Мощный германиевый усилитель. Двухтактный усилитель звука
Типичные ошибки при конструировании германиевых усилителей, происходят из за желания, получить от усилителя широкую полосу пропускания, малые искажения и т.д.
Привожу схему моего первого германиевого усилителя, спроектированного мной в 2000г.
Хотя схема вполне работоспособна, её звуковые качества оставляют желать лучшего.
Практика показала, что применение дифференциальных каскадов, генераторов тока, каскадов с динамической нагрузкой, токовых зеркал и других ухищрений с ООС не всегда приводят к желаемому результату, а иногда просто ведут в тупик.
Наилучшие практические результаты для получения высокого качества звучания, дает применение однотактных каскадов пред. усиления и использование меж-каскадных согласующих трансформаторов.
Вашему вниманию представлен германиевый усилитель с выходной мощностью 60 Вт, на нагрузке 8 Ом. Выходные транзисторы используемые в усилителе П210А, П210Ш. Линейность 20-16000гц.
Субъективной нехватки высоких частот практически не ощущается.
При нагрузке 4ом усилитель выдает 100вт.
Схема усилителя на транзисторах П-210.
Усилитель питается от не стабилизированного, блока питания с выходным, двух-полярным напряжением +40 и -40 вольт.
На каждый канал, применяется отдельный мост из диодов Д305, которые устанавливаются на небольшие радиаторы.
Конденсаторы фильтра, желательно применять не менее 10000мк в плечо.
Данные силового трансформатора:
-железо 40 на 80. Первичная обмотка содержит 410 вит. провода 0,68. Вторичная по 59 вит. провода 1,25, намотанных четыре раза (две обмотки - верхнее и нижнее плечо одного канала усилителя, оставшиеся две - второго канала)
.Дополнительно по силовому трансформатору:
железо ш 40 на 80 от блока питания телевизора КВН. После первичной обмотки устанавливается экран из медной фольги. Один незамкнутый виток. К нему припаивается вывод который затем заземляется.
Можно использовать любое, подходящее по сечению ш железо.
Согласующий трансформатор выполнен на железе Ш20 на 40.
Первичная обмотка разделена на две части и содержит 480 вит.
Вторичная обмотка содержит 72 витка и мотается в два провода одновременно.
Сначала наматывается 240 вит первичкм, затем вторичка, затем снова 240 вит первички.
Диаметр провода первички 0,355 мм, вторички 0,63 мм.
Трансформатор собирается в стык, зазор - прокладка из кабельной бумаги примерно 0,25 мм.
Резистор 120 Ом включен для гарантированного отсутствия самовозбуждения при отключенной нагрузке.
Цепочки 250 Ом +2 по 4.7 Ом, служат для подачи начального смещения на базы выходных транзисторов.
С помощью подстроечных резисторов 4,7 Ом, устанавливается ток покоя 100ма. На резисторах в эмиттерах выходных транзисторов 0,47 Ом, должно при этом быть напряжение, величиной 47 мв.
Выходные транзисторы П210, должны быть при этом, практически едва теплые.
Для точной установки нулевого потенциала, резисторы 250 Ом, должны быть точно подобраны (в реальной конструкции состоят из четырех резисторов по 1 кОм 2вт).
Для плавной установки тока покоя, используются подстроечные резисторы R18, R19 типа СП5-3В 4,7 Ом 5%.
Внешний вид усилителя сзади, изображен на фотографии ниже.
Можно узнать Ваши впечатления от звучания этого варианта усилителя, в сравнении с предыдущим безтрансформаторным вариантом на П213-217?
Еще более насыщенное сочное звучание. Особо подчеркну качество баса. Прослушивание проводилось с открытой акустикой на динамиках 2А12.
- Жан, а все таки почему именно П215 и П210, а не ГТ806/813 в схеме стоят?
Внимательно посмотрите параметры и характеристики всех этих транзисторов, я думаю Вы все поймете, и вопрос отпадет сам собой.
Отчетливо осознаю желание многих, сделать германиевый усилитель более широкополосным. Но реальность такова, что для звуковых целей многие высокочастотные германиевые транзисторы не совсем подходят. Из отечественных могу рекомендовать П201, П202, П203, П4, 1Т403, ГТ402, ГТ404, ГТ703, ГТ705, П213-П217, П208, П210. Метод расширения полосы пропускания - применение схем с общей базой, или использования импортных транзисторов.
Применение схем с трансформаторами, позволило добиться отличных результатов и на кремнии. Разработан усилитель на 2N3055.
Поделюсь в ближайшее время.
- А что там с "0" на выходе? При токе 100 мА трудно верится, что его удастся удержать в процессе работы в приемлемых +-0.1 В.
В аналогичных схемах 30-и летней давности (схема Григорьева), это решается либо "виртуальной" средней точкой либо электролитом:
Усилитель Григорьева.
Нулевой потенциал удерживается в указанном Вами пределе. Ток покоя вполне можно делать и 50ма. Контролируется по осциллографу до исчезновения ступеньки. Больше нет необходимости. Далее, все ОУ легко работают на нагрузку 2ком. Поэтому особых проблем согласования с CD нет.
Некоторые высокочастотные германиевые транзисторы требуют внимания и дополнительного изучения их в звуковых схемах. 1Т901А, 1Т906А, 1Т905А, П605-П608, 1ТС609, 1Т321. Пробуйте,нарабатываете опыт.
Иногда происходили внезапные отказы транзисторов 1Т806, 1Т813, поэтому могу рекомендовать их с осторожностью.
Им надо ставить "быструю" защиту по току, рассчитанную на ток больший максимального в данной схеме. Чтобы не было срабатывания защиты в нормальном режиме. Тогда они работают очень надёжно.
Добавлю свою версию схемы Григорьева
Версия схемы усилителя Григорьева.
Подбором резистора с базы входного транзистора устанавливается половина напряжения питания в точке соединения резисторов 10ом. Подбором резистора параллельно диоду 1N4148, устанавливается ток покоя.
- 1. У меня в справочниках Д305 нормированы на 50в. Может безопаснее применить Д304? Думаю 5А - достаточно.
- 2. Укажите реальные h21 для приборов установленных в этом макете или их минимально-требуемые значения.
Вы совершенно правы. Если нет необходимости в большой мощности. На каждом диоде напряжение составляет около 30 В, так что проблем с надежностью не возникает. Применены были транзисторы со следующими параметрами; П210 h21-40, П215 h21-100, ГТ402Г h21-200.
Представленный самодельный усилитель работает в стандарте 2+1 (стерео + сабвуфер). Он изготовлен на основе популярной (и главное дешёвой) микросхемы , что дает выходную мощность около 30 Вт на канал с сопротивлением нагрузки АС 4 Ома и питании +/-22В. Схема подходит для работы с любым стандартным источником аудио сигнала: mp3-плеер, смартфон или компьютер, так как оснащена предусилителем с регулировками тембра. Сигнал на сабвуфер формируется через низкочастотный активный фильтр второго порядка. Составляющие сигнала выше 200 Гц обрезаются, после чего сигнал поступает на усилитель мощности НЧ. Схема может питаться напряжением не более +/-25 В.
Схема усилителя аудио системы 2.1
Входной сигнал подается на разъем InP - правый канал, и левый канал на InL, проходя через фильтр высоких частот, состоящий из C1 (1uF) и R1 (100k). Значения этих элементов обеспечивают частоту среза этого фильтра на уровне порядка 1,5 Гц, что эффективно вырезает постоянную составляющую и слишком низкие частоты. Далее сигнал попадает на усилитель ОУ U3A (NE5532), а элементы R6 (10k) и R11 (4,7 k) обеспечивают усиление сигнала на уровне порядка 1,5 (1+4,7 k/10k). Конденсатор С6 предотвращает возбуждение, в то время как C2 (1uF) развязывает предварительный усилитель U3A от системы регулировки частот, построенной на операционном усилителе U4A (NE5532).
Работа темброблока
Регулировка частот построена классическим образом, элементы, вносящие изменения в характеристики сигнала, находятся в петле отрицательной обратной связи микросхемы U4A. На сопротивлении X1 состоят конденсаторы C17 (4,7 nF), C20 (33nF) и резистор R7 (10k), "половина" потенциометров P1A (100k), P2A (100k) и элементов R8 (10k) и R13 (3,3 к). Сопротивление X2 представляет собой конденсаторы C18 (4,7 nF), C21 (33nF), резистор R9 (10k), "половина" потенциометров P1A, P2A и элементов R8 и R13. Помочь понять может рисунок далее:
Когда любой из ползунков потенциометров P1A или P2A будут переведены со своего среднего положения - это приведет к изменению значения X1 и X2, а, следовательно и значение усиления становится отлично от -1 и начинает зависеть от частоты. Обратите внимание то, что значения X1 и X2 всегда зависят от частоты, поэтому фиксируется только в случае X1=X2.
Потенциометр P1A отвечает за регулировку низких частот. Для высоких частот сигнала конденсаторы C20 и C21 являются проводниками, так что регулировка с помощью потенциометра не дает никакого эффекта для этих частот. Потенциометр P2A позволяет регулировать высокие частоты, а благодаря конденсаторам C17 и C18 он не влияет на регулировку баса. Для низких частот конденсаторы C17 и C18 представляют собой размыкание из-за чего потенциометр отключается от схемы и его влияние на регулирование становится незначительным.
Сигнал с выхода темброблока поступает через R12 (4,7 k) на потенциометр для регулировки громкости P3A (100k) и далее еще на ОУ U5A (NE5532). Элементы R14 (15k) и R15 (33k) задают усиление около -2 (-33k/15k). С выхода U5A сигнал через фильтр R17 (100Р), C3 (1uF) и R4 (100k) попадает на вход усилителя мощности УМЗЧ.
Граничную частоту фильтра для сабвуфера можно рассчитать с помощью программ или изменяя значения элементов экспериментально.
Второй канал предусилителя работает аналогично, пассивные элементы в нем, возникающие обозначены дополнительно буквой "а", а потенциометры и операционные усилители имеют маркировку "Б".
Дополнительным модулем является сумматор и активный фильтр низких частот, изготовленный с помощью операционного усилителя U6 (NE5532). Выделенный в этой части цепи сигнала используется после соответствующего усиления для раскачки сабвуфера. Сигнал с обоих выходов предусилителя попадает через C22-C23 (220nF) и R2-R3 (100k) на вход U6A. Потенциометр P4 (220k) позволяет регулировать усиление по отношению к главному регулятору громкости P3. P4, R2 и R3 вместе с U6A образуют усилитель с регулируемым коэффициентом усиления в диапазоне 0-2,2. Второй операционный усилитель (U6B) - это активный фильтр низких частот. Значения элементов подобраны так, что система работает как фильтр Баттерворта второго порядка с граничной частоты в районе 200 Гц. Сигнал с выхода фильтра через цепь C24 (220nF), R5 (100k) попадает на вход усилителя мощности.
Блок питания УНЧ
Весь усилитель питается двухполярным напряжением в пределах 17-25 В. Напряжение питания для операционных усилителей формируется с помощью стабилизаторов U1 (78L15/L12), U2 (79L15/L12) и фильтруют с помощью емкостей C4-C5 (100uF) и C7-C8 (47uF). Кроме того, питание каждого из четырех операционных усилителей сглаживается с помощью конденсаторов C9-C16 (100nF).
Работа узла УМЗЧ
Усилитель мощности построен на базе популярной микросхемы U7 (TDA2050). Это наверное самый распространённый аудио усилитель, работающий в классе AB. При общих гармонических искажениях на уровне 0,5% он позволяет достичь мощности порядка 30 Вт. Конденсатор C8 (1uF) отсекает постоянную составляющую сигнала и в то же время представляет собой фильтр высоких частот на входе. R20 (22k) определяет сопротивление на входе усилителя мощности.
Цепь обратной связи - резисторы R21 (680R) и R22 (22k), изменение их соотношения приводит к изменению усиления, причем снижение R22 или увеличение R21 вызывает уменьшение усиления. В даташите микросхемы TDA2050 производитель рекомендует чтоб оно было больше 24 дб. Конденсатор C29 (22uF) отсекает постоянную составляющую на входе усилителя. Резистор R19 (2,2 Ома) и конденсатор C32 (470nF) предотвращает самовозбуждение усилителя. Питание УМЗЧ фильтруют конденсаторы С26-C27 (2200uF) и C30-C31 (100nF). Остальные два канала работают аналогично.
Сборка
Схема паяется на общей печатной плате. В первую очередь надо впаивать все перемычки. Дальше можно приступить к пайке резисторов. Все они мощностью 0.25 Вт. Далее закрепите панельки под операционные усилители. В самом конце размещайте на плате стабилизаторы напряжения, электролитические конденсаторы и потенциометры. При установке потенциометров следует обратить внимание на то, чтобы они были на одной линии - из эстетических соображений. Металлические корпуса потенциометров необходимо подключить на массу с помощью проводов. Это вызывает экранирование корпусов переменников, снижая помехи и фон переменного тока при прикосновении к ручкам потенциометров.
Все три TDA2050 могут быть посажены на общий радиатор, на котором будет потенциал отрицательной шины питания. Чтобы избежать этого, примените изоляционные шайбы. Вы должны быть осторожны, чтобы не замкнуть радиатор на металлический корпус массы усилителя.
Схему усилителя лучше питать от трансформатора мощностью около 100 Вт и напряжением 2x16 В, выпрямителя и двух конденсаторов, фильтрующих напряжение переменки.
Запуск и настройка схемы
При первом запуске не вставляйте в панельки операционные усилители и после включения питания проверьте, что на каждой панельке имеются правильные напряжения питания. Потом уже можно всунуть их по местам. Потенциометр громкости должен быть закручен на минимум (до упора влево), а на вход надо подать сигнал с mp3-плеера или компьютера. Усилитель хорошо работает как с динамиками (колонками акустических систем) с сопротивлением 4, так и 8 Ом.
В роли выходных усилителей мощности работают микросхемы TDA2050, TDA2030 или TDA2040, обеспечивая выходную мощность, соответственно 14, 20 или 30 Ватт на канал. Не обязательно все микросхемы усилители должны быть одинаковые. Вы можете установить те что слабее в роли УНЧ стерео, а более мощный усилитель оставить для сабвуфера.
Стабилизаторы напряжения U1 и U2 обеспечивают симметричное двухполярное напряжение на уровне +/-15 В. Можно с успехом применить стабилизаторы на напряжение 12 В или даже 9 В. Это не вызовет изменений в работе предусилителя. Такая процедура будет необходима в случае, если мы хотим питать усилитель меньшим напряжением, чем +/- 18 В. Стабилизаторы 7815 и 7915 могут не хотеть нормально работать с малым падением напряжения. Скачать файлы печатных плат
Обсудить статью СТЕРЕО УСИЛИТЕЛЬ С САБВУФЕРОМ И ФНЧ
Усилитель НЧ. Практикум начинающих
Усилитель низкой частоты есть в каждом приемнике, телевизоре, магнитофоне.
Без него невозможно воспроизведение грамзаписи, громкоговорящий прием вещательных станций, звуковое сопровождение телевизионных передач. Усилители НЧ массовых промышленных или любительских ламповых приемников бывают обычно двухкаскадными. Первый каскад усиливает напряжение сигнала, поступающего к нему от детектора или звукоснимателя, второй - выходной, повышает мощность сигнала, обеспечивая тем самым работу подключенного к нему громкоговорителя. Этот практикум посвящен именно двухкаскадному усилителю НЧ.
Предлагаем испытать в работе несколько вариантов усилителя. Для этого потребуется: блок питания и монтажная панель, радиолампы, а также резисторы и конденсаторы разных номиналов.
Вариант первый - усилитель на маломощных триодах
В первом каскаде этого усилителя используется триод , во втором - один из триодов лампы 6Н1П. Первый каскад аналогичен однокаскадному усилителю НЧ. Нагрузка триода - резистор R3. С него напряжение сигнала, усиленное лампой, через конденсатор связи С3 подается на управляющую сетку триода выходного каскада. Сигнал, усиленный этим каскадом, преобразуется в звуковые колебания громкоговорителем Гр1, включенным в анодную цепь лампы через выходной трансформатор Тр1.
Рис.1. Усилитель НЧ на триодах
Нельзя ли обойтись без выходного трансформатора, включив
громкоговоритель непосредственно в анодную цепь лампы? Включить-то можно, и
анодный ток лампы через него пойдет, но звучать он будет очень тихо. Дело в
том, что звуковая катушка электродинамического громкоговорителя, содержащая
небольшое число витков сравнительно толстого провода, обладает во много раз
меньшим сопротивлением, чем внутреннее сопротивление лампы выходного
каскада. Чтобы согласовать эти сопротивления и таким образом наиболее
эффективно передать низкочастотную энергию усилителя громкоговорителю и
используется понижающий трансформатор, именуемый выходным или согласующим.
Выходные трансформаторы используют и в транзисторных усилителях НЧ.
Рис.2. Монтаж УНЧ на триодах
При монтаже следует учесть, что на принципиальной схеме (рис.1 ) с целью ее упрощения общий проводник питания цепей ламп показан условным знаком "Корпус" (означающим соединение с металлическим корпусом, с шасси устройства). В наших усилителях выводы всех деталей с таким знаком надо соединять с проводником монтажной панели, являющимся общим минусовым проводом для цепей анодов (а для тетродов и пентодов - еще и цепей экранирующих сеток) и нитей накала ламп.
Для межкаскадной связи (C3) и блокировки (C4) первичной обмотки выходного трансформатора используйте керамические или слюдяные конденсаторы. В анодную цепь лампы выходного каскада включите радиотрансляционный громкоговоритель; его трансформатор будет выполнять роль выходного трансформатора усилителя. Проверте монтаж по принципиальной схеме. Включите питание и подайте на вход усилителя низкочастотый сигнал от звукоснимателя или радиотрансляционной сети через делитель напряжения. В громкоговорителе должен появиться достаточно громкий неискаженный звук.
А если усилитель не работает? В таком случае надо прежде всего с помощью вольтметра проверить напряжения на электродах ламп, указанные на схеме. Эти напряжения измерены вольтметром с входным сопротивлением 10 кОм/В. Отсутствие напряжений на аноде и катоде укажет на обрыв (плохой контакт) в анодной цепи, а слишком большое напряжение на аноде - на плохой контакт или обрыв катода.
Обрыв или ненадежный контакт надо искать с помощью омметра, предварительно выключив питание усилителя. Испытать усилитель можно покаскадно с помощью высокоомных головных телефонов. Прежде всего уточните, подается ли сигнал на вход усилителя. Для этого телефоны подключите параллельно резистору R1. Если сигнал подается, в телефонах услышите слабый звук. Затем, соблюдая осторожность, подсоедините телефоны параллельно резистору R3. Этим вы проверите, работет ли лампа первого каскада. А чтобы убедиться, исправен ли выходной каскад, телефоны надо подключить параллельно первичной обмотке выходного трансформатора. Неисправность надо искать в том каскаде, который не работает.
Выходная мощность такого усилителя небольшая - 0,3 Вт. Чтобы ее несколько увеличить, надо оба триода лампы 6Н1П соединить параллельно. Попробуйте!
Второй вариант - усилитель тоже на триодах 6Н1П
Левый (по схеме) ее триод работает в первом каскаде, правый - в выходном. Разница между этим и предыдущим усилителями заключается только в способе подачи смещения на управляющую сетку триода первого каскада: в усилителе первого варианта смещение получается за счет анодного тока, создающего падение напряжения на катодном резисторе R2, а в усилителе этого варианта за счет сеточного тока лампы, текущего через резистор R1.
Рис.3. Усилитель НЧ на двойном триоде
Экспериментируя с этим усилителем, попробуйте подавать смещение на сетку первого триода так, как это сделано в усилителе первого варианта. Усилитель будет работать также. Вообще же качество и громкость работы усилителей обоих вариантов примерно одинаковы.
Третий вариант - усилитель на лампе 6Ф1П
Эта лампа является триод-пентодом. Ее триодная часть используется в каскаде предварительного усиления напряжения сигнала так же, как триод такого же каскада предыдущего усилителя, а пентодная часть - в каскаде усиления мощности. напряжение на экранирующую сетку пентода подается непосредственно от выпрямителя.
Рис.4. Усилитель НЧ на комбинированной лампе
Основное назначение ламп 6Ф1П - преобразователь частоты супергетеродинного приемника. Но они хорошо работают и в усилителях низкой частоты, в чем вы можете убедиться сами, испытав предлагаемый усилитель НЧ. Поскольку усилительные свойства триода и пентода лампы 6Ф1П лучше, чем у триодов лампы 6Н1П, работать он должен громче, чем усилитель предыдущего варианта.
Четвертый вариант - усилитель на пентоде и лучевом тетроде
Пентод 6Ж1П работает в каскаде предварительного усиления напряжения, а мощный лучевой тетрод 6П1П - в каскаде усиления мощности. На экранирующую сетку первой лампы напряжение выпрямителя подается через гасящий резистор R4, на экранирующую сетку второй лампы - непосредственно. По переменному току экранирующая сетка заблокирована на общий минус конденсатором C3.
Рис.5. Усилитель на пентоде и лучевом тетроде
Выходная мощность усилителя около 3 Вт. Чтобы наиболее эффективно использовать эту низкочастотную энергию, на выход усилителя включите более мощный, чем трансляционный, громкоговоритель, но через соответствующий ему выходной трансформатор. Трансформатор можно укрепить на корпусе громкоговорителя и расположить их возле монтажной панели.
Для устранения самовозбуждения, проявляющегося себя свистами, надо возможно дальше разнести проводники анодной цепи выходной лампы и цепи управляющей сетки лампы входного каскада. Чтобы предупредить такой вид самовозбуждения, проводники входных цепей усилителей делают предельно короткими и экранируют, а экраны заземляют. Экранирование, кроме того, устраняет фон переменного тока, который может появиться из-за различных наводок во входных цепях.
Рис.6. Ячейка дополнительного развязывающего фильтра
Для борьбы с самовозбуждением, проявляющим себя
прерывистыми звуками низкого тона, часто напоминающими шум работающей
моторной лодки, надо в цепь плюсового проводника выпрямителя между каскадами
(на рис.5
обозначено крестом)
включить ячейку развязывающего фильтра (рис.6)
.
Сопротивление резистора фильтра Rф может быть 20...50 кОм, а емкость
конденсатора фильтра Сф - не менее 0,5 мкФ.
Рис.6. Монтаж усилителя на пентоде и лучевом тетроде
В вариантах усилителей НЧ могут работать другие лампы.
Триод 6С2П можно заменить лампами 6С1П, 6С3П
Двойной триод 6Н1П - лампами 6Н2П, 6Н3П
Триод-пентод 6Ф1П - лампой 6Ф3П
Пентод 6Ж1П - лампами 6Ж3П, 6Ж4П
Лучевой тетрод 6П1П - пентодом 6П14П.
Принципиальные схемы остаются такими же, но монтировать усилители надо с учетом цоколевки новых ламп. Можно также использовать лампы с октальным цоколем: в усилителе первого и второго вариантов - лампы 6С5С и 6Н8С или 6Н9С, в усилителе четвертого варианта - лампы 6Ж8 и 6П6С. Среди ламп с октальным цоколем триод-пентода, с которым можно было бы повторить усилитель третьего варианта, нет.
Какое практическое применение могут найти эти опытные усилители НЧ? Первый и второй варианты интересны в основном с познавательной точки зрения. А усилители третьего и четвертого вариантов могут быть использованы в приемниках прямого усиления и супергетеродинах, о чем мы еще будем говорить в будущем. Усилитель четвертого варианта, кроме того, может быть самостоятельной конструкцией для воспроизведения грамзаписи.
В.Борисов. "Радио" №10/1971 год
Комментарии к статье:
| Добавил: Даня | |
|
|
| Дата: 2012-07-06 |
Обновлено: 27.04.2016
Отличный усилитель для дома можно собрать на микросхеме TDA7294. Если вы не сильны в электронике, то такой усилитель идеальный вариант, он не требует тонкой настройки и отладки как транзисторный усилитель и прост в построении в отличие от лампового усилителя.
Микросхема TDA7294 выпускается вот уже на протяжении 20 лет и до сих пор не потеряла своей актуальности, и по прежнему востребована в кругу радиолюбителей. Для начинающего радиолюбителя, эта статья станет хорошим подспорьем для знакомства с интегральными усилителями звуковой частоты.
В этой статье я постараюсь подробно расписать устройство усилителя на TDA7294. Основной акцент сделаю на стерео усилителе, собранном по обычной схеме (1 микросхема на канал) и вкратце расскажу про мостовую схему (2 микросхемы на канал).
Микросхема TDA7294 и ее особенности
TDA7294 – детище компании SGS-THOMSON Microelectronics, эта микросхема представляет собой усилитель низкой частоты AB класса, и построена на полевых транзисторах.
Из достоинств TDA7294 можно отметить следующее:
- выходная мощность, при искажениях 0,3–0,8 %:
- 70 Вт для нагрузки сопротивлением 4 Ом, обычная схема;
- 120 Вт для нагрузки сопротивлением 8 Ом, мостовая схема;
- функция приглушения (Mute) и функция режима ожидания (Stand-By);
- низкий уровень шумов, малые искажения, диапазон частот 20–20000 Гц, широкий диапазон рабочих напряжений - ±10–40 В.
Технические характеристики
| Технические характеристики микросхемы TDA7294 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Параметр | Условия | Минимум | Типовое | Максимум | Единицы |
| Напряжение питания | ±10 | ±40 | В | ||
| Диапазон воспроизводимых частот | Cигнал 3 db 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 | °C | |||
| 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 | °C | ||
| Термосопротивление корпуса | 1,5 | °C/Вт | |||
Назначение выводов
| Назначение выводов микросхемы TDA7294 | |||
|---|---|---|---|
| Вывод микросхемы | Обозначение | Назначение | Подключение |
| 1 | Stby-GND | «Сигнальная земля» | «Общий» |
| 2 | In- | Инвертирующий вход | Обратная связь |
| 3 | In+ | Неинвертирующий вход | Вход аудиосигнала через разделительный конденсатор |
| 4 | In+Mute | «Сигнальная земля» | «Общий» |
| 5 | N.C. | Не используется | – |
| 6 | Bootstrap | «Вольтодобавка» | Конденсатор |
| 7 | +Vs | Питание входного каскада (+) | |
| 8 | -Vs | Питания входного каскада (-) | |
| 9 | Stby | Режим ожидания | Блок управления |
| 10 | Mute | Режим приглушения | |
| 11 | N.C. | Не используется | – |
| 12 | N.C. | Не используется | – |
| 13 | +PwVs | Питания выходного каскада (+) | Плюсовая клемма (+) блока питания |
| 14 | Out | Выход | Выход аудиосигнала |
| 15 | -PwVs | Питания выходного каскада (-) | Минусовая клемма (-) блока питания |
Обратите внимание. Корпус микросхемы связан с минусом питания (выводы 8 и 15). Не забывайте про изоляцию радиатора от корпуса усилителя или изоляцию микросхемы от радиатора, установив ее через термопрокладку.
Также хочу заметить, что в моей схеме (как и в даташите) нет разделения входных и выходных «земель». Поэтому в описании и на схеме определения «общий», «земля», «корпус», GND следует воспринимать как понятия одного толка.
Отличие в корпусах
Микросхема TDA7294 выпускается двух видов – V (вертикальный) и HS (горизонтальный). TDA7294V, имея классическое вертикальное исполнение корпуса, первой сошла с конвейера и до настоящего времени является наиболее распространённой и доступной.
Комплекс защит
Микросхема TDA7294 имеет ряд защит:
- защита от перепадов напряжения питания;
- защита выходного каскада от короткого замыкания или перегрузки;
- тепловая защита. При нагреве микросхемы до 145 °С включается режим приглушения (Mute), а при 150 °С включается режим ожидания (Stand-By);
- защита выводов микросхемы от электростатических разрядов.
Усилитель мощности на TDA7294
Минимум деталей в обвязке, простая печатная плата, терпение и заведомо годные детали позволят вам без труда собрать недорогой УМЗЧ на TDA7294 с чистым звучанием и хорошей мощностью для домашнего использования.
Вы можете подключить данный усилитель непосредственно к линейному выходу звуковой карты компьютера, т.к. номинальное входное напряжение усилителя 700 мВ. А уровень номинального напряжения линейного выхода звуковой карты регламентируется в пределах 0,7–2 В.
Структурная схема усилителя
На схеме представлен вариант стерео усилителя. Структура усилителя по мостовой схеме аналогична – также две платы с TDA7294.
- А0 . Блок питания
- А1 . Блок управления режимами Mute и Stand-By
- A2 . УМЗЧ (левый канал)
- A3 . УМЗЧ (правый канал)
Обратите внимание на подключение блоков. Неправильная разводка проводов внутри усилителя может вызвать дополнительные помехи. Чтобы максимально минимизировать шумы следуйте нескольким правилам:
- Питание к каждой плате усилителя нужно подводить отдельным жгутом.
- Провода питания должны быть свиты в косичку (жгут). Это позволит компенсировать магнитные поля, создаваемые протекающим по проводникам током. Берем три провода («+», «-», «Общий») и плетем из них косичку с легким натягом.
- Избегайте «земляных петель». Это такая ситуация когда общий проводник, соединяя блоки, образует замкнутый контур (петлю). Подключение общего провода должно идти последовательно от входных разъемов к регулятору громкости, от него к плате УМЗЧ и дальше на выходные разъемы. Желательно использовать изолированные от корпуса разъемы. А для входных цепей также экранированные провода в изоляции.
Перечень деталей для БП TDA7294:
Приобретая трансформатор, обратите внимание, что на нем пишут действующее значение напряжения – U Д, и, замерив вольтметром вы также увидите действующее значение. На выходе после выпрямительного мостика конденсаторы заряжаются до амплитудного напряжения – U А. Амплитудное и действующее напряжения связаны следующей зависимостью:
U А = 1,41 × U Д
Согласно характеристикам TDA7294 для нагрузки сопротивлением 4 Ом оптимальное напряжение питания ±27 вольт (U А). Выходная мощность при таком напряжении будет 70 Вт. Это оптимальная мощность для TDA7294 – уровень искажений составит 0,3–0,8 %. Увеличивать питание для повышения мощности нет смысла т.к. уровень искажений растет лавинообразно (см. график).
Вычисляем необходимое напряжение каждой вторичной обмотки трансформатора:
U Д = 27 ÷ 1,41 ≈ 19 В
У меня трансформатор с двумя вторичными обмотками, с напряжением на каждой обмотке 20 вольт. Поэтому на схеме я обозначил клеммы питания как ± 28 В.
Для получения 70 Вт на канал, учитывая КПД микросхемы 66 %, считаем мощность трансформатора:
P = 70 ÷ 0,66 ≈ 106 ВА
Соответственно для двух TDA7294 это 212 ВА. Ближайший стандартный трансформатор, с запасом, будет на 250 ВА.
Здесь уместно заявить, что мощность трансформатора посчитана для чистого синусоидального сигнала, для реального музыкального звука возможны поправки. Так, Игорь Рогов утверждает , что для усилителя мощностью 50 Вт, достаточно будет трансформатора на 60 ВА.
Высоковольтная часть БП (до трансформатора) собирается на печатной плате 35×20 мм, можно и навесным монтажом:
Низковольтная часть (А0 по структурной схеме) собрана на печатной плате 115×45 мм:
Все платы усилителя доступны в одном .
Данный блок питания для TDA7294 рассчитан на две микросхемы. Для большего количества микросхем придется заменить диодный мост и увеличить емкость конденсаторов, что повлечет за собой изменение габаритов платы.
Блок управления режимами Mute и Stand-By
Микросхема TDA7294 обладает режимом ожидания (Stand-By) и режимом приглушения (Mute). Управление этими функциями происходит через выводы 9 и 10 соответственно. Режимы будут включены пока на этих выводах напряжение отсутствует или оно меньше +1,5 В. Чтобы «разбудить» микросхему достаточно подать на выводы 9 и 10 напряжение больше +3,5 В.
Для одновременного управления всеми платами УМЗЧ (особенно актуально для мостовых схем) и экономии радиодеталей есть резон собрать отдельный блок управления (А1 по структурной схеме):
Список деталей для блока управления:
- Диод (VD1) . 1N4001 или аналогичный.
- Конденсаторы (C1, C2) . Полярные электролитические, отечественные K50-35 или импортные, 47 мкФ 25 В.
- Резисторы (R1–R4) . Обычные маломощные.
Печатная плата блока имеет размеры 35×32 мм:
Задача блока управления обеспечить бесшумное включение и отключение усилителя за счет режимов Stand-By и Mute.
Принцип работы следующий. При включении усилителя, вместе с конденсаторами блока питания, заряжается и конденсатор C2 блока управления. Как только он зарядится, режим Stand-By отключится. Чуть дольше заряжается конденсатор C1, поэтому режим Mute отключится во вторую очередь.
При отключении усилителя от сети первым разряжается конденсатор C1 через диод VD1 и включает режим Mute. Затем разряжается конденсатор C2 и устанавливает режим Stand-By. Микросхема замолкает, когда конденсаторы блока питания имеют заряд порядка 12 вольт, поэтому никаких щелчков и прочих звуков не слышно.
Усилитель на TDA7294 по обычной схеме
Схема включения микросхемы неинвертирующая, концепция соответствует оригинальной из даташита, только изменены номиналы компонентов для улучшения звуковых характеристик.
Список деталей:
- Конденсаторы:
- C1 . Пленочный, 0,33–1 мкФ.
- С2, С3 . Электролитические, 100–470 мкФ 50 В.
- С4, С5 . Пленочные, 0,68 мкФ 63 В.
- С6, С7 . Электролитические, 1000 мкФ 50 В.
- Резисторы:
- R1 . Переменный сдвоенный с линейной характеристикой.
- R2–R4 . Обычные маломощные.
Резистор R1 сдвоенный т.к. усилитель стерео. Сопротивление не более 50 кОм с линейной, а не логарифмической характеристикой для плавной регулировки громкости.
Цепь R2C1 представляет собой фильтр верхних частот (ФВЧ), подавляет частоты ниже 7 Гц, не пропуская их на вход усилителя. Резисторы R2 и R4 должны быть равны для обеспечения устойчивой работы усилителя.
Резисторы R3 и R4 организуют цепь отрицательной обратной связи (ООС) и задают коэффициент усиления:
Ку = R4 ÷ R3 = 22 ÷ 0,68 ≈ 32 дБ
Согласно даташиту коэффициент усиления должен лежать в пределах 24–40 дБ. Если меньше, то микросхема будет самовозбуждаться, если больше – вырастут искажения.
Конденсатор C2 участвует в цепи ООС, лучше взять с большей емкостью, чтобы снизить его влияние на низкие частоты. Конденсатор C3 обеспечивает увеличение напряжения питания выходных каскадов микросхемы – «вольтодобавка». Конденсаторы C4, C5 устраняют наводки вносимые проводами, а C6, C7 дополняют емкость фильтра блока питания. Все конденсаторы усилителя, кроме C1, должны быть с запасом по напряжению, поэтому берем на 50 В.
Печатная плата усилителя односторонняя, довольно компактная – 55×70 мм. При ее разработке стояла цель развести «землю» звездой, обеспечить универсальность и при этом сохранить минимальные габариты. Думаю это одна из самых маленьких плат для TDA7294. Данная плата рассчитана под установку одной микросхемы. Для стерео варианта, соответственно, понадобится две платы. Их можно установить рядом или одну над другой как у меня. Подробнее про универсальность расскажу чуть позже.
Радиатор, как видите, указан на одной плате, а вторая, аналогичная, крепится к нему сверху. Фотографии будут чуть дальше.
Усилитель на TDA7294 по мостовой схеме
Мостовая схема это сопряжение двух обычных усилителей с некоторыми поправками. Такое схемотехническое решение рассчитано для подключения акустики сопротивлением не 4, а 8 Ом! Акустика подключается между выходами усилителей.
Отличий от обычной схемы всего два:
- входной конденсатор C1 второго усилителя подключается к «земле»;
- добавлен резистор обратной связи (R5).
Печатная плата также представляет собой комбинацию из усилителей по обычной схеме. Размер платы – 110×70 мм.
Универсальная плата для TDA7294
Как вы уже заметили, вышеупомянутые платы по сути одинаковые. Следующий вариант печатной платы полностью подтверждает универсальность. На этой плате можно собрать стерео усилитель 2×70 Вт (обычная схема) или моно усилитель 1×120 Вт (мостовая). Размер платы – 110×70 мм.
Обратите внимание. Для использования этой платы в мостовом варианте, необходимо установить резистор R5, а перемычку S1 установить в горизонтальном положении. На рисунке эти элементы изображены пунктиром.
Для обычной схемы резистор R5 не нужен, а перемычку необходимо установить в вертикальном положении.
Сборка и наладка
Сборка усилителя не вызовет особых трудностей. Как таковой наладки усилитель не требует и заработает сразу при условии, что все собрано правильно и микросхема не бракованная.
Перед первым включением :
- Убедитесь в правильном монтаже радиодеталей.
- Проверьте правильность подключения проводов питания, не забывайте, что на моей плате усилителя «земля» находится не по центру между плюсом и минусом, а с краю.
- Убедитесь, что микросхемы изолированы от радиатора, если нет, то проверьте отсутствие контакта радиатора с «землей».
- Подавайте питание по очереди на каждый усилитель, так есть шанс не сжечь сразу все TDA7294.
Первое включение :
- Нагрузку (акустику) не подключаем.
- Входы усилителей замыкаем на «землю» (замкнуть X1 с X2 на плате усилителя).
- Подаем питание. Если с предохранителями в БП все нормально и ничего не задымилось, то запуск удался.
- Мультиметром проверяем отсутствие постоянного и переменного напряжения на выходе усилителя. Допускается незначительное постоянное напряжение, не более ±0,05 вольта.
- Отключаем питание и проверяем на нагрев корпус микросхемы. Будьте внимательны, конденсаторы в БП долго разряжаются.
- Через переменный резистор (R1 по схеме) подаем звуковой сигнал. Включаем усилитель. Звук должен появиться с небольшой задержкой, а при выключении сразу пропадать, это характеризует работу блока управления (A1).
Заключение
Надеюсь, данная статья поможет вам собрать качественный усилитель на TDA7294. Напоследок представляю несколько фотографий в процессе сборки, не обращайте внимания на качество исполнения платы, старый текстолит неравномерно протравился. По результатам сборки были сделаны некоторые правки, поэтому платы в файле.lay немного отличаются от плат на фотографиях.
Усилитель изготавливался для хорошего знакомого, он придумал и реализовал такой оригинальный корпус. Фотографии стерео усилителя на TDA7294 в сборе:
На заметку : Все печатные платы собраны в одном файле. Для переключения между "печатками" покликайте по вкладкам как показано на рисунке.
Список файлов
После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.
Начнем с более мощной схемы.
Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.
Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.
Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.
Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.
Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.
Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.
Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.
Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.
Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.
Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.
Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.
В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.
Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно, какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие теплоотводы для каждого транзистора.
И наконец - третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.
Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.
Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.
Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.
Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Усилитель на микросхеме TDA2003 | |||||||
| Аудио усилитель | TDA2003 | 1 | В блокнот | ||||
| С1 | 47 мкФ х 25В | 1 | В блокнот | ||||
| С2 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | Пленочный | В блокнот | ||
| С3 | Электролитический конденсатор | 1 мкФ х 25В | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ х 16В | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 100 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Переменный резистор | 50 кОм | 1 | От 10 кОм до 50 кОм | В блокнот | ||
| Ls1 | Динамическая головка | 2-4 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Усилитель на транзисторах схема №2 | |||||||
| VT1-VT3 | Биполярный транзистор | КТ315А | 3 | В блокнот | |||
| С1 | Электролитический конденсатор | 1 мкФ х 16В | 1 | В блокнот | |||
| С2, С3 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ х 16В | 2 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 100 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Переменный резистор | 50 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Динамическая головка | 2-4 Ом | 1 | В блокнот | ||||
| Усилитель на транзисторах схема №3 | |||||||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ315А | 1 | В блокнот | |||
| VT3 | Биполярный транзистор | КТ361А | 1 | В блокнот | |||
| VT4 | Биполярный транзистор | КТ815А | 1 | В блокнот | |||
| VT5 | Биполярный транзистор | КТ816А | 1 | В блокнот | |||
| VD1 | Диод | Д18 | 1 | Или любой маломощный | В блокнот | ||
| С1, С2, С5 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ х 16В | 3 | ||||
