Интегральная микросхема TDA7294 по своим характеристикам, представляет собой современный одноканальный аудиоусилитель от известной европейской компании ST Microelectronics. Его используют в качестве основы в УНЧ класса AB оборудования Hi-Fi. Имеет встроенные функции защиты от короткого замыкания, критического нагрева и электрических разрядов. Есть режим ожидания, при отсутствии сигнала на входе и задержка включения/выключения для снижения шумов на выходе.
За смешные деньги (цена устройства в России не превышает 400 руб.), c помощью небольшого количества электронных компонентов и парой таких TDA, можно своими руками собрать мощный стереоусилитель c хорошим и качественным звучанием. Стоит учитывать, что в настоящее время в радиомагазинах продаются уже готовые модули и конструкторы для пайки, но их стоимость на порядок выше.
Технические параметры
Технические характеристики TDA7294 позволяют получить максимальную мощность до 100 Вт, при сопротивлении в цепи нагрузки от 4 до 8 Ом. Этому способствуют полевые транзисторы, установленные в её предварительном и выходном каскадах. Устройство славится низким уровнем собственных искажений и шумов, работает в широком диапазоне частот и питающих напряжений.
Максимальные параметры
Рассмотрим максимальные значения предельно допустимых режимов эксплуатации TDA7294:
- напряжение питания (без сигнала) VS = ± 50 В;
- пиковый выходной ток IO = 10 А;
- мощность рассеивания (при Tcase=70 ОС) Ptot = 50 Вт;
- диапазон рабочих температур от 0 до 70 ОС;
- температура: кристалла Tj до +150 ОС; при хранении до +150 ОС.
Стоит учитывать, что поданные на микросхему 50 В являются критическими и могут вывести её из строя. Поэтому не стоит экспериментировать с такими величинами, если нет желания спалить устройство. Оптимальным напряжением при нагрузке в 4 Ом считается ±27 В, а для 8 Ом не более ±35 В.
Для использования на мощности более 10 Вт, необходимо предусмотреть радиатор. Если не заморачиваться с расчётами, то его можно взять из старого компьютерного блока питания. В любом случае, чем он больше тем лучше. Ставить нужно через слюдяную прокладку. Дополнительно можно установить вентилятор, предусмотрев при этом выход для воздуха.
Отдельно нужно сказать про выбор источника напряжения. Чтобы устройство выдавало заявленные 100 Вт для воспроизведения музыки, достаточно будет блока питания мощностью от 110 Вт. На многих форумах советуют брать с запасом на 250 Вт. C таким БП данная TDA справится и c чистым синусоидальным сигналом.
Электрические параметры
Значения электрических параметров TDA7294 получены производителем при следующих режимах измерения: напряжение питания VS = ± 35 В, сопротивлении нагрузки RL = 8 Ом, температуры воздуха Tamb=25 ОС, рабочая частоты f=1 кГц. Они справедливы если в графе «условия» не указано иных величин.
Описание элементов схемы
Почти все элементы можно найти в блоке питания ATX. Диоды D26-D29 с напряжением пробоя 400 В, но лучше взять немного выше, по меньшей мере 600 В. Готовый выпрямитель можно найти в блоке питания ATX. Диодные мосты для питания контроллера также целесообразно применять не менее 600 В. Но они могут быть дешевыми и популярными 1N4007 или похожими.
Стабилитрон, ограничивающий напряжение питания контроллера, должен выдерживать мощность 0,7 Вт, поэтому его номинальная мощность должна составлять 1 Вт или более.
Конденсаторы C18 и C19 могут использоваться с другой емкостью, но не менее 220 мкФ. Емкость более 470 мкФ также не должна использоваться из-за излишне увеличенного тока при включении инвертора в сеть и больших размеров – они могут просто не влезть на плату. Конденсаторы C18 и C19 также находятся в каждом блоке питания ATX.
Силовые транзисторы Q8 и Q9 – очень популярные IRF840, доступные в большинстве электронных магазинов по 30 рублей. В принципе, вы можете использовать другие МОП-транзисторы на 500 В, но это повлечет изменение резисторов R12 и R13. Установленные на 75 Ом обеспечивают время открытия / закрытия затвора около 1 мкс. В качестве альтернативы, их можно заменить либо на 68 – 82 Ома.
Буферы перед входами MOSFET и управляющим трансформатором I, на транзисторах BD135 / 136. Здесь могут использоваться любые другие транзисторы с напряжением пробоя выше 40 В, такие как BC639 / BC640 или 2SC945 / 2SA1015. Последний может быть выдран из блоков питания ATX, мониторов и т. д. Очень важным элементом инвертора является конденсатор C10. Это должен быть полипропиленовый конденсатор, адаптированный к большим импульсным токам. Такой конденсатор находится в блоках питания ATX. К сожалению, иногда он является причиной отказа источника питания, поэтому нужно тщательно его проверить прежде чем паять в схему.
Диоды D22-D25, которые выпрямляют напряжение +/- 35 В, использованы UF5408, подключенные параллельно, но лучшим решением было бы использовать одиночные диоды BY500 / 600, которые имеют более низкое напряжение падения и более высокий номинальный ток. Если возможно, эти диоды должны быть спаяны на длинных проводах – это улучшит их охлаждение.
Дроссели L3 и L4 намотаны на тороидальные порошковые сердечники из источников питания ATX – они характеризуются преобладающим желтым цветом и белой окраской. Достаточны сердечники диаметром 23 мм, 15-20 витков на каждом из них. Однако испытания показали, что они не нужны – инвертор работает и без них, достигает своей мощности, но транзисторы, диоды и конденсатор C10 становятся более горячие из-за импульсных токов. Дроссели L3 и L4 повышают эффективность инвертора и снижают частоту отказов.
Выпрямители D14-D17 +/- 12 В оказывают большое влияние на эффективность этой линии. Если эта линия будет питать предусилитель, дополнительные вентиляторы, дополнительный усилитель для наушников и, например, индикатор уровня, диоды должны использоваться по крайней мере на 1 A. Однако, если линия +/- 12 В будет питать только предусилитель, который тянет до 80 мА, даже можно использовать тут 1N4148. Дроссели L1 и L2 практически не нужны, но их присутствие улучшает фильтрацию помех от электросети. В крайнем случае вместо них можно использовать резисторы на 4,7 Ом.
Ограничители напряжения R22 и R23 могут состоять из серии силовых резисторов, соединенных последовательно или параллельно, чтобы получить один резистор с более высокой мощностью и соответствующее сопротивление.
Типовое включение
Типовую схему включения на tda7294 можно взять из технического описания в datasheet. Контакты VM и VSBY подключают к положительному выводу +VS. Если питание на них отсутствует или меньше 1,5 В – устройство выключено. В случае увеличения напряжения более 3,5 В микросхема выходит из энергосберегающего состояния (StandBy) и тихого режима (Mute).
Данную конструкцию можно собрать используя изображенную на рисунке элементную базу. Вместе с тем, любителям глубоких низких частот, её следует незначительно доработать. Ниже приведены рекомендации по выбору конденсаторов и резисторов, которые помогут получить более качественное звучание.
На место С1 целесообразно установить металлизированные плёночные конденсаторы не менее 0,33 мкФ. Чем больше ёмкость, тем лучше будут звучать басы. C2 должен быть на 50 В и не менее 22 мкФ. На форумах рекомендуют ставить 220 мкФ. C3,C4 (на 50 В) задают время включения. Примерно такое же назначение у резисторов R4 и R5, их номиналы лучше оставить на 10 и 22 кОм соответственно.
ПОС конденсатор С5 имеет место только при превышении источника питания более 40 В. На схеме он указан 22 мкФ, но лучше ставить 220 мкФ x 50 В. Это также будет способствовать появлению хороших низких част.
С7, C9 это плёночныё кондеры на 0,33 мкФ. C6 и С8 можно не ставить. Резистор R1 определяет входное сопротивление. R2 и R3 (их соотношение R3/R2) задают коэффициент усиления.
В вашем автомобиле слишком шумно? Слышен гул колёс? Тогда вам нужна качественная шумоизоляция фольксваген, от профессионалов своего дела.
Принцип работы импульсного блока питания
Напряжение 220 В выпрямляется мостом с диодами D26-D29. Входные конденсаторы C18 и C19 заряжаются до общего напряжения 320 В, а поскольку инвертор работает в полумостовой системе, они делят их на половину, что дает 160 В на конденсатор. Это напряжение дополнительно уравновешивается резисторами R16 и R17. Благодаря этому разделению можно подключить трансформатор Т1 к одному каналу. Тогда потенциал между конденсаторами обрабатывается как масса, один конец первичной обмотки подключен к +160 В, другой к -160 В. Напряжение переключения первичной обмотки трансформатора Т1 осуществляется с помощью переменного транзистора N-MOSFET Q8 и Q9.
Конденсатор C10 и первичная обмотка трансформатора тока T3 расположены последовательно с первичной обмоткой. Конденсатор связи не нужен для функционирования схемы, но он играет очень важную роль – защищает от несбалансированного потребления энергии от входных конденсаторов и, следовательно, перед зарядкой одного из них до более чем 200 В. Трансформатор тока Т3, также расположенный последовательно с первичной обмоткой, действует как защита от короткого замыкания. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку и позволяет измерять величину тока, уменьшенную до точности ее передачи. Его задача – информировать контроллер о величине тока, протекающего через первичную обмотку T1.
Параллельно с первичной обмоткой основного трансформатора имеется так называемая схема гашения импульсов, которую образуют C13 и R18. Она подавляет всплески напряжения, возбуждаемые при переключении силовых транзисторов. Они не опасны для МОП-транзисторов, поскольку их встроенные диоды эффективно защищают от перенапряжения на стоках. Однако всплески напряжения могут отрицательно влиять на эффективность инвертора, поэтому важно их устранить.
Силовые МОП-транзисторы не могут управляться напрямую от контроллера из-за изменения потенциала верхнего транзисторного источника. Транзисторы управляются с помощью специального трансформатора Т2. Это обычный импульсный трансформатор, работающий в двухтактном режиме, открывающий силовые транзисторы. Управляющий трансформатор Т2 имеет на входе набор элементов управления напряжением на обмотках, которые помимо генерирования напряжения, продиктованного контроллером, защищают от возникновения размагничивающего напряжения сердечника. Неконтролируемое напряжение размагничивания удерживало бы транзистор открытым. Элементами, непосредственно ответственными за устранение напряжения размагничивания, являются диоды D7 и D9, а также транзисторы Q3 и Q5. Во время простоя, когда оба МОП-транзистора закрыты, ток протекает через D7 и Q5 (или D9 и Q3) и поддерживает напряжение размагничивания около 1,4 В. Это напряжение безопасно и не может открыть силовой транзистор.
Осциллограмма напряжения на входах MOSFET:
На осциллограмме можно четко видеть момент, когда сердечник перестает размагничиваться диодами D7 и D8 (D6 и D9) и начинает намагничиваться в противоположном направлении транзисторами Q3 и Q4 (Q2 и Q5). В фазе размагничивания сердечника напряжение на затворе Т2 достигает 18 В, а на фазе намагничивания оно падает примерно до 14 В. Почему не использован один из драйверов типа IR? Прежде всего управляющий трансформатор более надежный, более предсказуемый. IR-драйверы очень капризны и подвержены ошибкам.
На вторичной обмотке основного трансформатора Т1 генерируется переменное напряжение, поэтому необходимо его выпрямить. Роль выпрямителя играют выпрямительные фаст диоды, генерирующие симметричное напряжение. Выходные дроссели расположены за диодами – их присутствие влияет на эффективность инвертора, подавляя всплески заряжающие выходные конденсаторы при включении одного из силовых транзисторов. Далее выходные конденсаторы с резисторами предварительной нагрузки, которые препятствуют подъёма напряжения до слишком высоких значений.
Мостовое включение
Мостовая схема позволяет добиться до 120 Вт на выходе. Для её реализации потребуется две микросхемы и только в случаях, когда нагрузка составляет 8 или 16 Ом. При меньшем сопротивлении, из-за больших токов, TDA может перегреться и выйти из строя. Она представляет собой конструктивное решение из двух типовых, рассмотренных выше. При этом, громкоговоритель подключен между выходами (контакт 14) микросхем. Оптимальное питающее напряжение для такой сборки не менее 35 В. Вход одного из усилителей (контакт 3) должен быть подключен к земле.
Здесь необходимо наличие резистора обратной связи (на 22 кОм), между контактами 14 и 2, первой и второй микросхемы соответственно. Если этого не сделать, то усилитель работать не будет.
Для включения усилителя на контакты 10 (Mute) и 9 (StandBuy) должно подаваться не менее 5 В.
Подключение регулятора громкости
Если предусилитель отсутствует, то регулятор громкости подключается непосредственно к усилителю. Важно, чтобы входные цепи не имели контакта с «землей» или с корпусом усилителя.
В качестве регулятора рекомендуется использовать переменный резистор (потенциометр) сопротивлением 30…50 кОм. Предельные значения сопротивления регулятора громкости 5…100 кОм, но при этом возможно небольшое ухудшение качества звучания.
Переменный резистор лучше использовать с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота. Тогда при вращении ручки регулятора, громкость будет изменяться пропорционально углу поворота. Такие переменные резисторы российского производства имеют в обозначении букву В, а резисторы произведенные не в России – букву A.
Умощнение транзисторами
Для повышения тока в нагрузке выполняют умощнение схемы на tda7294. Такое возможно реализовать добавив на выход транзисторы. Примеров подобных доработок в интернете достаточно. На рисунке представлен один из вариантов.
Номинальная мощность усилителя в таком исполнении, на нагрузку в 4 Ом, достигает 100 Вт. Коэффициент нелинейных искажений, при работе на уровне до 80 Вт, значительно меньше типового решения. Провал типа «лесенка» в каскаде вовсе отсутствует.
В интернете есть и альтернативные решения на этой TDA. Одним из них является популярный инвертирующий усилитель на tda7294, по схеме с проекта audiokiller. Пример сборки такого модуля смотрите в видеоролике
Аналоги
Какая микросхема лучше для усилителя звука tda7294 или tda7293? Данный вопрос встречается часто при поиске аналогов, так как эти две TDA можно назвать взаимозаменяемыми (главное условие – питания схемы не более 40 В). Основные параметры у них особо ничем не отличаются.
Вместе с тем, tda7293 имеет чуть лучше характеристики по максимальному питающему напряжению и выходной мощности. В ней доработаны функции вольтодобавки и клип-детектора. Реализована возможность параллельного соединения для умощнения. Но, несмотря на эти плюсы, некоторые радиолюбители считают её более глючной и менее надёжной в использовании.
DataSheet на устройство tda7294 в формате pdf от компании ST Microelectronics можно скачать по ссылке.
↑ Импульсник
Мои мытарства с ИИП подробно описаны в этой теме форума //forum.datagor.ru/index.php?showtopic=5627&st=42 Вот он родной:
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
IR2153 питается от средней точки делителя, управляет полевиками, а они подают на первичку импульсы частотой несколько десятков килогерц. Схема заработала сразу («Ну да, уж так прям и сразу!» — может сказать кто-нибудь читавший ту ветку форума, но оказалось что всё было правильно, виноваты мои кривые руки).
Транс рассчитывал по совету автора схемы в программе Transformer-2. Всё было точно по расчету — на холостом ходу, а когда подключил усилители напруга упала. Потом последовала череда экспериментов, с частотозадающими элементами C9 и P1 и вторичкой трансформатора, в итоге нирвана была достигнута на ± 30в выходного напряжения.
Трансформатор
— 3 склеенных кольца
Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Как я понял, задающими элементами нужно правильно подобрать частоту, так, чтобы сердечник не входил в насыщение, и чтобы полевики не уходили в саморазогрев. Кстати осциллографа у меня не было, если он у вас есть это всё немного упрощает. Половину деталей на ИИП пошло от старого БП для компа, оттуда же радиатор.
Настоящей проблемой стало раздобыть полумост с общим анодом, нигде не нашёл, так что не мудрствуя лукаво нагородил порнографию из 2-х диодов Шоттки в корпусах ТО-220. Место на печатной плате под стабилизаторы для сервисных цепей усилителя не использовалось.
Перед включением этого, да и любого ИИП, необходимо всё проверить, и ещё раз проверить, первое включение — через лампу накаливания 100-150вт, если что не так она просигналит, а полевики возможно не «отправятся покорять околоземную орбиту» ©AlexD. На звуке применение ИИП не отразилось, зато весь усилитель стал весить меньше чем один ТС180.
