Подборка плат усилителей на микросхемах для сборки своего усилителя мощности

Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294 (TDA7293) имеет хорошие параметры и великолепное звучание. Этот усилитель легко сделать самому. Можно купить печатную плату усилителя, а можно печатную плату сделать самостоятельно – получится не хуже.

Hi-Fi усилитель TDA7294

Можно даже сказать, что это Hi-End усилитель на микросхеме TDA7294, потому что в Hi-End существуют усилители на таких же или подобных микросхемах (например Gain Card), но этот усилитель значительно лучше. Фактически из микросхемы выжато все, на что она способна. А эта микросхема очень неплохая и усилитель на TDA7294 звучит намного лучше, чем все усилители производства СССР, и не хуже, чем многие европейские, американские и японские усилители производства не только XX, но и XXI века.

Работает с колонками сопротивлением 4…16 ом. В принципе может работать с нагрузкой сопротивлением от 2 ом, но при напряжении питания 24…26 вольт и с хорошим охлаждением.

Вот отзыв из Дании о звучании усилителя:

First impression on your TDA7293 is a much more detailed and open way of playing music. This is compared against a traditional PCB for 2 x TDA without your improvements. ——————————————————————————— Первое впечатление на вашем TDA7293 — более детальный и открытый способ воспроизведения музыки. Это сравнивается с традиционной печатной платой для 2-х TDA без ваших улучшений.

Усилитель, собранный в Дании

А этот усилитель работает в США:

Dead quiet with speakers hooked up. Dead quiet with signal inputs connected. No feedback loops or hum. Sounds very good on the test speaker system. Lower frequency response is very good. ———————————————————————— Мертвая тишина с подключенными динамиками. Мертвая тишина при подключенных сигнальных входах. Никаких петель обратной связи или гула. Звучание очень хорошее на тестовой акустической системе. Низкочастотная характеристика очень хорошая.

Усилитель, собранный в США

К усилителю можно подключить клип-детектор (clip-detector). Он показывает даже небольшую перегрузку усилителя, при которой начинает снижаться качество звучания.

Микросхема TDA7293 немного лучше, чем микросхема TDA7294, поэтому рекомендую использовать именно ее.

Об усилителе

Этот усилитель сделан не по типовой схеме из даташита (datasheet), которая всегда является максимально простой и максимально дешевой. В основе этого усилителя лежат многочисленные исследования, некоторые из них вы можете найти на моем сайте. Hi-Fi усилитель на TDA7294 использует инвертирующее включение микросхемы (инвертирующий усилитель имеет небольшие преимущества перед неинвертирующим) и используется много лет. За это время изготовлено несколько сотен экземпляров усилителя, и я получил множество отзывов о высоком качестве его звучания. Также эта схема скопирована на разных сайтах и обсуждается на многих интернет-форумах. Но кто может рассказать об этой схеме лучше, чем ее автор?

В этой статье вы найдете всю необходимую информацию, чтобы не только самостоятельно собрать усилитель своими руками, но и сделать его таким, как вам нужно.

Важно! Здесь не дается никаких рекомендаций по использованию «правильных проводов», «волшебных конденсаторов» и прочих выдумок и маркетинговой ерунды. На самом деле большинство аудиофильских мифов бессмысленно. А некоторые из них являются реально вредными. Я расскажу, как сделать технически правильный усилитель, который будет хорошо работать. Ведь то, что плохо работает, хорошо звучать не может.

Я не буду приводить все параметры усилителя, а только самые главные:

• Реально достижимая максимальная выходная мощность – 20…80 Вт. Она зависит от сопротивления нагрузки и напряжения питания.
• Коэффициент усиления усилителя – 23 раза (27 дБ). Такой коэффициент усиления достаточен для того, чтобы можно было работать без предусилителя – в подавляющем большинстве случаев нет необходимости дополнительно усиливать входной сигнал. При работе от обычной звуковой карты или CD плеера, величины входного сигнала достаточно, чтобы получить максимальную выходную мощность до 70 Вт на нагрузке 8 ом и более 100 Вт на нагрузке 4 ома. Реальная мощность будет меньше, так как выходная мощность будет ограничиваться возможностями самой микросхемы и блока питания. Поэтому можно поставить регулятор громкости на вход усилителя и обойтись без предусилителя.
• Диапазон частот микросхемы при таком способе включения примерно равен 3 Гц … 450 кГц. На этих частотах микросхема работает вполне хорошо. Однако такой широкий частотный диапазон реально не нужен и даже является вредным. Поэтому в моём усилителе он ограничивается искусственно. И составляет примерно 20 Гц … 50 кГц (вы можете отрегулировать частотный диапазон усилителя самостоятельно). Ограничение частотного диапазона, во-первых улучшает работу микросхемы и снижает уровень искажений (а динамические искажения, которые могут возникнуть в усилителях с глубокой отрицательной обратной связью – эти искажения в моём усилителе вообще не возникают!). Во-вторых, ограничение частотного диапазона усилителя полезно как колонкам, подключенным к усилителю, так и людям, которые через этот усилитель слушают музыку. Про то, как правильно выбрать частотный диапазон усилителя, написано ниже.
• Коэффициент нелинейных искажений Кг (коэффициент гармоник, THD) – 0,003…0,02%.

Коэффициент гармоник – это один из главных параметров, характеризующий качество звучания, поэтому в рекламных целях его стараются сделать наиболее красивым. Для этого прибегают к различным ухищрениям: измеряют на частоте, на которой он наименьший; измеряют при «удобном» значении выходной мощности, где Кг наименьший; учитывают не все гармоники спектра искажений. Иногда даже измеряют Кг без нагрузки. При этом искажения, вносимые выходным каскадом усилителя, значительно снижаются – ведь выходной ток усилителя равен нулю. Часто при измерении Кг усилитель питают от специального стабилизированного источника питания, что также позволяет получить более красивые рекламные числа.

Я измерял искажения честно. При измерениях усилитель работал на нагрузку 6 ом и питался от реального источника питания. Кроме того, я измерял Кг на разных частотах таким образом, чтобы учитывалось максимальное количество гармоник спектра искажений (измерялись все гармоники с частотами до 95 кГц). И еще я измерял Кг при различных значениях выходной мощности усилителя. Так что вместо одного числа – значения коэффициента гармоник в каких-то одних условиях измерений, я получил графики.

Зависимость Кг от частоты тестового сигнала при выходной мощности 20 Вт. Учитывались все гармоники в полосе частот до 95 кГц. Разрядность измерений 24 бита.

Hi-Fi усилитель на TDA7294. Зависимость коэффициента гармоник THD от частоты тестового сигнала.

Зависимость Кг от выходной мощности при частоте тестового сигнала, равной 1 кГц.

Hi-Fi усилитель на TDA7294. Зависимость коэффициента гармоник THD от выходной мощности.

Обратите внимание, что на этом графике коэффициент гармоник значительно растет при выходной мощности, более 30 Вт. Дело в том, что усилитель при измерениях питался от реального источника питания, рассчитанного на максимальную выходную мощность 25 Вт. Поэтому этот усилитель работает отлично при выходной мощности не больше 25 Вт.

Если вам нужна другая величина максимальной выходной мощности, вы ее можете получить, использовав соответствующий блок питания. Про него ниже.

Спектр искажений усилителя при выходной мощности 20 Вт на нагрузке 6 ом очень узкий.

Hi-Fi усилитель на TDA7294. Спектр искажений THD.

В нем содержится не более семи высших гармоник, причем амплитуда гармоники убывает с ростом ее номера (амплитуды 6-й и 7-й гармоник меньше -100 дБ и на график эти гармоники не попали). Это означает, что в усилителе отсутствует неприятный «транзисторный звук».

Спектр интермодуляционных искажений (IMD), измеренный на частотах 18 кГц и 19 кГц при выходной мощности 20 Вт на нагрузке 6 ом. Это очень жесткий тест, когда усилитель работает в самых плохих условиях. Тем не менее, в спектре присутствует только одна пара боковых частот (17 кГц и 20 кГц), что характерно только для высококачественных усилителей.

Hi-Fi усилитель на TDA7294. Спектр интермодуляционных искажений.

Все спектры узкие, что доказывает высокую линейность усилителя.

В этом Hi-Fi усилителе на микросхеме TDA7294 практически исключена возможность появления динамических искажений при работе совместно с реальными звуковоспроизводящими устройствами.

Усилитель отлично справляется с «трудной» нагрузкой. Такой нагрузкой являются колонки, причем некоторые из них «более легкие», а некоторые «более трудные». Результаты, демонстрируемые усилителем, и сравнение его с некоторыми дорогими усилителями описано в статье Работа усилителя на микросхеме TDA7294 на трудную нагрузку.

Важно! Работа усилителя очень сильно зависит от источника питания. Фактически усилитель занимается тем, что передает энергию из источника питания в колонки. Но делает это под управлением звукового сигнала. Передача энергии происходит так, чтобы в колонках сигнал был точно такой же, как и на входе усилителя.

Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294 (TDA7293) — схема

Схема Hi-Fi усилителя на микросхеме TDA7293 (TDA7294) показана на рисунке. Конденсатор Cx не имеет порядкового номера. Это сделано для совместимости с самодельной печатной платой: я добавил конденсатор Cx позже.

Hi-Fi усилитель на TDA7294. Принципиальная схема.

Схема Hi-Fi усилителя на TDA7293.

Описание усилителя, его свойства и принцип работы описаны в статье Усилитель на TDA7293 / 7294 с Т-образной ООС.

Усилитель не содержит дефицитных деталей и каких-нибудь сложных вещей. Поэтому собрать усилитель своими руками может даже начинающий.

Чертеж печатной платы для самостоятельного изготовления усилителя приведены в статье по ссылке выше. Можно купить печатную плату усилителя, изготовленную промышленным способом: Купить печатную плату. Далее описывается вариант с печатной платой промышленного изготовления, но все это подходит и для усилителя на самодельной печатной плате.

На что обратить внимание

В усилителе можно использовать как TDA7294, так и TDA7293. В зависимости от того, какая микросхема используется, на плате в соответствующем месте устанавливается перемычка.

1. Важно! Микросхема TDA7293 может работать в режиме микросхемы TDA7294. Если перемычка на плате установлена в положение TDA7294, то можно устанавливать как микросхему TDA7294, так и микросхему TDA7293. При этом не все преимущества микросхемы TDA7293 будут использованы.
2. Микросхема TDA7294 в режиме TDA7293 работать не может! Если перемычка на плате установлена в положение TDA7293, то микросхему TDA7294 использовать нельзя!

Микросхема TDA7293 немного лучше, чем TDA7294: у нее чуть больше выходная мощность и качество звучания, поэтому я рекомендую использовать именно TDA7293.

Емкости конденсаторов C1, C2, Cx не обязательно должны быть такими, как на схеме. Вы их выбираете самостоятельно, исходя из того, какие именно частотные свойства усилителя вы хотите получить.

Емкость конденсатора С1 зависит от сопротивления регулятора громкости.

Усилитель в целом (не только эта печатная плата, а усилитель полностью) будет иметь максимальное качество только в том случае, если абсолютно все его части правильно сделаны и соединены. Об этом в конце статьи.

Используемые детали

Усилитель доступен для сборки даже начинающими и малочувствителен к качеству комплектующих. Но для получения наилучших параметров и максимально хорошего звука усилитель должен быть собран из качественных деталей. Качественные – это не обязательно дорогие.

Комплектующие неизвестного производителя лучше не использовать: они могут иметь плохие параметры. При применении таких комплектующих, усилитель может работать плохо или вообще не работать.

Список используемых деталей (BOM List) можно загрузить по ссылкам:

На русском языке:

hi-fi-7294-2020-bom-rus

In English:

hi-fi-7294-2020-bom-eng

Резисторы

В усилителе используются недорогие металлопленочные резисторы. Все резисторы кроме R9 мощностью 0,125…0,25 Вт. Если R9 российского производства, то достаточна мощность 0,5 Вт. Если R9 не российского производства, то рекомендуется устанавливать R9 мощностью 1 Вт. Это надежнее для работы на максимальной мощности или в качестве измерительного усилителя.

Если планируется стерео усилитель или многоканальный усилитель, то резисторы, включенные в цепь отрицательной обратной связи (R2…R5), желательно использовать с точностью 1% или лучше (более точные, чем 0,25% не нужны). В этом случае разбаланс громкости стереоканалов будет минимальным. Если доступны только резисторы точностью 5%, то их следует по возможности подобрать одинакового сопротивления во всех каналах. Другие резисторы не критичны к величине точности.

Большое значение имеет резистор R10. Этот резистор служит для разделения земли в усилителе. Но входная и выходная земли должны быть не только разделены, но и обязательно связаны. Если резистор R10 отсутствует, имеет плохой контакт или слишком большое сопротивление, то усилитель работать не будет. Поэтому важно, чтобы этот резистор был надежным и качественным и имел требуемое сопротивление. Аудио качество этому резистору не нужно.

В принципе, резистор R10 можно заменить перемычкой.

Керамические конденсаторы

Конденсаторы C1 и Cx керамические из качественной низковольтной керамики, с максимальным рабочим напряжением 50 вольт. Качественная керамика определяется по температурному коэффициенту емкости конденсатора (ТКЕ, TCC). Эти конденсаторы должны быть с ТКЕ класса НП0 (NP0), или С0G. Иногда вместо цифры 0 пишут букву О (НПО, NPO) – это то же самое. Производитель конденсаторов является важным. Конденсаторы noname лучше не использовать. Подойдут, например, Murata, Vishay, EPCOS. Можно использовать конденсаторы российского производства.

Выбор емкости конденсаторов C1 и Cx

Конденсатор С1 обрезает высокие частоты, поступающие на вход усилителя (он образует фильтр нижних частот), и тем самым подавляет высокочастотные помехи. Однако при этом сужается диапазон рабочих частот усилителя в области высоких частот. Емкость конденсатора С1 выбирается исходя из величины сопротивления регулятора громкости и требуемой частоты среза фильтра нижних частот (ФНЧ, LPF), который образует этот конденсатор совместно с резистором R1 и сопротивлением регулятора громкости. Я предлагаю на выбор одну из двух частот: 50 кГц и 70 кГц.

Частота среза 50 кГц выбирается для более сильного подавления возможных высокочастотных помех, поступающих на вход.

Источниками таких помех может быть как аппаратура связи (мобильные устройства, Wi-Fi и Bluetooth, радиосвязь, телевидение), так и другие промышленные и бытовые устройства.

Но высокочастотные помехи возникают не только из-за наводок систем радиосвязи. Ультразвук может поступать на вход усилителя с проигрывателя CD (точнее, его ЦАПа) — недостаточно отфильтрованная частота дискретизации. Или, например, с проигрывателя виниловых грампластинок — там ультразвук образуется при движении иглы звукоснимателя по канавке грампластинки.

Если вы уверены в отсутствии высокочастотных помех, то частоту среза входного фильтра можно выбрать равной 70 кГц. В этом случае усилитель может иметь максимальную рабочую частоту примерно 50 кГц.

При выборе частоты среза входного фильтра равной 50 кГц усилитель может иметь максимальную рабочую частоту примерно 40 кГц.

Значения емкости конденсатора C1 в зависимости от величины сопротивления регулятора громкости и требуемой частоты среза входного фильтра.

Конденсатор Cx выполняет несколько функций одновременно:

• — улучшает устойчивость усилителя;
• — увеличивает глубину отрицательной обратной связи (ООС) на высоких частотах и снижает искажения;
• — на высоких частотах форсирует сигнал в цепи ООС, что практически исключает возможность появления динамических искажений.

Конденсатор Cx также как и C1 уменьшает верхнюю граничную частоту усилителя.

Оба конденсатора работают на частотах выше 20 кГц, поэтому на воспроизведение высоких звуковых частот они практически не влияют. Совместное использование этих конденсаторов приводит к тому, что динамические искажения в усилителе вообще не возникают. Однако некоторые люди хотят получить усилитель с частотным диапазоном до 40…50 кГц. Это их право, несмотря на то, что большинство людей не слышит сигналов выше частоты 20 кГц (небольшое исследование на эту тему опубликовано в статье Исследование верхней границы слуха). Кроме того, влияние любых фильтров на частотную характеристику происходит плавно, поэтому даже если верхняя граничная частота усилителя равна 50 кГц, на частоте 20 кГц амплитудно-частотная характеристика усилителя (АЧХ) имеет завал, хоть и микроскопический.

Выбор величины емкости конденсатора Cx.

Вариант 1. Частота среза входного фильтра НЧ равна 70 кГц.

Вариант 2. Частота среза входного фильтра НЧ равна 50 кГц.

Завал АЧХ на частоте 20 кГц величиной 0,8 дБ, а тем более 1 дБ может показаться слишком большим. Но на самом деле он незаметен:

• он ниже порога чувствительности слуха на этой частоте,
• на частоте 20 кГц уже практически нет никакого звука,
• не все люди эту частоту слышат

На самом деле емкость этих конденсаторов может немного отличаться от указанной. Изменение емкости частотозадающих конденсаторов на 10…20% будет незаметно. Но если изменять емкость этих конденсаторов, то все же лучше в сторону расширения АЧХ: C1 увеличивать, а C2 и Cx уменьшать.

Пленочные конденсаторы

Конденсаторы C2, C4, C6, C7, C9 пленочные лавсановые (другие названия диэлектрика – майлар, полиэстер, MKT).

Самым важным для звука является конденсатор C2. Он должен быть хорошего качества. На этом месте можно применить конденсатор с диэлектриком из полипропилена (MKP). Разницы в звуке вы, скорее всего, не заметите, но все равно будет приятно, что вы сделали максимум для получения высокого качества звучания.

На самом деле, для получения хорошего звука гораздо важнее использовать правильный блок питания и правильный монтаж блоков усилителя внутри корпуса. Но в любом случае конденсатор C2 не должен быть плохим.

Конденсатор С6 меньше всего влияет на качество звучания. В принципе, его даже можно исключить из схемы. Тем не менее, даже на этом месте использовать плохой конденсатор не рекомендуется.

Конденсатор C4 улучшает устойчивость усилителя. Его максимальное рабочее напряжение может быть до 250 вольт. Если есть возможность выбора, то этот конденсатор рекомендуется выбирать наибольшего размера из всех доступных, но такой, чтобы его можно было нормально установить на плату. При работе усилителя через этот конденсатор проходит сравнительно большой высокочастотный ток, и конденсатор может нагреваться. Чем больше размер конденсатора, тем меньше нагрев. Будьте благоразумными! Размер конденсатора 7,5 мм вполне достаточен!

Конденсаторы C7 и C9 помогают конденсаторам C8 и C10 снабжать усилитель энергией на высоких частотах. Емкость этих конденсаторов 2,2…4,7 мкФ, максимальное рабочее напряжение не менее 63 вольт. Конденсаторы должны быть качественными, чтобы хорошо работать. Чем больше емкость, тем лучше, но будьте разумными. Важно, чтобы длина выводов этих конденсаторов была минимальной – индуктивность длинных выводов будет мешать их работе. Поэтому конденсатор меньшей емкости с короткими выводами будет работать лучше, чем конденсатор большей емкости, но с длинными выводами.

«Зеленые» конденсаторы можно использовать в позициях C4 и C6.

Хорошие конденсаторы не обязательно дорогие. Более того, лучше использовать «обычные» конденсаторы известного производителя, чем конденсаторы неизвестного .

Выбор емкости конденсатора C2

Величина емкости конденсатора C2 определяет как нижнюю граничную частоту усилителя, так и завал АЧХ усилителя на низких частотах. Этот конденсатор совместно с входным сопротивлением усилителя образует фильтр верхних частот (ФВЧ, HPF), пропускающий частоты выше 10…25 Гц и подавляющий частоты, лежащие ниже этого значения.

Как выглядит амплитудно-частотная характеристика в области низких частот при различных значениях емкости конденсатора C2, показано на рисунке (высокие частоты на этом рисунке изображены условно).

АЧХ усилителя при разных значениях C2.

Параметры усилителя в зависимости от емкости конденсатора C2.

Стратегия выбора величины емкости конденсатора C2

Чем емкость C2 больше, тем меньше нижняя частота среза усилителя (то есть усилитель достаточно сильно усиливает более низкие частоты), и тем меньше завал АЧХ на низких звуковых частотах.

Но сказать, что чем емкость C2 больше, тем низкие частоты воспроизводятся лучше, будет неверно.

Действительно, если АЧХ ваших колонок начинается с 40 Гц, то всё, что происходит ниже 30 Гц вас не должно беспокоить.

Правильнее будет сказать так: если емкость конденсатора C2 меньше некоторого значения, то громкость самых низких частот звукового диапазона будет уменьшаться. Например, если C2 = 0,68 мкФ, то завал АЧХ на частоте 20 Гц составляет 0,5 дБ – это намного меньше, чем предел чувствительности слуха на этой частоте, так что такой завал мы наверняка не услышим. При этом усилитель воспроизводит частоты, начиная с 7 герц. Если же емкость конденсатора C2 уменьшить до 0,1 мкФ, то громкость на самых-самых низких частотах немного снизится. Мы заметим это лишь на очень хорошей фонограмме и отличных колонках. И то, только при сравнительном прослушивании. Но ведь заметим!

А нужны ли настолько низкие частоты?

Утверждают, что если усилитель воспроизводит абсолютно все низкие частоты, начиная с постоянного напряжения, то это улучшает звук. Рассказывают даже о постоянной составляющей звука. Это все рекламные и маркетинговые уловки, не имеющие ничего общего с действительностью.

Постоянная составляющая звука – это атмосферное давление, и изменить его неспособна ни одна колонка. А инфразвуковые частоты, которые могут попасть на выход усилителя и воспроизвестись колонками, вредны для человека. Например, инфразвуковые частоты, совпадающие с частотой альфа-ритма головного мозга (частоты 7…15 Гц), могут вызвать головную боль, дезориентацию и даже панику.

Большое количество инфразвуковых частот образуется при воспроизведении виниловых грампластинок. Особенно старых: покоробленных и имеющих эксцентриситет. Но даже при воспроизведении новых грампластинок инфразвук все же возникает: он создается и двигателем проигрывателя (рокот) и физическими процессами трения иглы в канавке. Подробно об этом писал Дуглас Селф (Douglas Self) в книге Electronics for Vinyl.

К счастью, большинство звуковых колонок на таких частотах не могут создать значительного звукового давления, но лучше, если эти частоты обрезать еще в усилителе.

Другой причиной для отказа от воспроизведения очень низких частот, являются физические процессы в громкоговорителях. Для равной громкости при снижении частоты, ход диффузора растет пропорционально второй степени. То есть, если частота снизилась вдвое, ход диффузора должен вырасти в 4 раза. На самом деле ход диффузора растет еще сильнее из-за уменьшения чувствительности слуха на самых низких частотах. Но диапазон линейного хода громкоговорителя ограничен, поэтому низкие частоты значительного уровня могут перегрузить громкоговоритель, и будет искажаться весь звук вообще.

Особенно подвержены этому явлению колонки с фазоинвертором (ФИ) – на частотах ниже частоты настройки ФИ, ход диффузора ничем не ограничен. При этом колонка звук практически не излучает, так как происходит акустическое короткое замыкание: звук, излучаемый громкоговорителем и звук, излучаемый фазоинвертором, вычитаются друг из друга практически до нуля.

В результате получается, что слышимая перегрузка отсутствует, а звук плохой. Так что с этой точки зрения, ограничение воспроизведения очень низких частот положительно сказывается на работе всей системы, на качестве звучания и на восприятии звука человеком.

С другой стороны, чем выше частота среза усилителя, тем хуже переходные процессы при воспроизведении низкочастотного музыкального сигнала (не бесконечно, а до определенных пределов). Басы, особенно в колонках с фазоинвертором, получаются немного более затянутыми.

Так что с этой точки зрения сильно увеличивать нижнюю граничную частоту усилителя тоже нежелательно.

Что же делать?

Выход такой: частота среза фильтра верхних частот, образованного конденсатором C2, должна быть в 2…3 раза меньше, чем нижняя рабочая частота колонок, подключенных к этому усилителю. Но не ниже 10 Гц. И не бойтесь завала АЧХ на низких частотах! Завал в 1 дБ на частотах ниже 30 Гц на слух незаметен.

Лично я чаще всего использую конденсатор C2 емкостью 0,33 мкФ, и реже емкостью 0,47 мкФ.

Для выбора емкости конденсатора C2 воспользуйтесь этой таблицей.

Для себя и на заказ (по согласованию с заказчиками после изучения их требований и их аппаратуры) я обычно делаю два варианта усилителя (используется предварительный усилитель с регулятором громкости):

1. «Стандартный» с таким набором номиналов элементов: С1 = 2200 пФ (частота среза входного фильтра 50 кГц), Cx = 47 пФ, C2 = 0,33 мкФ полипропиленовый (MKP) Epcos или К78-19.
2. «С расширенным частотным диапазоном». С таким набором номиналов элементов: С1 = 1500 пФ (частота среза входного фильтра 70 кГц), Cx = 47 пФ, C2 = 0,47 мкФ полипропиленовый (MKP) Epcos или К78-19.

Амплитудно-частотные характеристики этих двух вариантов усилителя показаны на рисунке.

Электролитические конденсаторы

В позициях C3 и C5 должны быть обычные качественные конденсаторы. Конденсатор C3 задает время включения усилителя и на звук не влияет. Но если он некачественный или имеет большую утечку, то усилитель может не включиться. При некачественном конденсаторе C5 максимальная неискаженная выходная мощность оказывается намного меньше, чем могла бы быть.

Конденсаторы C8 и C10 выполняют сразу три функции:

1. Дополнительно подавляют пульсации напряжения питания.
2. Подпитывают усилитель на пиках громкости. Конденсаторы C8 и C10 установлены очень близко к микросхеме, и проводники, идущие от этих конденсаторов, очень короткие. Поэтому эти проводники имеют очень маленькое сопротивление и индуктивность. В результате при необходимости вся энергия этих конденсаторов быстро поступает в микросхему и передается на выход в громкоговорители.
3. Пропускают через себя ток громкоговорителей на средних и высоких частотах. В результате этот ток замыкается наиболее коротким путем.

Все эти функции на самом деле объединены. Физически это одна функция. Я их разделяю мысленно, чтобы удобнее было их анализировать.

Функции конденсаторов C8 и C10 очень важны, поэтому эти конденсаторы должны иметь хорошее качество. Очень полезно в этой позиции использовать конденсаторы типа Low ESR или Low Impedance.

Однако будьте благоразумны! Важность качества конденсаторов C8 и C10 зачастую преувеличивается. Нет смысла применять экзотические «волшебные» суперконденсаторы. Вполне достаточно хороших конденсаторов от надежного производителя. Важно, чтобы эти конденсаторы были правильно впаяны с плату. При этом они имеют выводы минимальной длины, а значит минимальное сопротивление и индуктивность.

Использовать конденсаторы C8 и C10 емкостью меньше, чем 1000 мкФ не рекомендуется. Значительно увеличивать их емкость тоже не рекомендуется. Можно использовать конденсаторы емкостью 2200 мкФ, но при качественном источнике питания разницы не будет.

На высоких частотах электролитическим конденсаторам C8 и C10 помогают пленочные конденсаторы C7 и C9, поэтому эти конденсаторы также должны иметь хорошее качество.

↑ Недостатки схемы и пути ее усовершенствования

Основными недостатками схемы Лина в классическом исполнении являются недостаточный коэффициент усиления без отрицательной обратной связи при оставляющих желать лучшего значениях полосы пропускания и скорости нарастания выходного напряжения. Хотя гармонические искажения на частоте 1 кГц и не превышают одного процента, выше частоты 1 кГц значение искажений увеличиваются в четыре раза на каждую октаву прироста частоты сигнала. Интермодуляционные искажения оказываются в три раза выше нелинейных, поэтому данная схема демонстрирует лишь самый начальный уровень качественного звука, нуждаясь в доработках. В дальнейшем эта типовая схема УМЗЧ подвергалась множеству усовершенствований, касающихся всех узлов: дифференциального каскада, усилителя напряжения и выходного каскада.
Существенного улучшения характеристик дифференциального каскада удается добиться заменой резистивного квазигенератора тока (R4) транзисторным. Примерно на порядок повышаются стабильность, быстродействие, усиление, подавление синфазного сигнала и помех по цепям питания. Следующим шагом повышения линейности и динамических характеристик входного дифференциального каскада является использование отражателей тока и токовых зеркал в коллекторной нагрузке (вместо резисторов R2, R3). По существу, токовое зеркало уравновешивает две несимметричные цепи прохождения тока, обеспечивая значительное улучшение линейности и повышая подавление синфазного сигнала, а также коэффициент ослабления пульсаций.

Замена резистивной нагрузки (R10, R11) в каскаде усиления напряжения VT3 транзисторным генератором стабильного тока дает такой же порядок улучшения характеристик, как в дифференциальном каскаде. Для увеличения коэффициента усиления на постоянном токе используется схемотехнический прием – буферный эмиттерный повторитель; для увеличения частоты основного полюса – каскодная схема. Увеличения глубины общей обратной связи в звуковом диапазоне частот без повышения частоты среза всего усилителя добиваются двухполюсной коррекцией в каскаде усиления напряжения. Выходной каскад (рис. 1) работает в классе АВ и выполнен на тройках транзисторов по квазикомплементарной схеме. Применение тройки транзисторов вместо желательной двойки вызвано в первую очередь малыми значениями коэффициентов передачи транзисторов при невысоком сопротивлении нагрузки (акустической системы, Rн=4 Ом).

Улучшения работы выходного каскада добиваются применением специально разработанной для целей звуковоспроизведения элементной базы:

— комплементарных транзисторов (например,
2SC3281/2SA1302
фирмы Toshiba), мощных комплементарных многоэмиттерных транзисторов (аббревиатура LAPT,
2SC3284/2SA1303
фирмы Sanken); — мощных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT, например,
GT20D201/GT20D101
фирмы Toshiba); — полевых транзисторов (
2SK1058/2SJ162
) и других полупроводниковых приборов.

Важным усовершенствованием можно считать выпуск интегральных схем усилителей мощности звуковой частоты, который существенно упростил применение при характеристиках, сравнимых с параметрами устройств на дискретных компонентах. В качестве примера на рис. 2 изображена упрощенная схема интегрального усилителя мощности TDA2050

компании
STMicroelectronics
[2]. Подобную схему имеют усилители мощности
TDA2006, TDA2030, TDA2040
и другие [3-7].

Рис. 2. Функциональная схема интегрального усилителя мощности звуковой частоты TDA2050

Для повышения входного сопротивления дифференциальный каскад (ДК) выполнен на составных эмиттерных повторителях VT4, VT5 и VT9,VT10. Оптимальный выбор режима работы по постоянному току и применение p-n-p транзисторов, имеющих меньшее объемное сопротивление базы по сравнению с транзисторами противоположной структуры, позволило получить незначительный уровень шума (типовое напряжение шумов, приведенное к входу, в диапазоне частот от 22 Гц до 22 кГц составляет не более 5 мкВ).

В коллекторной нагрузке ДК установлено токовое зеркало VT7, VT8, в цепи эмиттеров включен источник тока VT6. Каскад усиления напряжения также выполнен по составной схеме на транзисторах VT11, VT13, что позволило получить высокий коэффициент усиления без обратной связи, более 80 дБ. Конденсатор С2 осуществляет однополюсную частотную коррекцию. Для увеличения запаса по фазе каскад усиления напряжения и выходной каскад охвачены еще одной цепью частотной коррекции через конденсатор С1 (так называемая инклюзивная частотная коррекция).

Выходной каскад микросхемы (VT18, VT20 и VT15, VT16, VT21) выполнен по квазикомплементарной схеме, характерной для усилительной техники семидесятых годов прошлого столетия. Инклюзивная частотная коррекция помогает выровнять фазовые характеристики несимметричных плеч выходного каскада, в результате чего получен приемлемый баланс между технологичностью изготовления микросхемы (читай: ценой) и реализованными достаточно высокими техническими характеристиками.

Установка микросхемы TDA7294

В зависимости от применяемой микросхемы на плате устанавливается перемычка в нужной позиции.

Установка перемычки TDA7294 или TDA7293

Если перемычка установлена в положение TDA7293, то пустую квадратную контактную площадку с надписью TDA7294 можно залить припоем.

Заливка контактной площадки

Так будет совсем-совсем немного, но лучше.

Микросхема должна быть установлена на радиаторе площадью не менее 700 квадратных сантиметров. При установке микросхемы на радиатор необходимо использовать термопасту. Радиатор должен свободно охлаждаться воздухом.

Важно! Корпус микросхемы соединен с минусом источника питания, поэтому, чтобы избежать короткого замыкания источника питания, надо либо устанавливать микросхему через изолирующую прокладку (и изолировать винт, которым микросхема крепится к радиатору), либо надежно изолировать радиатор от корпуса.

В первом варианте микросхема охлаждается немного хуже. Во втором есть возможность случайно замкнуть радиатор, находящийся под напряжением, на корпус.

Поступайте так, как вам удобнее.

На один радиатор можно установить несколько микросхем, при этом площадь радиатора увеличить в столько раз, сколько микросхем на него установлено. Но провода питания при этом должны подходить к каждой из плат усилителя. Нельзя «пускать питание» от одной микросхемы к другой через радиатор! Тот факт, что фланец микросхемы соединён с минусом питания не означает, что микросхема может получать энергию питания через свой фланец!

Крепить плату к радиатору можно просто прикрутив к нему микросхему. Этот способ применим, если на плате не используются тяжелые экзотические компоненты и если при эксплуатации усилителя отсутствует вибрация. Пример такого крепления платы в корпусе усилителя показан на странице Четырехканальный усилитель.

Габариты платы и присоединительные размеры показаны на рисунке. Фланец микросхемы выступает за габариты платы на 1…2 миллиметра в зависимости от того, как микросхема сориентирована при пайке.

Для более надежного крепления можно использовать специальное крепежное отверстие под винт с резьбой М3. Это отверстие изолировано от схемы.

Принцип использования этого отверстия довольно прост, главное, чтобы ничего не замкнуло.

Идея крепления

↑ Что такое силовая и сигнальная «земля»?

Разберемся с заземлением в УМЗЧ. Следует понимать, что имеются земли двух типов: силовые (токовые) и сигнальные (потенциальные). По первым протекают токи, а по вторым практически нет (малые токи сигнала и смещения в дифференциальном каскаде). Как только в цепь потенциальной земли попадает отрезок токовой земли (иногда достаточно нескольких миллиметров!), возникают помехи и искажения выходного сигнала. Я сталкивался с ситуацией, когда один сантиметр общей сигнальной и силовой земли увеличивал коэффициент гармоник на два порядка – с тысячных долей процента до десятых!
Виновато конечное сопротивление «земляных» шин, которое приводит к тому, что импульсы тока по общему проводу с выхода усилителя могут попасть на его вход. Существуют три действенных способа борьбы с такими помехами:

— увеличение сечения шин общего провода; — соединение всех идущих к общему проводу проводников в одной точке; — гальваническая развязка общего провода входного каскада от шины питания выходных каскадов усилителя.

Последнее возможно в УМЗЧ с дифференциальным каскадом. С общим проводом источника сигнала связаны выводы R1, R2, С2 и С3, см. рис. 4 (сигнальная «земля»). Все остальные проводники, соединенные с общим проводом, подсоединены к силовой «земле». Кстати, некоторые конструкторы используют не две, а три «земли» — сигнальную, промежуточную и силовую. Для предотвращения выхода усилителя из строя при случайном отключении источника сигнала обе земляные шины соединены на плате резистором R6. Его сопротивление выбирают как компромисс между воздействием помех от «силовой» земли и влиянием на глубину отрицательной обратной связи (практический выбор – единицы … десятки Ом). В случаях, когда сигнальная земля образует замкнутый контур, он играет роль антенны, вызывая появление трудно устранимых наводок.

Вид смонтированного модуля УМЗЧ и блока питания к нему, вынесенный в аннотацию статьи, обязаны усилить желание немедленно самому собрать данную конструкцию.

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.

Источник питания для усилителя

Работа усилителя очень сильно зависит от источника питания. Фактически усилитель занимается тем, что передает энергию из источника питания в колонки. Но делает это под управлением звукового сигнала. Передача энергии происходит так, чтобы в колонках сигнал был точно такой же, как и на входе усилителя. Как сделать правильный и хороший блок питания описано в статье Блок питания для TDA7294.

О том, как правильно сделать усилитель и источник питания, чтобы получить максимальное качество звучания, написано в этих статьях:

Дополнительная информация об усилителях и повышении качества звучания:

Ссылки приведенные в статье

Усилитель на TDA7293 / 7294 с Т-образной ООС

Блок питания для TDA7294

Разделение земли в усилителе

Подключение блоков внутри усилителя

Работа усилителя на микросхеме TDA7293 (TDA7294) на “трудную” нагрузку

Клип-детектор (clip-detector) для усилителя на TDA7293

Исследование верхней границы слуха

Информация, позволяющая лучше понять работу усилителя и получить максимум качества звучания

Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294

Клиппинг (cliping) в усилителе

Расчет источника питания усилителя

Трансформатор для питания усилителя

Правильный выпрямитель

Выпрямитель для усилителя или сага о быстром диоде

Раздельное питание каналов стерео усилителя

Массив конденсаторов – мифы и реальность

Режимы Mute и StandBy в микросхеме TDA7294 / TDA7293

↑ Налаживание

Собранный из исправных деталей усилитель не требует налаживания. Перед первым включением усилителя мощности питание следует подавать через токоограничивающую цепь. Я использую такую схему для отладки своих конструкций, рис. 8 [10].

Рис. 8. Схема для отладки УМЗЧ: С1, С2 – 1000 мкФ х 50 В; R1, R2 — 30…100 Ом мощностью 7,5…50 Вт

Контролируют падение напряжения на резисторах токоограничивающей цепи R1, R2 – оно должно соответствовать току покоя 70…100 мА. Если это так, вспомогательную цепь отключают, а питание подают от блока питания. В случае, если потребляемый ток УМЗЧ превышает указанное значение – ищите причину: неисправный элемент или ошибки в монтаже!