вихідну напругу вольт на 5 менше, ніж напруга на їх входах. Таким чином, щоб отримати на виході 25 вольт, потрібно подати на затвори транзисторів напруга 30 вольт, а де його взяти? От і беремо його з виходу. Без ланцюга вольтодобавки вихідна напруга мікросхеми була б вольт на 10 менше, ніж напруга живлення, а з цим ланцюгом всього на 2-4. Плівковий конденсатор С9 бере роботу на себе на високих частотах, де С8 працює гірше. Обидва конденсатора повинні витримувати напругу не нижче, ніж 1,5 напруги живлення.

Резистори R5-R8, конденсатори С5, С6 і діод D1 управляють режимами Mute і StdBy при включенні і виключенні живлення (див. Режими Mute і StandBy в мікросхемі TDA7294/TDA7293). Вони забезпечують правильну послідовність включення / вимикання цих режимів. Правда все відмінно працює і при "неправильній" їх послідовності, так що таке управління потрібно більше для власного задоволення.

Конденсатори С10-С13 фільтрують живлення. Їх використання обов'язково - навіть з самим найкращим джерелом живлення опори й індуктивності сполучних проводів можуть вплинути на роботу підсилювача. При наявності цих конденсаторів ніякі дроти не страшні (в розумних межах)! Зменшувати ємності не варто. Мінімум 470 мкФ для електролітів і 1 мкФ для плівкових. При встановленні на плату необхідно, щоб виводи були максимально короткими і добре пропаяти - не шкодуйте припою. Всі ці конденсатори повинні витримувати напругу не нижче, ніж 1,5 напруги живлення.

І, нарешті, резистор R10. Він служить для розділення вхідного і вихідного землі. "На пальцях" його призначення можна пояснити так. З виходу підсилювача через навантаження на землю протікає великий струм. Може так трапитися, що цей струм, протікаючи по "земляному" провіднику, протече і через ту ділянку, за яким тече вхідний струм (від джерела сигналу, через вхід підсилювача, і далі назад до джерела по "землі"). Якщо б опір провідників був нульовим, то й нічого страшного. Але опір хоч і маленький, але не нульове, тому на опорі "земляного" проводу буде з'являтися напруга (закон Ома: U = I * R), яке складеться з вхідним. Таким чином вихідний сигнал підсилювача потрапить на вхід, причому цей зворотній зв'язок нічого хорошого не принесе, тільки все лихе. Опір резистора R10 хоч і мало (оптимальне значення 1 ... 5 Ом), але набагато більше, ніж опір земляного провідника, і через нього (резистор) у вхідні кола потрапить в сотні разів менший струм, ніж без нього.

У принципі, при гарній розводці плати (а вона у мене добра) цього не станеться, але з іншого боку, щось подібне може трапитися в "макромасштабі" по колі джерело сигналу-підсилювач-навантаження. Резистор допоможе і в цьому випадку. Втім, його можна цілком замінити перемичкою - він використаний виходячи з принципу "краще перепильнувати, ніж недопильнувати".

Джерело живлення

Підсилювач живиться двухполярною напругою (тобто це два однакових джерела, з'єднаних послідовно, а їх спільна точка підключена до землі).

Мінімальна напруга живлення по даташіту - 10 вольт. Я особисто пробував живити від -14 вольт - мікросхема працює, але чи варто так робити? Адже вихідна потужність виходить мізерною! Максимальна напруга живлення залежить від опору навантаження (це напруга кожного плеча джерела):

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294


Ця залежність викликана допустимим нагріванням мікросхеми. Якщо мікросхема встановлена на маленькому радіаторі, напруга живлення краще знизити. Максимальна вихідна потужність, що отримується від підсилювача приблизно описується формулою:

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294
де одиниці: В, Ом, Вт (я окремо досліджую це питання і опишу), а Uіп - напруги одного плеча джерела живлення в режимі мовчання.


Потужність блоку живлення повинна бути ват на 20 більше, ніж вихідна потужність. Діоди випрямляча розраховані на струм не менше 10 Ампер. Ємність конденсаторів фільтру не менше 10 000 мкФ на плече (можна і менше, але максимальна потужність знизиться а спотворення зростуть).

Потрібно пам'ятати, що напруга випрямляча на холостому ходу в 1,4 рази вище, ніж напруга на вторинній обмотці трансформатора, тому не спаліть мікросхему! Проста, але досить точна програма для розрахунку блоку живлення (дзеркало) (rar-файл близько 182 кБ ). І не забувайте, що для стереопідсилювача потрібен вдвічі більш потужніший блок живлення (при розрахунку за запропонованою програмою все враховується автоматично).

Обов'язково має бути запобіжник як мінімум в первинній обмотці трансформатора! Пам'ятайте, що висока напруга небезпечна для життя, а коротке замикання може призвести до пожежі!

У ланцюг "землі" запобіжник включати не можна!


Від імпульсного джерела схема теж може працювати, але тут високі вимоги пред'являються до самого джерела - малі пульсації, можливість віддавати струм до 10 ампер без проблем, сильних "осідань" і зривів генерації. Пам'ятайте, що високочастотні пульсації придушуються мікросхемою набагато гірше, тому рівень спотворень може підвищитися в 10-100 разів, хоча "на вигляд" там все в порядку. Хороше імпульсне джерело, придатне для Hi-Fi аудіо - це складний і недешевий пристрій, тому виготовити "старомодний" аналоговий блок живлення буде часто простіше і дешевше.

Файли (збільшена схема в форматі .gif , а також друкована плата в форматі Sprint-Layout 4.0) упаковані в архів rar ~ 27 кбайт.
horoshiy_hi-fi_pidsiluva4_na_mikroshemi_tda7294.rar [27.43 Kb]

Друкована плата одностороння і має розміри 65х70 мм:

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294 Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294
На фото справа плата с микросхемою 7293, яка відрізняється лише розташуванням конденсаторів С8, С9.


Плата розведена з урахуванням всіх вимог, що пред'являються до розведення високоякісних підсилювачів. Вхід розведений максимально далеко від виходу, і ув'язнений в "екран" з розділенням земля - вхід і вихід. Доріжки живлення, забезпечують максимальну ефективність фільтрувальних конденсаторів (при цьому довжина виводыв конденсаторів С10 і С12 повинна бути мінімальна). У своїй експериментальній платі я встановив клемник для підключення входу, виходу і живлення - місце під них передбачено (може трохи заважати конденсатор С10), але для стаціонарних конструкцій краще всі ці дроти припаяти - так надійніше.

Широкі доріжки крім низького опору володіють ще тою перевагою, що важче відшаровуються при перегріві. Та й при виготовленні "лазерно-утюжним" методом якщо де і не "пропечатані" квадрат 1 мм х 1 мм, то не страшно - все одно провідник не обірветься. Крім того, широкий провідник краще тримає важкі деталі (а тонкий може просто відклеїтися від плати).

Доріжки рекомендується залудити - і опір менше, і корозія.

На платі всього одна перемичка. Вона лежить під виводами мікросхеми, тому її потрібно монтувати першою, а під виводами залишити достатньо місця, щоб не замкнуло.

Резистори всі, крім R9 потужністю 0,12 Вт, Конденсатори С9, С10, С12 К73-17 63В, С4 я використав К10-47в 6,8 мкФ 25В (у коморі завалявся ... З такою ємністю навіть без конденсатора С3 частота зрізу по ланцюга НГЗ виходить 20 Гц - там, де не потрібно глибоких басів, одного такого конденсатора цілком достатньо). Однак я рекомендую всі конденсатори використовувати типу К73-17. Використання дорогих "аудіофільских" я вважаю неоправданим економічно, а дешеві "керамічні" дадуть гірший звук (це по ідеї, в принципі - будь ласка, тільки пам'ятайте, що деякі з них витримують напругу не більше 16 вольт і як С7 їх використовувати не можна). Електроліти підійдуть будь-які сучасні. На платі нанесена полярність підключення всіх електролітичних конденсаторів і діода. Діод - будь-який малопотужний випрямляючий, що витримує зворотню напруга не менше 50 вольт, наприклад 1N4001-1N4007. Високочастотні діоди краще не використовувати.

У кутах плати передбачено місце для отворів кріпильних гвинтів М3 - можна кріпити плату тільки за корпус мікросхеми, але все ж таки надійніше ще й прихопити гвинтами.

Мікросхему обов'язково встановити на радіатор площею не менше 350 см2. Краще більше. В принципі в неї вбудовано тепловий захист, але долю краще не спокушати. Навіть якщо передбачається активне охолодження, все одно радіатор повинен бути досить масивним: при імпульсному тепловиділенні, що характерно для музики, тепло більш ефективно відбирається теплоємністю радіатора (тобто велика холодна залізка), ніж розсіюванням в навколишнє середовище.

Металевий корпус мікросхеми з'єднаний з "мінусом" живлення. Звідси виникають два способи установки її на радіатор:
Через ізолюючу прокладку, при цьому радіатор може бути електрично з'єднаний з корпусом.
Напряму, при цьому радіатор обов'язково електрично ізольований від корпусу.

Перший варіант рекомендується, якщо ви збираєтеся кидати в корпус металеві предмети (скрепки, монети, викрутки), щоб не було замикання. При цьому прокладка повинна бути по можливості тонше, а радіатор - більше.

Другий варіант (мій улюблений) забезпечує краще охолодження, але вимагає акуратності, наприклад не демонтувати мікросхему при увімкненому живленні.

В обох випадках потрібно використовувати теплопровідні пасту, причому в 1-му варіанті вона повинна бути нанесена і між корпусом мікросхеми та прокладкою, і між прокладкою і радіатором.


Налагодження підсилювача


Спілкування в інтернеті показує, що 90% всіх проблем з апаратурою становить її "неналаштованість". Тобто, спаявши чергову схему, і не зумівши її налагодити, радіоаматор ставить на ній хрест, і оголошує схему поганою. Тому налагодження - найважливіший (і найчастіше самий складний) етап створення електронного пристрою.

Правильно зібраний підсилювач в налагодженні не потребує. Але, оскільки ніхто не гарантує, що всі деталі абсолютно справні, при першому включенні потрібно дотримуватися обережності.

Перше включення проводиться без навантаження і з відключеним джерелом вхідного сигналу (краще взагалі закоротити вхід перемичкою). Добре б в коло живлення (і в "плюс" і в "мінус" між джерелом і самим підсилювачем) включити запобіжники порядка 1А. На короткий час (~ 0,5 сек.) Подаємо напругу живлення і переконуємося, що струм, споживаний від джерела невеликий - запобіжники не згорають. Зручно, якщо в джерелі є світлодіодні індикатори - при відключенні від мережі, світлодіоди продовжують горіти не менше 20 секунд: конденсатори фільтру довго розряджаються маленьким струмом спокою мікросхеми.

Якщо споживаний мікросхемою струм великоий (більше 300 мА), то причин може бути багато: КЗ в монтажі; поганий контакт в "земляному" проводі від джерела; переплутані "плюс" і "мінус"; виводи мікросхеми стосуються перемички; несправна мікросхема; неправильно впаяні конденсатори С11, С13; несправні конденсатори С10-С13.

Переконавшись, що з струмом спокою все ОК, сміливо включаємо живлення та вимірюємо постійну напругу на виході. Його величина не повинна перевищувати + -0,05 В. Велике напруження говорить про проблеми з С3 (рідше за С4), або з мікросхемою. Бували випадки, коли "межземельний" резистор або був погано пропаяний, або замість 3 Ом мав опір 3 кОм. При цьому на виході була постійна 10 ... 20 вольт. Підключивши до виходу вольтметр змінного струму, переконуємося, що змінну напругу на виході дорівнює нулю (це найкраще робити із замкнутим входом, або просто з непідключеним вхідним кабелем, інакше на виході будуть перешкоди). Наявність на виході змінної напруги говорить про проблеми з мікросхемою, або ланцюгами С7R9, С3R3R4, R10. На жаль, часто звичайні тестери не можуть виміряти високочастотну напругу, яка з'являється при самозбудження (до 100 кГц), тому краще всього тут використовувати осцилограф.

Якщо і тут все гаразд, підключаємо навантаження, ще раз перевіряємо на відсутність порушення вже з навантаженням, і все - можна слухати!
Але краще все ж провести ще один тест. Внизу зображено, на мій погляд, мерзенний вигляд порушення підсилювача, "дзвін" - коли збудження з'являється тільки при наявності сигналу, причому при його певній амплітуді. Тому що його важко виявити без осцилографа і звукового генератора (та й усунути непросто), а звук псується колосально через величезні інтермодуляційні спотворення. Причому на слух це зазвичай сприймається як "важкий" звук, тобто без будь-яких додаткових призвуків (тому що частота дуже висока), тому слухач і не знає, що у нього підсилювач збуджується. Просто послухає, і вирішить, що мікросхема "погана", і "не звучить".

Хороший Hi-Fi підсилювач на микросхемі TDA7294


При правильній збірці підсилювача і нормальному джерелі живлення такого бути не повинно.

Однак іноді буває, і ланцюг С7R9 якраз і бореться з такими речами. АЛЕ! У нормальній мікросхемі все ОК і за відсутності С7R9. Мені траплялися екземпляри мікросхеми з дзвоном, в них проблема вирішувалася введенням ланцюга С7R9 (тому я її і використовую, хоч у даташіте її і ні). Якщо подібна гидота має місце навіть при наявності С7R9, то можна спробувати її усунути, "погратися" з опором (його можна зменшити до 3 Ом), але я б не радив використовувати таку мікросхему - це брак, і хто його знає, що в ній ще вилізе.

Проблема в тому, що "дзвін" можна побачити тільки на осцилографі, при подачі на підсилювач сигналу із звукового генератора (на реальній музиці його можна й не помітити) - а це обладнання є далеко не у всіх радіоаматорів. (Хоча, якщо хочете цим ділом добре займатися, постарайтеся такі прилади придбати, або хоча б десь ними користуватися). Але якщо бажаєте якісного звуку - постарайтеся перевіритися на приладах - "дзвін" - підступна річ, і здатний пошкодити якості звучання тисячею способів.

Джерело:electroclub.info

Сподобалась новина? Поділись нею з другом!

Це просте посилання, його можна відправити другу по ICQ або E-Mail:


Це посилання для вставки на форумах:


Це HTML-посилання для розміщення на своєму сайті:



Категорія: Схеми, Аудіо. Додав: TimON (7-09-2010, 17:26).
  • 85
 (голосів: 1)
Інформація
alt=
cup Вхід на сайт    cup Реєстрація cup WEB - Програми

Каталог веб ресурсів Тернопільщини каталог сайтів Схеми Copyright © 2010-2011.
Наш хостинг: ukraine.com.ua