В данной статье речь пойдет о довольно распространенной и популярной микросхеме-усилителе TDA7294 . Рассмотрим ее краткое описание, технические характеристики, типовые схемы подключения и приведем схему усилителя с печатной платой.
Описание микросхемы TDA7294
Микросхема TDA7294 представляет собой монолитную интегральную схему в корпусе MULTIWATT15. Она предназначена для использования в качестве AB усилителя звука класса Hi-Fi. Благодаря широкому диапазону питающего напряжения и высокому выходному току, TDA7294 способна обеспечивать высокую выходную мощность при сопротивлении динамиков 4 Ом и 8 Ом.
TDA7294 имеет низкий уровень шума, низкий уровень искажений, хорошее подавление пульсаций и может работать от широкого диапазона питающего напряжения. Микросхема имеет встроенную защиту от короткого замыкания и схему отключения при перегреве. Встроенная функция подавления (Mute) упрощает дистанционное управление усилителем, предотвращая появления шумов.
Этот интегральный усилитель прост в использовании и для его полноценной работы требуется не так много внешних компонентов.
Технические характеристики TDA7294
Размеры микросхемы:
Как было сказано выше, микросхема TDA7294 выпускается в корпусе MULTIWATT15 и имеет следующее расположение выводов (распиновка):
- GND (общий провод)
- Inverting Input (инверсный вход)
- Non Inverting Input (прямой вход)
- In+Mute
- N.C. (не используется)
- Bootstrap
- Stand-By
- N.C. (не используется)
- N.C. (не используется)
- +Vs (плюс питание)
- Out (выход)
- -Vs (минус питание)
Следует обратить внимание на тот факт, что корпус микросхемы соединен не с общей линией питания, а с минусом питания (вывод 15)
Типовая схема включения TDA7294 из datasheet
Мостовая схема подключения
Мостовое включение — это включение усилителя к динамикам, при котором каналы стереофонического усилителя функционируют в режиме моноблочных усилителей мощности. Они усиливают один и тот же сигнал, но в противофазе. При этом динамик подключается между двумя выходами каналов усиления. Мостовое включение позволяет значительно увеличить мощность усилителя
По сути, данная мостовая схема из datasheet не что иное как два простых усилителя к выходам, которых подключен звуковой динамик. Данная схема включения может применяться только при сопротивлении динамиков 8 Ом или 16 Ом. С динамиком 4 Ом возникает большая вероятность выхода микросхемы из строя.
Среди интегрированных усилителей мощности, микросхема TDA7294 является прямым конкурентом LM3886.
Пример использования TDA7294
Это простая схема усилителя на 70 ватт. Конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 вольт. Для нормальной работы схемы микросхему TDA7294 необходимо установить на радиатор площадью около 500 см. кв. Монтаж выполнен на односторонней плате выполненный по .
Печатная плата и расположение элементов на ней:
Блок питания усилителя TDA7294
Для питания усилитель с нагрузкой 4 Ома питание должно составлять 27 вольт, при сопротивлении динамиков 8 Ом напряжение должно быть уже 35 вольт.
Блок питания для усилителя TDA7294 состоит из понижающего трансформатора Тр1 имеющего вторичную обмотку на 40 вольт (50 вольт при нагрузке 8 Ом) с отводом посередине либо две обмотки по 20 вольт (25 вольт при нагрузке 8 Ом) с током нагрузки до 4 ампер. Диодный мост должен отвечать следующим требованиям: прямой ток не менее 20 ампер и обратное напряжение не менее 100 вольт. С успехом диодный мост можно заменить четырьмя выпрямительными диодами с соответствующими показателями.
Электролитические конденсаторы фильтра C3 и C4 предназначены в основном для снятия пиковой нагрузки усилителя и устранению пульсации напряжения идущего с выпрямительного моста. Данные конденсаторы обладают ёмкостью 10000 мкф с рабочим напряжением не менее 50 вольт. Неполярные конденсаторы (пленочные) C1 и C2 могут быть емкостью от 0,5 до 4 мкф с напряжением питания не менее 50 вольт.
Нельзя допускать перекосов напряжения, напряжение в обоих плечах выпрямителя обязательно должно быть равным.
(1,2 Mb, скачано: 3 808)
Представляем вашему вниманию стерео УНЧ мощностью 100Вт класса Н, который легко собрать даже начинающим радиолюбителям. TDA7294 интегральная микросхема в монолитном корпусе Multiwatt15. Имеет широкий диапазон питающих напряжений +/-40В и может обеспечить высокую выходную мощность на нагрузках 4 и 8 Ом.
Есть встроенная защита от короткого замыкания в нагрузке и защита от перегрева (по достижении 145 градусов).
Также есть функция Mute, которая используется для исключения щелчков при включении и режим ожидания (Stand-by). Диапазон воспроизводимых частот 20-20000Гц. Общие гармонические искажения не более 0.1%.
Обратите внимание, что корпус микросхемы соединен с -Vcc, поэтому не следует устанавливать его в металлический корпус без изоляции. В противном случае, произойдет короткое замыкание с землей. До привинчивания микросхемы к радиатору не забудьте нанести термопасту.
Ниже показана принципиальная схема усилителя мощности на микросхеме TDA7294.
На фото показан только один из каналов усилителя.
На рисунках изображена печатная плата и расположение деталей на ней.
На фотографиях показана последовательность сборки плат
Примечания:
Микросхема TDA7294 IC не совместима с резисторами с допуском 1%.
О конденсаторах фильтра 1000мкФ: если вы используете динамиками диаметром более 10 дюймов (25,4см), следует увеличить емкость конденсаторов до 2200мкФ.
Выбор конденсатора 47мкФ: рекомендую использовать 47uF 50V производства Elna SilmicII и 47uF 50V производства Nichicon MUSE KZ.
Блок питания
Как ни странно, но у многих проблемы начинаются уже здесь. Две самых распространенных ошибки:
- Однополярное питание
- Ориентирование на напряжение вторичной обмотки трансформатора (действующее значение).
Трансформатор
- должен иметь ДВЕ ВТОРИЧНЫЕ ОБМОТКИ
.
Либо одна вторичная обмотка с отводом от средней точки (встречается
очень редко). Итак, если у вас трансформатор с двумя вторичными
обмотками, то их необходимо соединить как показано на схеме. Т.е.
начало одной обмотки с концом другой (начало обмотки обозначается
черной точкой, на схеме это показано). Перепутаете, ничего не будет
работать. Когда соединили обе обмотки, проверяем напряжение в точках 1
и 2. Если там напряжение, равное сумме напряжений обеих обмоток, то вы
соединили все правильно. Точка соединения двух обмоток и будет "общим"
(земля, корпус, GND, называйте как хотите). Это первая распространенная
ошибка, как мы видим: обмоток должно быть две, а не одна.
Теперь
вторая ошибка: В даташите (тех. описание микросхемы) на микросхему
TDA7294 указано: для нагрузки 4Ома рекомендуется питание +/-27. Ошибка
в том, что люди часто берут трансформатор с двумя обмотками 27В, ЭТОГО ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ!!!
Когда вы покупаете трансформатор, на нем пишут действующее значение
,
и вольтметр вам тоже показывает действующее значение. После того, как
напряжение выпрямляется, им заряжаются конденсаторы. А заряжаются они
уже до амплитудного значения
которое в 1.41 (корень
из 2ух) раза больше действующего значения. Стало быть, чтобы на
микросхеме было напряжение 27В, то обмотки трансформатора должны быть
на 20В (27 / 1,41 = 19,14 Т.к. на такое напряжение трансформаторы не
делают, то возьмем ближайшее: 20В). Суть думаю ясна.
Теперь о
мощности: для того, чтобы TDA выдала свои 70Вт, ей необходим
трансформатор мощностью минимум 106Вт (КПД у микросхемы 66%),
желательно больше. Например для стерео усилителя на TDA7294 очень
хорошо подойдет трансформатор мощностью 250Вт
Выпрямительный мостик - Тут как правило вопросов не возникает, но все же. Я лично предпочитаю ставить выпрямительные мосты, т.к. не надо возиться с 4мя диодами, так удобнее. Мостик должен обладать следующими характеристиками: обратное напряжение 100В, прямой ток 20А. Ставим такой мостик и не паримся, что в один "прекрасный" день он сгорит. Такого мостика хватает на две микросхемы и емкость конденсаторов в БП 60"000мкФ (когда конденсаторы заряжаются, через мостик проходит очень высокий ток)
Конденсаторы
- Как видно, в схеме БП используется 2 типа конденсаторов: полярные
(электролитические) и неполярные (пленочные). Неполярные (С2, С3)
необходимы для подавления ВЧ помех. По емкости ставьте что будет: от
0,33мкФ до 4мкФ. Желательно ставить наши К73-17, довольно неплохие
конденсаторы. Полярные (С4-С7) необходимы для подавления пульсации
напряжения, да и к тому же отдают свою энергию при пиках нагрузки
усилителя (когда трансформатор не может обеспечить требуемый ток). По
емкости до сих пор люди спорят, сколько все таки нужно. Я на опыте
понял, что на одну микросхему, достаточно 10000 мкФ в плечо. Напряжение
конденсаторов: выбирайте сами, в зависимости от питания. Если у вас
трансформатор на 20В, то выпрямленное напряжение будет 28,2В (20 х 1,41
= 28,2), конденсаторы можно поставить на 35В. С неполярными то же
самое. Вроде бы ничего не упустил...
В итоге у нас получился БП содержащий 3 клеммы: "+" , "-" и "общий" С БП закончили, переходим к микросхеме.
Напряжение питания
Есть такие экстремалы, запитывают TDA7294 от 45В, потом удивляются: а че горит? Горит потому, что микросхема работает на пределе. Сейчас тут мне скажут: "У меня +/-50В и все работает, не гони!!!", ответ прост: "Вруби на максимальную громкость и засеки время секундомером"
Если у вас нагрузка 4 Ома, то оптимальное питание будет +/- 27В (обмотки трансформатора на 20В)
Если у вас нагрузка 8 Ом, то оптимальное питание будет +/- 35В (обмотки трансформатора на 25В)
С таким напряжением питания микросхема будет работать долго и без
глюков (у меня выдерживала КЗ выхода в течение минуты, и ничего не
сгорело, как обстоят дела с этим у товарищей экстремалов я не знаю, они
молчат)
И еще: если вы все таки решили сделать напряжение питания больше нормы,
то не забывайте: от искажений вы все равно никуда не денетесь Больше
70Вт (напряжение питания +/-27В) с микросхемы выжимать бесполезно, т.к.
слушать этот скрежет невозможно!!!
Вот график зависимости искажений (THD) от выходной мощности (Pout):
Как мы видим, при выходной мощности 70Вт искажения у нас в районе 0,3-0,8% - это вполне приемлемо и на слух не заметно. При мощности 85Вт искажения уже 10%, это уже хрип и скрежет, в общем слушать звук при таких искажениях невозможно. Отсюда получается, что увеличивая напряжение питания, вы увеличиваете выходную мощность микросхемы, а толку то? Все равно после 70Вт слушать не возможно!!! Так что примите к сведению, плюсов тут никаких нет.
Схемы включения - оригинальная (обычная)
C1
- Лучше ставить пленочный конденсатор К73-17, емкость от 0,33мкФ и выше
(чем больше емкость, тем меньше ослабляется низкая частота т.е. всеми
любимые басы).
С2
- Лучше ставить 220мкФ 50В - опять таки, басы станут лучше
С3, С4
- 22мкФ 50В - определяют время включения микросхемы (чем больше емкость, тем дольше длительность включения)
С5
- вот он, конденсатор ПОС (как его подключать я написал в пункте 2.1 (в
самом конце). Его тоже лучше взять 220мкФ 50В (отгадайте с 3ех
раз...басы будут лучше)
С7, С9
- Пленочные, номинал любой: 0,33мкФ и выше на напряжение 50В и выше
С6, С8
- Можно не ставить, у нас в БП уже стоят конденсаторы
R2, R3
- Определяют коэффициент усиления. По умолчанию он равен 32 (R3 / R2), лучше не менять
R4, R5
- По сути та же функция, что и у C3, С4
На схеме есть непонятные клеммы VM и VSTBY - их необходимо подключить к ПЛЮСУ питания, иначе ничего работать не будет.
Схемы включения - мостовая
Схема тоже взята из даташита:
По
сути эта схема представляет из себя 2 простых усилителя, с той лишь
разницей, что колонка (нагрузка) включена между выходами усилителя.
Есть еще пара нюансов, о них чуть позже. Такая схема может
использоваться когда у вас нагрузка 8Ом (Оптимальное питание микросхем
+/-25В) или 16Ом (Оптимальное питание +/-33В). Для нагрузки 4Ома делать
мостовую схему бессмысленно, микросхемы не выдержат ток - результат
думаю известен.
Как я сказал выше, мостовая схема собирается из 2ух
обычных усилителей. При этом, вход второго усилителя подключается к
земле. Еще прошу обратить внимание на резистор который подключен между
14й "ногой" первой микросхемы (на схеме: вверху) и 2ой "ногой" второй
микросхемы (на схеме: внизу). Это резистор обратной связи, если его не
подключить, усилитель работать не будет.
Еще здесь изменены цепи Mute (10я "нога") и Stand-By (9я "нога"). Это
не принципиально, делайте так, как вам нравится. Главное чтобы на лапах
Mute и St-By было напряжение больше 5В, тогда микросхема будет работать.
Пара слов о функциях Mute и Stand-By
Mute - По своей сути, эта функция микросхемы позволяет отключить
вход. Когда на выводе Mute (10я лапа микросхемы) напряжение от 0В до
2,3В производится ослабление входного сигнала на 80дБ. При напряжении
на 10й лапе более 3,5В ослабления не происходит
- Stand-By - Перевод усилителя в дежурный режим. Эта функция отключает
питание выходных каскадов микросхемы. При напряжении на 9-ом выводе
микросхемы более 3ех вольт, выходные каскады работают в своем
нормальном режиме.
Реализовать управление этими функциями можно двумя способами:
В чем разница? По сути своей ни в чем, делайте так, как вам удобно. Я лично выбрал первый вариант (раздельное управление)
Выводы обоих схем должны быть подключены либо к "+" питания (в этом
случае микросхема включена, звук есть), либо к "общему" (микросхема
выключена, звука нет).
Печатная плата
Вот печатная плата для TDA7294 формате Sprint-Layout: скачать .
Плата нарисована со стороны дорожек, т.е. при печати надо зеркалить (для лазерно-утюжного метода изготовления печатных плат)
Печатную плату я делал универсальную, на ней можно собрать как простую
схему, так и мостовую. Для просмотра необходима программа Sprint Layout .
Пробежимся по плате и разберем что к чему относится:
Основная плата
(в самом верху) - содержит 4 простых схемы с возможностью объединения
их в мостовые. Т.е. на этой плате можно собрать либо 4 канала, либо 2
мостовых канала, либо 2 простых канала и один мостовой. Универсал одним
словом.
Обратите внимание на резистор 22к обведенный красным
квадратом, его необходимо впаивать если вы планируете делать мостовую
схемы, так же необходимо впаять входной конденсатор как показано на
разводке (крестик и стрелочка). Радиатор можно купить в магазине Чип и
Дип, продается там такой 10х30см, плата делалась как раз под него.
Плата Mute/St-By
- Так уж получилось что для этих
функций я сделал отдельную плату. Все подключать по схеме. Mute (St-By)
Switch - это переключатель (тумблер), на разводке показано какие
контакты замыкать чтобы микросхема работала.
Сигнальные провода от платы Mute/St-By на основной плате подключать так:
Провода питания (+V и GND) подключать в блок питания.
Конденсаторы можно поставить 22мкФ 50В (не 5 штук в ряд, а одну штуку.
Количество конденсаторов зависит от количества микросхем, управляемых
этой платой)
Платы БП.
Тут все просто, впаиваем мостик, электролитические конденсаторы, подключаем провода, НЕ ПУТАЕМ ПОЛЯРНОСТЬ!!!
Надеюсь сборка не вызовет затруднений. Печатная плата проверена, все работает. При правильной сборке усилитель запускается сразу.
Усилитель не заработал с первого раза
Ну что же, бывает. Отключаем усилитель от сети и начинаем искать ошибку
в монтаже, как правило в 80% случаев ошибка в неправильном монтаже.
Если ничего не найдено, то снова включаем усилитель в сеть, берем
вольтметр и проверяем напряжения:
- Начнем с напряжения питания: на 7ой и 13ой лапе должен быть "+"
питания; На 8ой и 15ой лапах должен быть "-" питания. Напряжения должны
быть одинаковой величины (По крайне мере разброс должен быть не больше
0,5В).
- На 9ой и 10ой лапах должно быть напряжение больше 5В. Если напряжение
меньше, значит вы ошиблись в плате Mute/St-By (перепутали полярность,
тумблер не так поставили)
- При замкнутом на землю входе, на выходе усилителя должно быть 0В.
Если там напряжение больше 1В, то тут уже что-то с микросхемой
(возможно брак или левая микросхема)
Если все пункты в порядке, то микросхема обязана работать. Проверьте
уровень громкости источника звука. Я когда только собрал этот
усилитель, включаю его в сеть...звука нет...через 2 секунды все
заиграло, знаете почему? Момент включения усилителя пришелся на паузу
между треками, вот так вот бывает.
(С) Михаил aka ~D"Evil~ Санкт-Петербург, 2006г.
Одним из первых мною был собран усилитель на TDA7294 по схеме предложенной производителем.
Вместе с тем, качество воспроизведения звука особенно в области высоких частот меня не очень устраивало. В сети интернет мое внимание привлекла статья LINCOR, размещенная на сайте datagor.ru. Восторженные отзывы автора о звучании УМЗЧ на TDA7294, собранного по схеме источника тока, управляемого напряжением (ИТУН), меня заинтриговали. В результате мной был собран УМЗЧ по следующей схеме.
Схема работает следующим образом. Сигнал со входа IN поступает через проходной конденсатор C1 на низкоомное плечо обратной связи R1 R3, которое вместе с конденсатором C2 образует ФНЧ, препятствующий проникновению наводок и ВЧ шумов в звуковой тракт. Вместе с резистором R4, входная цепь создает первый сегмент ООС, Ку которого равен 2.34. Далее, если бы не токовый датчик R7, коэффициент усиления второй цепи задавался бы отношением R5/R6 и равнялся бы 45.5. Итоговый Ку был бы около 100. Однако, токовый датчик в схеме все-таки есть, и его сигнал суммируясь с падением напряжения на R6, создает частичную ООС по току. При наших номиналах схемы Ку =15.5.
Характеристики усилителя при работе на нагрузку 4 Ома:
– Рабочий диапазон частот (Гц) – 20-20000;
– Напряжение питания (В) – ±30;
– Номинальное входное напряжение (В) – 0.6;
– Номинальная выходная мощность (Вт) – 73;
– Входное сопротивление (кОм) – 9.4;
– THD при 60Вт, не более (%) – 0.01.
На печатной плате разведен параметрический стабилизатор на 12В, для питания сервисных цепей 9 и 10 TDA7294, представлен на рисунке.
В положении «Play!», усилитель находится в разблокированном состоянии и готов к работе ежесекундно. В положении «Mute» блокируются входные и выходные каскады микросхемы, а ее потребление снижается до минимальных дежурных токов. Емкости C11 C12 увеличены вдвое по сравнению со штатными для обеспечения большей задержки при включении и предотвращении щелчка в АС даже при длительном заряде конденсаторов блока питания.
Детали усилителя
Все резисторы, кроме R7 и R8, угольные или металлопленочные на 0.125–0.25Вт, типа С1-4, С2-23 или МЛТ–0.25. Резистор R7 – проволочный резистор на 5Вт. Рекомендуются белые SQP–резисторы в керамическом корпусе. R8 – резистор цепи Цобеля, угольный, проволочный или металлопленочный на 2Вт.
C1 – пленочный, максимально доступного качества, лавсановый или полипропиленовый. Удовлетворительный результат даст и К73–17 на 63В. C2 – керамический дисковый или любого другого типа, например К10–17Б. С3 – электролит максимально доступного качества на напряжение не менее 35 В, C4 C7, C8, C9 - пленочные типа К73–17 на 63 В. C5 C6 – электролитические на напряжение не менее 50 В. C11 C12 – любые электролитические на напряжение не менее 25 В. D1 – любой стабилитрон на 12…15 В мощностью не менее 0.5 Вт. Вместо микросхемы TDA7294 можно использовать TDA7296…7293. В случае использования TDA7296, TDA7295, TDA7293, необходимо откусить или отогнуть и не впаивать 5 ножку микросхемы.
Обе выходные клеммы усилителя «горячие», ни одна из них не заземлена, т.к. акустическая система также является звеном обратной связи. АС включается между и .
Ниже представлена компоновка платы с видами со стороны элементов и проводников, созданная с помощью программы Sprint-Layout_6.0.
Усилитель мощности низкой частоты класса Hi-Fi, выполненный по мостовой схеме с применением двух интегральным микросхем TDA7294. Позволяет получить на выходе до 170 Ватт мощност, отлично подойдет для сабвуфера.
Технические характеристики
- Выходная мощность на нагрузке 8 Ом и питании ±25V - 150 W;
- Выходная мощность на нагрузке 16 Ом и питании ±35V - 170 W.
Принципиальная схема
В усилителе предусмотрена защита выходного каскада от короткого замыкания, термозащита (переключение на пониженную мощность в случае перегрева, возникающего при больших нагрузках), защита от бросков напряжения, режим отключения (Standby), режим включения/отключения входного сигнала (Mute), а также защита от «щелчка» при включении/выключении. Все это уже реализовано в интегральных микросхемах TDA7294.
Рис. 1. Мостовая схема включения двух микросхем TDA7294 - мощный мостовой усилитель НЧ.
Детали и печатная плата
Рис. 2. Печатная плата для мостового варианта включения микросхем TDA7294.
Рис. 3. Расположение компонентов для мостового варианта включения микросхем TDA7294.
Для питания такого усилителя мощности необходим источник питания с трансформатором мощностью не менее 250-300 Ватт. В схеме выпрямителя желательно установить электролитические конденсаторы по 10000мкФ и более на каждое плечо.
Мостовая схема включения из даташита
Рис. 4. Мостовая схема включения двух микросхем TDA7294 (из даташита).
В мостовом режиме работы, сопротивление нагрузки должно быть не менее 8 Ом, иначе микросхемы сгорят от перегрузки по току!
Печатная плата
Универсальная печатная плата для двухканального и мостового вариантов усилителя мощности.
Мостовая схема включения УМЗЧ - это два одинаковых канала, в одном из которых вход сигнала подключен на землю, а вход обратной связи (ножка 2) подключен через резистор 22К к выходу второго канала.
Также 10-е ножки микросхем (Mute) и 9-е ножки (Stand-By) нужно подключить к схеме управления режимами, собранной на резисторах и конденсаторах (рисунок 6).
Рис. 5. Печатная плата для усилителя мощности на микросхемах TDA7294.
В платах есть небольшие отклонения (в лучшую сторону) от схемы из даташита:
- На входах микросхем (ножка 3) установлены конденсаторы на 4мкФ, а не 0,56мкФ;
- Между резистором 680 Ом (что идет к ножке 2) и землей подключен конденсатор 470мкФ;
- Конденсаторы между ножками 6 и 14 - 470мкФ, а не 22мкФ;
- По питанию вместо конденсаторов 0,22мкФ предложено установить 680нФ (0,68мкФ);
В мостовом включении выводы 10 и 9 соединяются вместе соответственно и подключаются к схеме управления режимами.
Рис. 6. Простая схема управления режимами Standby-Mute для микросхем TDA7294.
Чтобы включить микросхемы (вывести из тихого и энергосберегающего режимов), контакты "VM" и "VSTBY" достаточно подключить к положительному выводу питания +Vs.
Эта печатная плата является универсальной, ее можно использовать как для двухканального, так и для мостового режимов работы усилителя на микросхемах TDA7294. Здесь очень хорошо выполнена разводка земли (GND), что улучшит надежность и помехоустойчивость УМЗЧ.
Литература:
- Даташит на микросхему TDA7294 - Скачать (7-Zip архив, 1,2МБ).
- FAQ по TDA7294 - cxem.net/sound/amps/amp129.php
