Усилитель на TDA7294

Статья взята с сайта pavel.artmech.com
Автор статьи: Новик П.Е.

Конструирование усилителя всегда было задачей не простой. К счастью, в последнее время, появилось много интегрированных решений, облегчающий жизнь конструкторам-любителям. Я тоже не стал себе усложнять задачу и выбрал наиболее простой, качественный, с малым количеством деталей, не требующий настройки и стабильно работающий усилитель на микросхеме TDA7294 от SGS-THOMSON MICROELECTRONICS. В последнее время в интернете я распространилисьчиталвидел претензии к этой микросхеме, которые выражались примерно в следующем: "самопроизвольно возбуждается, при неправильной разводке; горит, по любому поводу, и т.д.". Ничего подобного.  Спалить её можно только неправильным включением или замыканием, а случаев возбуждения не было замечено ни разу, и не только у меня. Кроме того, у неё есть внутренняя защита от короткого замыкания в нагрузке и защита от перегрева. Также в ней реализованы функция приглушения (используется для предотвращения щелчков при включении) и функция режима ожидания (когда нет сигнала). Эта ИМС представляет собой УНЧ класса АВ. Одной из основных особенностей этой микросхемы является применение полевых транзисторов в предварительных и выходных каскадах усиления. К ее достоинствам относятся большая выходная мощность (до 100 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом), возможность работы в широком диапазоне питающих напряжений, высокие технические характеристики (малые искажения, низкий уровень шума, широкий диапазон рабочих частот и т.д.), минимум необходимых внешних компонентов и небольшая стоимость.

Основные характеристики TDA7294:

Параметр	Условия	Минимум	Типовое	Максимум	Единицы
Напряжение питания		±10		±40	В
Диапазон воспроизводимых частот	сигнал 3db Выходная мощность 1Вт	20-20000			Гц
Долговременная выходная мощность (RMS)	коэф-т гармоник 0,5%: Uп = ± 35 В, Rн = 8 Ом Uп = ± 31 В, Rн = 6 Ом Uп = ± 27 В, Rн = 4 Ом	60 60 60	70 70 70		Вт
Пиковая музыкальная выходная мощность (RMS), длительность 1 сек.	коэф-т гармоник 10%: Uп = ± 38 В, Rн = 8 Ом Uп = ± 33 В, Rн = 6 Ом Uп = ± 29 В, Rн = 4 Ом		100 100 100		Вт
Общие гармонические искажения	Po = 5Вт; 1кГц Po = 0,1-50Вт; 20-20000Гц		0,005	0,1	%
	Uп = ± 27 В, Rн = 4 Ом: Po = 5Вт; 1кГц Po = 0,1-50Вт; 20-20000Гц		0,01	0,1	%
Температура срабатывания защиты		145			0C
Ток в режиме покоя		20	30	60	мА
Входное сопротивление		100			кОм
Коэффициент усиления по напряжению		24	30	40	дБ
Пиковое значение выходного тока		10			А
Рабочий диапазон температур		0		70	0C
Термосопротивление корпуса				1,5	0C/Вт

Фирменное описание и типовые схемы включения от производителя (PDF формат).

Схем включения этой микросхемы достаточно много, рассмотрю самую простую:

Типовая схема включения:

Перечень элементов:

 Микросхему необходимо установить на радиатор площадью >600 см². Будьте внимательны, на корпусе микросхемы находится не общий, а минус питания! При установке микросхемы на радиатор лучше использовать термопасту. Желательно проложить между микросхемой и радиатором диэлектрик (слюду, например). В первый раз я не придал этому значения, подумал, а с какого такого перепугу я буду замыкать радиатор на корпус, но в процессе отладки конструкции, нечаянно упавший со стола пинцет замкнул как раз радиатор на корпус. Взрыв был классным! Микросхемы просто разнесло на куски! В общем отделался лёгким испугом и 10$ :). На плате с усилителем желательно также поставить на питание мощные электролиты 10000мк х 50в, дабы при пиках мощности провода от блока питания не давали провалы напряжения. Вообще, чем больше ёмкость конденсаторов на питании - тем лучше, как говорится "кашу маслом не испортишь". Конденсатор C3 можно убрать (или не ставить), я так и сделал. Как выяснилось, именно из-за него, при включении перед усилителем регулятора громкости (простого переменного резистора) получалась RC цепочка, которая при увеличении громкости косила высокие частоты, а вообще он нужен чтобы предотвращать возбуждение усилителя при подаче на вход ультразвука. Вместо C6, C7 я поставил на плате 10000мк х 50в, С8, С9 можно ставить любого близкого номинала - это фильтры питания, они могут стоять в блоке питания, а можно их припаять навесным монтажом, что я и сделал.

Плата:

Я лично не очень люблю использовать готовые платы, по одной простой причине - трудно найти точно такие же по размеру элементы. Но в усилителе разводка может сильно влиять на качество звука, поэтому Вам решать какую плату выбрать. Поскольку я собирал усилитель сразу на 5-6 каналов, соответственно плата сразу на 3 канала:

В векторном формате (Corel Draw 12)
Блок питания усилителя, фильтр НЧ и др.

Блок питания

Почему-то, блок питания усилителя вызывает много вопросов. На самом деле, как раз тут-то, всё достаточно просто. Трансформатор, диодный мост и конденсаторы - это основные элементы блока питания. Этого достаточно для сборки самого простого блока питания.

Для питания усилителя мощности стабилизация напряжения неважна, а важны ёмкости конденсаторов по питанию, чем больше - тем лучше. Важна также толщина проводов от блока питания до усилителя.

Мой блок питания реализован по следующеё схеме:

Питание +-15В предназначено для питания операционных усилителей в предварительных каскадах усилителя. Можно обойтись без дополнительных обмоток и диодных мостов, запитав модуль стабилизации от 40В, но стабилизатору придётся гасить очень большой перепад напряжения, что приведёт к значительному нагреву микросхем стабилизаторов. Микросхемы стабилизаторов 7805/7905 - импортные аналоги наших КРЕН.

Возможны вариации блоков А1 и А2:

Блок A1 - фильтр для подавления помех питания.

Блок А2 - блок стабилизированных напряжений +-15В. Первый альтернативный вариант - простой в реализации, для питания слаботочных источников, второй - качественный стабилизатор, но требует точного подбора комплектующих (резисторов), иначе получите перекос плеч "+" и "-", что даст потом перекос нуля на операционных усилителях.

Трансформатор

Трансформатор блока питания для стерео усилителя на 100Ват должен быть примерно 200Ват. Поскольку я делал усилитель на 5 каналов, мне понадобился трансформатор помощнее. Но мне не надо было выкачивать все 100Ват, да и все каналы не могут одновременно отбирать мощность. Мне попался на рынке трансформатор TESLA (ниже на фото) ват эдак на 250 - 4 обмотки проводом 1,5мм по 17В и 4 обмотки по 6,3В. Соединив их  последовательно я получил нужные напряжения, правда пришлось немного отмотать две обмотки на 17В, дабы получить суммарное напряжение двух обмоток ~27-30В, поскольку обмотки были сверху - труда особого это не составило.

Отличная вещь - тороидальный трансформатор, такие используются для питания галогенок в светильниках, на рынках и магазинах их полно. Если конструктивно два таких трансформатора положить один на другой - излучение будет взаимно компенсироваться, что уменьшит наводки на элементы усилителя. Беда в том, что они имеют одну обмотку на 12В. У нас на радиорынке можно сделать такой трансформатор на заказ, но стоит это удовольствие будет прилично. В принципе, можно купить 2 трансформатора на 100-150Ват и перемотать вторичные обмотки, количество витков вторичной обмотки надо будет увеличить примерно в 2-2,4 раза.

Диоды / диодные мосты

Можно купить импортные диодные сборки с током 8-12А, это значительно упрощает конструкцию. Я использовал импульсные диоды КД 213, причём делал отдельно по мосту на каждое плечо, чтобы дать запас по току для диодов. При включении происходит заряд мощных конденсаторов, бросок тока при этом весьма существенен, при напряжении 40 В и емкости 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора составляет ~10 А, соответственно по двум плечам 20А. При этом трансформатор и выпрямительные диоды кратковременно работают в режиме короткого замыкания. Пробой диодов по току даст неприятные последствия. Диоды были установлены на радиаторы, но я не обнаружил нагрева самих диодов - радиаторы были холодные. Для устранения помех по питанию, рекомендуют параллельно каждому диоду в мосте, устанавливать конденсатор ~0,33мкф тип К73-17. Я правда, делать этого не стал. В цепи +-15В можно применить мосты типа КЦ405, на ток 1-2А.

Конструкция

Готовая конструкция.

Самое занудное занятие - корпус. В качестве корпуса я взял старый слим корпус от персонального компьютера. Пришлось его немного укоротить по глубине, хотя это было непросто. Считаю, что корпус получился удачным - блок питания находится в отдельном отсеке и можно ещё 3 канала усиления засунуть в корпус свободно.

Общая конструкция

После полевых испытаний, выяснилось, что нелишне поставить вентиляторы на обдув радиаторов, несмотря на то, что радиаторы имеют весьма внушительные размеры. Пришлось надырявить корпус снизу и сверху, для хорошей вентиляции. Вентиляторы подключены через 100Ом подстроечный резистор 1Вт на самые малые обороты (см. след рисунок).

Блок усилителя

Микросхемы стоят на слюде и термопасте, винты тоже надо изолировать. Радиаторы и плата прикручены к корпусу через диэлектрические стойки.

Входные цепи

Очень хотелось этого не делать, только с надежде, что это всё временно....

После навешивания этих кишек, в колонках появился небольшой гул, видимо с "землёй" чё то стало не так. Мечтаю о том дне, когда я выкину это всё из усилителя и буду использовать его только как усилитель мощности.

Плата сумматора, фильтра НЧ, фазовращателя

Блок регуляции

Результат

Сзади получилось красивей, хоть ты его разверни попой вперёд... :)

Стоимость конструкции.

TDA 7294	$25,00
конденсаторы (мощные элетролиты)	$15,00
конденсаторы (остальные)	$15,00
разъемы	$8,00
кнопка включения	$1,00
диоды	$0,50
трансформатор	$10,50
радиаторы с кулерами	$40,00
резисторы	$3,00
переменные резисторы + ручки	$10,00
галетник	$5,00
корпус	$5,00
операционные усилители	$4,00
стабилтизаторы напряжения	$2,00
Всего	$144,00

Да, недешево что-то получилось. Скорее всего чего-то не учёл, просто покупалось, как всегда, всего гораздо больше, ведь пришлось ещё экспериментировать, да и сжёг я 2 микросхемы и взорвал один мощный электролит (всего этого я не учитывал). Это расчёт усилителя на 5 каналов. Как видно очень недёшево получились радиаторы, я использовал недорогие, но массивные кулера для процессоров, на то время (полтора года назад) они были очень хороши для охлаждения процессоров. Если учесть, что ресивер начального уровня можно купить за 240$, то можно и задуматься - а надо ли Вам это :), правда там стоит усилитель более низкого качества. Усилители такого класса стоят порядка 500$.