Усилитель для сабвуфера на TDA7294 (мостовая схема). TDA7294: схема усилителя

Наверное, любой радиолюбитель знаком с микросхемой : простая схема, хорошее качество звука, невысокая цена. Недавно я решил взглянуть на с другой стороны, вновь наткнувшись на статью об усилителе «MF-1» от Lincor.

Это моя первая статья, она предназначена начинающим любителям хорошего звука. Также представлен чертёж ПП и вариант изготовления корпуса усилителя.

Знакомство с у меня прошло не очень гладко. В то время попадалось очень много подделок. Горели они иногда сразу при первой подаче питания, а если и запускались, выдавали не звук, а что-то отдаленно его напоминающее, из за чего хотелось облить плату бензином и поджечь избавиться от этого УНЧ и никогда о нём не вспоминать. Может виной тому послужила ещё и моя неопытность, а может топология платы собственного изготовления размером 35×45 мм (при воспоминании о той плате у автора пробегают по телу крупнопупырчатые мурашки).

После прочтения было принято решение о сборке по следующим критериям:
1) чистый оконечник без регулятора громкости (усилитель работает в связке с ПК, с него же и регулируется звук),
2) 2 канала усиления по схеме двойное моно (были 2 трансформатора от УМ Вега,
3) более низкий коэфф. взаимного проникновения каналов и красивое стерео),
4) принудительное охлаждение с помощью 2х компьютерных кулеров и вентиляторов на малых оборотах,
5) и всё это обязательно в корпусе в виде законченной конструкции, которую не стыдно выложить на Датагор.

Мой вариант ПП

Корпусом послужил, как это ни странно, самодельный усилитель моего соседа, бывшего радиолюбителя, собраный в корпусе неизвестного лабораторного прибора. Усилок был выставлен на лестничную площадку, т.к. был ему уже без надобности, а в мусор выбрасывать жаль. Об этом корпусе я и вспомнил, когда решил собрать «MF-1».

В процессе доработки корпуса использовались простые и недорогие детали:
Уголок алюминиевый 15×15 х 1 мм, купил в «ХоумЦентре».
Болты М3 с потайной шляпкой, гайки.
Металлические проставки с резьбой М3.

И вот что у нас получилось:

Трансформаторы и фильтр

Выпрямители

Оконечники с кулерами

Настал черед панелей. Т.к. охлаждение у нас вентилятором, воздух должен куда-то выходить и откуда-то заходить. Первым делом начал пилить заднюю панель с отверстием для выхода воздуха:

Все делалось с помощью дрели, электролобзика, гравера и надфилей. Теперь вырезаем решетку из корпуса компьютерного БП, зачищаем края отверстия:

Теперь берем паяльную кислоту, паяльник мощностью не менее 100 Вт и припаиваем решетку к панели в нескольких местах:

Размещаем на панели входные и выходные разъемы, ОБЯЗАТЕЛЬНО ИЗОЛИРУЯ ИХ от корпуса :

Припаиваем вывод экранировки корпуса к панели. Это будет ЕДИНСТВЕННОЕ место соединения корпуса с общим проводом питания. Соединяем корпус с земляными контактами входных разъемов через резисторы 1-2 Вт номиналом 1,5-2 Ом. Эти меры нужны для того, чтобы не схватить «земляную петлю», которая будет гадить нам в виде фона 50 Гц.

Задняя панель на месте:

Теперь переносим цепь Цобеля с платы на выходные разъемы УМ. На плате ей не совсем место, т.к. она (цепь) является резонансной системой:

Теперь дело за передней панелью. На ней расположен только тумблер питания. Сама панель из алюминия, за ней вплотную расположена фальшпанель из в меру мягкого пластика, на котором можно закрепить что угодно винтами М3 с потайными головками. Кнопку использовал от старой мертвой кассетной деки Wilma-104-Stereo:

Панель крепится на жестяных уголках с помощью болтов под шестигранник. Вот и все, усилитель готов!

Итоги

Ребята, я НЕ узнал ! Не думал что когда-нибудь скажу такое, но это так! Приятный мягкий бас, отчетливые высокие (теперь я различаю перкуссию и хлопки в ладоши на треках, которые наизусть знаю), и все это удовольствие на самодельных трехполосных ЗЯ с басовиками на 8".
Всех, кого отталкивает повышенный уровень ВЧ, хочу успокоить: на слух это ощущается не как подъем высоких, а как повышение качества источника, увеличение «прозрачности».

В моём варианте плата немного переделана. Выбор режимов «mute» и «standby» выкинут за ненадобностью, основной банк ёмкости конденсаторов перенесен ближе к МС.

Питание 2×23 В. В выпрямителе используются диоды КД213Б. Электролиты зашунтированы емкостью 100 нФ, вторички трансформатора - 47 нФ.
Каждая МС изолирована от радиаторов слюдяной пластиной, радиаторы же в свою очередь заземлены на корпус.
Все провода скручены между собой с целью уменьшения помех.

Фона не слышно даже с открытым входом даже вплотную у динамика. Цель, так сказать, достигнута!
Далее в планах просверлить отверстия для забора воздуха в правой части нижней крышки корпуса, изготовить устройство регулировки оборотов вентилятора с контролем температуры радиаторов, возможно встроить предусилитель с регулятором тембров, ну и покрасить корпус.

В данной статье речь пойдет о довольно распространенной и популярной микросхеме-усилителе TDA7294 . Рассмотрим ее краткое описание, технические характеристики, типовые схемы подключения и приведем схему усилителя с печатной платой.

Описание микросхемы TDA7294

Микросхема TDA7294 представляет собой монолитную интегральную схему в корпусе MULTIWATT15. Она предназначена для использования в качестве AB усилителя звука класса Hi-Fi. Благодаря широкому диапазону питающего напряжения и высокому выходному току, TDA7294 способна обеспечивать высокую выходную мощность при сопротивлении динамиков 4 Ом и 8 Ом.

TDA7294 имеет низкий уровень шума, низкий уровень искажений, хорошее подавление пульсаций и может работать от широкого диапазона питающего напряжения. Микросхема имеет встроенную защиту от короткого замыкания и схему отключения при перегреве. Встроенная функция подавления (Mute) упрощает дистанционное управление усилителем, предотвращая появления шумов.

Этот интегральный усилитель прост в использовании и для его полноценной работы требуется не так много внешних компонентов.

Технические характеристики TDA7294

Размеры микросхемы:

Как было сказано выше, микросхема TDA7294 выпускается в корпусе MULTIWATT15 и имеет следующее расположение выводов (распиновка):

1. GND (общий провод)
2. Inverting Input (инверсный вход)
3. Non Inverting Input (прямой вход)
4. In+Mute
5. N.C. (не используется)
6. Bootstrap
7. Stand-By
8. N.C. (не используется)
9. N.C. (не используется)
10. +Vs (плюс питание)
11. Out (выход)
12. -Vs (минус питание)

Следует обратить внимание на тот факт, что корпус микросхемы соединен не с общей линией питания, а с минусом питания (вывод 15)

Типовая схема включения TDA7294 из datasheet

Мостовая схема подключения

Мостовое включение — это включение усилителя к динамикам, при котором каналы стереофонического усилителя функционируют в режиме моноблочных усилителей мощности. Они усиливают один и тот же сигнал, но в противофазе. При этом динамик подключается между двумя выходами каналов усиления. Мостовое включение позволяет значительно увеличить мощность усилителя

По сути, данная мостовая схема из datasheet не что иное как два простых усилителя к выходам, которых подключен звуковой динамик. Данная схема включения может применяться только при сопротивлении динамиков 8 Ом или 16 Ом. С динамиком 4 Ом возникает большая вероятность выхода микросхемы из строя.

Среди интегрированных усилителей мощности, микросхема TDA7294 является прямым конкурентом LM3886.

Пример использования TDA7294

Это простая схема усилителя на 70 ватт. Конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 вольт. Для нормальной работы схемы микросхему TDA7294 необходимо установить на радиатор площадью около 500 см. кв. Монтаж выполнен на односторонней плате выполненный по .

Печатная плата и расположение элементов на ней:

Блок питания усилителя TDA7294

Для питания усилитель с нагрузкой 4 Ома питание должно составлять 27 вольт, при сопротивлении динамиков 8 Ом напряжение должно быть уже 35 вольт.

Блок питания для усилителя TDA7294 состоит из понижающего трансформатора Тр1 имеющего вторичную обмотку на 40 вольт (50 вольт при нагрузке 8 Ом) с отводом посередине либо две обмотки по 20 вольт (25 вольт при нагрузке 8 Ом) с током нагрузки до 4 ампер. Диодный мост должен отвечать следующим требованиям: прямой ток не менее 20 ампер и обратное напряжение не менее 100 вольт. С успехом диодный мост можно заменить четырьмя выпрямительными диодами с соответствующими показателями.

Электролитические конденсаторы фильтра C3 и C4 предназначены в основном для снятия пиковой нагрузки усилителя и устранению пульсации напряжения идущего с выпрямительного моста. Данные конденсаторы обладают ёмкостью 10000 мкф с рабочим напряжением не менее 50 вольт. Неполярные конденсаторы (пленочные) C1 и C2 могут быть емкостью от 0,5 до 4 мкф с напряжением питания не менее 50 вольт.

Нельзя допускать перекосов напряжения, напряжение в обоих плечах выпрямителя обязательно должно быть равным.

Сейчас редакция сайт покажет несколько вариантов исполнения знаменитого низкобюджетного усилителя мощности звука на двух чипах TDA7294. Усилитель предназначен для подключения к нему двух АС мощностью по 150 Вт. Схемы и предусилители, собраны на основе распространённой для этой м/с схемотехники, поэтому приводить их снова не будем — .

Тут имеются предусилитель с регуляторами и усилитель мощности. Симметричный источник питания +/- 40 В на основе трансформатора 2x28V и двух конденсаторов 10000 мкФ. Два моно предусилителя, работающие параллельно при питании 18 В от LM7818, управляют микросхемами TDA. Все охлаждается внутри корпуса вентилятором, но из-за нагрева радиаторов их вывели за пределы корпуса. Предельная мощность выходит почти 2 х 100W (4 Ом) или 200W в мост. Все уместилось в корпус блока питания компьютера. Усилитель работает стабильно и без каких-либо неприятных посторонних звуков.

Параметры микросхемы TDA7294

• Непрерывная выходная мощность — 70 Вт (4 Ом нагрузки при +/- 27 В)
• Гармонические искажения — 0,005% (5 Вт, 1 кГц)
• Предельное напряжение — +/- 50 В (рекомендуется 10 — 40 В)

Этот самодельный УМЗЧ действительно имеет сравнительно высокую выходную мощность и небольшие размеры. Стоимость реализации проекта вышла в пределах 1000 рублей. Корпус и трансформатор достались бесплатно.

Фотографии конструкции УНЧ на TDA7294

Правда с этим трансформатором такая мощность будет достижима лишь в пиках сигнала. Принимая во внимание пропорции блока питания и трансформатора, он имеет не более 100 Вт, что недостаточно для долговременной RMS. Но и уподобляться китайским производителям карманных магнитофончиков, рисуя на них сотни ватт PMPO (предельная пиковая выходная мощность) тоже не будем. Реально от микросхемы можно снять до 70 Вт на канал, что в любом случае для дома очень даже не плохо.

В настоящее время в большинстве устройств, например, в аудиоусилителях, используются тороидальные трансформаторы (круглые), поскольку они занимают меньше места, имеют большую мощность и в меньшей степени рассеивают магнитное поле, но к сожалению, у них есть один недостаток. При включении возникает так называемый токовый импульс, который может достигать значения, в несколько раз превышающего мощность трансформатора. Результатом является выбивание предохранителей в электрической сети. Более того, конденсаторы в середине усилителя создают дополнительно короткое замыкание в момент включения питания, что может повредить силовые клеммы и детали.

Для всех трансформаторов (особенно тороидов) в источнике питания следует использовать защиту с задержкой тока (), так как в момент включения трансформатора будет пусковой ток в несколько раз превышающий номинальный, например: для 500 ВА номинальный ток составляет около 2 А, а при включении он может достигните значения 12 А.

Как работает система защиты? Операция заключается во временном ограничении тока, протекающего во время включения трансформатора, так что бросок тока не возникает. Через приблизительно 2 секунды реле включается и трансформатор переходит в нормальную работу. Вся схема построена на отдельной печатной плате, ее сборка очень проста.

С TDA7294 трудно взять желаемых 100 Вт. Поэтому трансформатор на 120 Вт вполне подходит. С ним может достигаться мощность порядка 2 x 60W и не больше.

А вообще, наигравшись с TDA и LM, рекомендуем посмотреть в сторону STK4241 или STK4050 . Они действительно более мощные и лучшие усилители звука. Что касается LM или TDA, по коэфициенту искажений их даже не сравнить с STK. Так что если вы собираетесь делать реально приличный усилитель мощностью 2 х 100 Вт, сделайте это на двух STK4050 (по паспорту они смело выдадут и по 200). В процессе радиолюбительской практики было сделано в общей сложности штук 10 усилителей на STK, и никто не подвел.

Введение

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 распространились 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:

(PDF формат).

Схем включения этой микросхемы достаточно много, рассмотрю самую простую:

Типовая схема включения:

Перечень элементов:

Микросхему необходимо установить на радиатор площадью >600 см 2 . 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.

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 в 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.

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$, то можно и задуматься - а надо ли Вам это:), правда там стоит усилитель более низкого качества. Усилители такого класса стоят порядка 500$.

Список радиоэлементов

Схема включения и описание микросхемы TDA7294, даташит (datasheet), внешний вид и структурная схема интегрального усилителя НЧ.

В микросхеме предусмотрена защита выходного каскада от короткого замыкания, термозащита (переключение усилителя при перегреве при чрезмерных нагрузках на пониженную мощность), защита от скачков напряжения, режим отключения (Standby), режим включения/отключения входного сигнала (Mute), а также защита от «щелчка» при включении/выключении.

Технические характеристики

• Большой диапазон питающих напряжений - +/-40V;
• Большая выходная мощность - до 100Ватт;
• Функции Standby+Mute;
• Низкий THD;
• Низкий уровень шумов;
• Защита от короткого замыкания;
• Термозащита.

Рис. 1. Внешний вид микросхемы TDA7294.

Ниже показана цоколевка микросхемы TDA7294:

Рис. 2. Цоколевка микросхемы TDA7294.

Структурная схема

Рис. 3. Структурная схема микросхемы TDA7294.

Принципиальная схема

Назначение выводов приведено в таблице 1, а основные технические характеристики - в таблице 2.

Схема включения представлена на рисунке 4. Изображение печатной платы приведено на рисунке 5. Схема расположения элементов на плате изображена на рисунке 6.

Таблица 1. Назначение выводов микросхемы TDA7294.

Таблица 2. Основные технические характеристики микросхемы TDA7294.

Рис. 4. Типовая схема включения микросхемы TDA7294.

Рис. 5. Изображение печатной платы для TDA7294.

Рис. 6. Схема расположения элементов на плате для TDA7294.

Типовая схема включения из даташита

Рис. 7. Принципиальная схема включения микросхемы TDA7294.

Мостовая схема включения

Рис. 8. Принципиальная схема мощного мостового усилителя НЧ на микросхемах TDA7294.

Печатную плату для мостового варианта включения микросхем TDA7294 можно взять из публикации Схема мостового УНЧ на двух микросхемах TDA7294 (170 Вт) .

Еще один вариант схемы и печатной платы

Рис. 9. Принципиальная схема высококачественного УМЗЧ на микросхеме TDA7294.

Электролитические конденсаторы, которые по 100мкФ на схеме, должны быть качественные, по возможности не полярные. Tсли в собранном усилителе слышны наводки, то попробуйте заменить перемычкой резистор, обозначенный на схеме сопротивлением 15 Ом (соединяющий землю и S-GND).

Рис. 10. Печатная плата к схеме высококачественного усилителя мощности на TDA7294.

Печатная плата - Скачать (17 КБ). Размеры - 60х45мм.

• -27В + 27В для нагрузки 4 Ом;
• -35В + 35В для нагрузки 8 Ом.

Литература:

1. Баширов С.Р., Баширов А.С. - Современные интегральные усилители;
2. Даташит на микросхему TDA7294 - Скачать (7-Zip архив, 1,2МБ);
3. Форум forum.cxem.net.