Два простых УМЗЧ с выходной мощностью 100 Вт

Читать все новости

В статье описываются несложные УМЗЧ на ИМС TDA7293 и TDA7250.

УМЗЧ является одним из основных компонен­тов любого аудио комплекса. При этом выбор схемы и изготовление хорошего УМЗЧ - это до­статочно сложный процесс. Только высококаче­ственный УМЗЧ обеспечит детализацию музы­кальных инструментов, отчетливое звучание средних и высоких частот и мягкость баса.

Проще всего, изготовить достаточно качест­венный УМЗЧ на основе специализированных ИМС УМЗЧ. Такие ИМС могут содержать как УМЗЧ целиком (включая мощные выходные тран­зисторы), так и представлять собой драйвер для внешних мощных выходных транзисторов. В этой статье будет рассмотрены оба варианта таких УМЗЧ, которые отлично подойдут для использо­вания в радиолюбительской аудио-аппаратуре.

Исходные требования

Итак, УМЗЧ должен отвечать следующим тре­бованиям:

  1. Полоса рабочих частот 20 Гц...20 кГц.
  2. Мощность на нагрузке 4 Ом не менее 100 Вт.
  3. Низкое выходное сопротивление.
  4. Напряжение питания ±35...40 В.
  5. Низкий уровень шумов.
  6. Небольшие габариты.
  7. Простота изготовления.
  8. Невысокая себестоимость.

Как видим, это довольно непростое сочетание требований. Рассмотрим, как можно их реализо­вать при использовании в УМЗЧ ИМС TDA7293 / TDA7294.

УМЗЧ на TDA7293 / TDA7294

За время увлечения радиолюбительством ав­тору пришлось опробовать различные схемы УМЗЧ:

  • на электронных лампах;
  • на транзисторах (их было много опубликова­но в книгах и в журналах);
  • на различных ИМС.

Что касается УМЗЧ на ИМС TDA7293 / TDA7294, то о нём и в журналах и в Интернете на­писано очень много. Мнения здесь весьма проти­воречивые - кто-то хвалит такой УМЗЧ, кто-то, напротив, ругает. Схема УМЗЧ на ИМС TDA7293 / TDA7294 приведена на рис.1.

Рис. 1

Важно отметить, что микросхема TDA7293, по сути, практически такая же, как и TDA7294. Но не совсем. TDA7293 сделана несколько по-другому, и, на первый взгляд, TDA7294 - это её упрощен­ная версия. Исходя из даташит, некоторые пара­метры TDA7293 несколько лучше, чем у TDA7294. Например, чуть выше напряжения питания. Для TDA7293 максимальное напряжение питания при нагрузке 4 Ом - 29 В, при нагрузке 8 Ом - 37 В.

Кроме того, TDA7293 имеет несколько другую внутреннюю структуру - в нее добавлены блоки, отсутствующие в TDA7294. При этом сохранена полная совместимость по выводам с микросхе­мой TDA7294, что обеспечивает их взаимозаме­няемость. Важно, что вместо TDA7294 всегда и везде можно применять TDA7293, а вот вместо TDA7293 можно применять TDA7294 только там, где не используются ее отличительные особен­ности. А именно:

  1. Отключение звука при превышении темпера­туры без отключения ИМС (переход в режим Mute).
  2. Имеется вывод Clip Detector, сигнализирую­щий об ограничении выходного сигнала.
  3. Буферный усилитель для вольтодобавки. Недостаток TDA7294 в том, что напряжение для подпитки микросхемы берется прямо с выхода УМЗЧ. Т.е. к её выходу, кроме нагрузки, подклю­чается еще дополнительный весьма нелинейный потребитель, отбирающий выходной ток. Конеч­но, этот ток имеет не очень большую величину, но если требуется получать КНИ около 0.005%, то этот ток должен составлять не более 0.001% от выходного, однако это не так.

В TDA7293 между выходом усилителя и цепью вольтодобавки включен буферный усилитель. При этом ток, отбираемый от выхода УМЗЧ, снижает­ся во много раз, резко снижается влияние цепи вольтодобавки на качество звучания (т.е. проис­ходит как бы разделение функций - для нагрузки один усилитель, для вольтодобавки - другой).

  1. Цепи для «параллельного» включения двух (или больше) микросхем. Для увеличения выходного тока, микросхемы можно соединить «парал­лельно». Причем если использовать обычное на­стоящее параллельное соединение, то ничего хо­рошего не получится. Из-за того, что экземпляры ИМС немного отличаются друг от друга, они и ра­ботать будут по-разному. Неизбежные при этом фазовые сдвиги и небольшая разница в напряже­ниях на выводах ИМС ухудшат и звучание, и ре­жим работы ИМС. Поэтому правильно не гово­рить о «параллельной работе». По-английски та­кая работа двух ИМС называется «master-slave», т.е. «ведущий-ведомый». Одна из ИМС при этом работает как обычно (ведущая), а у второй (ведо­мой) отключаются почти все ее внутренние узлы, за исключением мощного выходного каскада. Сам выходной каскад подключается параллельно выходному каскаду ведущей ИМС. Т.е. упрощен­но можно считать, что просто параллельно вклю­чаются выходные транзисторы, которые исполь­зуются из второй ИМС. Через каждую микросхе­му при этом будет протекать половина выходного тока. В итоге, выходная мощность может быть в 2 раза больше, чем у одной ИМС.

В целом схема УМЗЧ на TDA7293 отличается от схемы на TDA7294 только тем, что конденса­торы С8 и С9 подключены не к выходу (вывод 14), а к специальному выводу 12 BootLoad, который у TDA7294 не используется.

Основные характерис­тики УМЗЧ на ИМС TDA7293 / TDA7294 при­ведены в таблице.Номинал входного конденсатора рассчиты­вается по формуле:

С2 [мкФ] = 5/Fмин[Гц]

Рис. 2

Печатная плата двух­канального УМЗЧ на TDA7293 / TDA7294 при­ведена на рис.2, внеш­ний вид собранного УМЗЧ - на рис.3.

Рис. 3

Замечу, что собрав несколько вариантов УМЗЧ на ИМС TDA7293 / TDA7294 по схемам подобным приведенной на рис.1 с некоторы­ми модификациями и с разной разводкой пе­чатных плат, я сделал для себя некоторые вы­воды.

Обе ИМС действительно неплохие, хотя мно­гое зависит от удачной разводки печатной платы (в особенности линий земли), хорошего источни­ка питания (с малыми пульсациями и низким вы­ходным сопротивлением, а желательно стабили­зированного) и качества элементов обвязки.

Что радует - так это действительно высокая выходная мощность, как для однокристального интегрального УМЗЧ. Но надо обязательно позаботиться об эффективном охлаждении ИМС, т.к. греется она очень сильно.

Также хочется отметить низкий уровень шумов в режиме отсутствия входного сигнала.

Теперь о недостатках. Очень не понравилась низ­кая надежность ИМС TDA7293. Я их покупал в разных точках продажи, и из 7 шт. в на­стоящий момент в работоспособном состоянии осталось только 2 шт.

2 шт. вышли из строя при пер­вом же включении УМЗЧ. Это или заводской брак или поддельные ИМС, которых в продаже с каждым годом становится всё больше и больше. Еще одна ИМС вышла из строя при 4 или 5 включении УМЗЧ, хотя до этого работала нормально. Ещё одна вышла из строя из-за пе­регрева при длительной работе на большой мощности. Т.е. встроен­ная система термозащиты не сра­ботала. Ещё одна отказала из-за работы с перегрузкой.

Что касается качества выходного сигнала УМЗЧ на ИМС TDA7293 / TDA7294, то оно оставляет желать лучшего даже при неболь­шой выходной мощности. В звучании такого УМЗЧ не слышно «мягкости», смаза­ны средние частоты. Хорошо слышен неприятный «транзис­торный» звук. Т.е. такой УМЗЧ будет хорошо работать в саб­вуфере или в УМЗЧ который будет громко «бубнеть» из ба­гажника автомобиля.

Таким образом, однокрис­тальный УМЗЧ не оправдал возлагаемые на него надеж­ды. Собирать УМЗЧ на дис­кретных транзисторах конечно можно, но это достаточно сложный как в исполнении, так и в настройке вариант. Для ра­диолюбителя невысокой ква­лификации лучше подойдет комбинированный вариант - УМЗЧ на комбинации ИМС драйвера и внешних мощных выходных транзисторах.

УМЗЧ на TDA7250

С моей точки зрения, из всех разнообразных УМЗЧ на транзисторах и ИМС, которые я изготав­ливал, лучше всего оказалась комбинация ИМС TDA7250 и транзисторы КТ825 и КТ827.

ИМС TDA7250) (корпус DIP-20) - это двух каналь­ный драйвер для составных транзисторов с высо­ким коэффициентом усиления (их ещё называют транзисторами Дарлингтона). На основе TDA7250  можно реализовать до­статочно качественный мощный стерео УМЗЧ.

В зависимости от типа транзисторов исполь­зуемых с этой ИМС и напряжения питания, мож­но получить УМЗЧ с выходной мощностью более 100 Вт на нагрузке 4 Ом.

Учитывая печальный опыт полученный при ра­боте с ИМС TDA7293, я, на всякий случай, приоб­рел сразу 4 микросхемы. Причем, на радиорынке за каждую из них хотели 6 USD, а в Интернет мага­зине их удалось купить за 2.5 USD / шт.

Эта ИМС может выйти из строя по нескольким причинам:

  • пробой статическим электричеством;
  • перегрузка входным сигналом;
  • превышение максимально допустимого на­пряжения питания (±45 В);
  • подача питающих напряжений в неправиль­ной полярности.

Поэтому в плату УМЗЧ ИМС устанавливается через панельку (рис.4).

Рис. 4

Основные параметры ИМС TDA7250 приведе­ны в таблице.

Схема двух канального УМЗЧ на микросхеме TDA7250 и транзисторах КТ825, КТ827 приведена на рис.5. Она не во многом отличается от той, ко­торая приведена в даташите на ИМС.

Схема двух канального УМЗЧ на микросхеме TDA7250

Рис. 5

Конструкция и детали

Резисторы R16-R19 должны быть с мощнос­тью не менее 5 Ватт. Я применил миниатюрные цементные резисторы.

Резисторы R20-R23, а также RL можно исполь­зовать с мощностью 0.5 Вт и выше. Резисторы Их должен быть с мощностью не менее 1 Вт. Все ос­тальные резисторы в УМЗЧ можно использовать с мощностью 0.25 Вт.

Конденсаторы С22, С23, С4, С3, С1, С2 долж­ны иметь рабочее напряжение не менее 63 В. Ос­тальные оксидные конденсаторы - не менее 25 В. Входные конден­саторы С6 и С5 - пле­ночные или керамиче­ские.

Катушки индуктив­ности включенные по­следовательно с на­грузкой УМЗЧ намота­ны на каркасе диамет­ром 10 мм и содержат по 40 витков. Использу­ется эмалированнй медный провода диа­метром 0.8... 1 мм, на­пример ПЭЛ или ПЭВ-2. Намотка производится в два слоя - по 20 витков в слое. Чтобы витки ка­тушек не распадались их надо скрепить клеем.

Транзисторы КТ827 и КТ825, независимо от буквенного обозначения, имеют, h21Э>750 и Рк max = 125 Вт (исключение - 2Т825А,Б,В с Рк max =160 Вт). При этом в зависимости от буквенного обозначения у транзисторов КТ827 ме­няются только максимальные напряжения Uкэ и Uбэ, остальные же параметры идентичны. В то же время, у транзисторов КТ825 с разными буквен­ными обозначениями разнятся не только макси­мальные напряжения Uкэ и Uбэ но и ряд других па­раметров.

Пары транзисторов КТ827 и КТ825 лучше под­бирать с наиболее близким максимальным на­пряжения Uкэ например:

  1. КТ827В (Uкэ = 60 В) + КТ825Г (Uкэ = 70 В).
  2. КТ827Б (Uкэ = 80 В) + 2Т825Б (Uкэ = 60 В);
  3. КТ827В (Uкэ = 60 В) + 2Т825Б (Uкэ = 60 В);
  4. КТ827А (Uкэ = 100 В) + КТ825Г (Uкэ = 70 В);
  5. КТ827А (Uкэ = 100 В) + 2Т825А (Uкэ = 80 В).

Все выходные транзисторы устанавливаются на теплоотвод с площадью не менее 300 см2 на один транзистор.

Монтаж выходных транзисторов

Особое внимание следует обратить на креп­ление выходных транзисторов. Их либо надо ус­танавливать каждый на свой теплоотвод, либо на общий, но через изоляционные прокладки. На рис.6 показано как производится изолирован­ное крепление транзисторов КТ825 и КТ827 на радиатор.

Рис. 6

Соеденимтельные провода между выходными транзисторами и платой должны иметь сечение не менее 1.5 мм2 и быть максимально короткими. Это же относится и соединительным проводам по питанию и на выходе УМЗЧ.

Печатная плата

Её можно развести самостоятельно. При этом нужно максимально отдалить входные и выход­ные цепи друг от друга для предотвращения самовозбуждения и уменьшения уровня помех. Плата изготавливается из стеклотекстолита тол­щиной от 1 до 2 миллиметров. После травления дорожки на плате нужно хорошо залудить - это важно.

Разводку печатной платы выполнен­ную в программе SprintLayout показано на Рис. 7.

Рис. 7

Настройка УМЗЧ

Правильно собранный из исправных деталей УМЗЧ начинает работать сразу. Перед подклю­чением УМЗЧ к источнику питания рекомендую тщательно осмотреть печатную плату на отсут­ствие замыканий, а также удалить лишнюю ка­нифоль с помощью пропитанного в растворите­ле кусочка ваты.

Перед первым включением УМЗЧ, рекомен­дую установить последовательно с каждой из ли­ний питания по предохранителю на ток 0.5 А. Это поможет уберечь УМЗЧ от выхода из строя, в слу­чае если что-то пойдет не так.

Первоначально проверяем работоспособность УМЗЧ на небольшой громкости. Если все хорошо, то предохранители в цепях питания надо заменить на ток 3 А, поскольку дополнительная защита в процессе эксплуатации УМЗЧ не помешает.

После сборки УМЗЧ и первых испытаний, я был приятно удивлен качеством его звучания и выходной мощностью. Музыка, по сравнению с УМЗЧ на ИМС TDA7293/TDA7294 как будто «ожи­ла». Музыкальные инструменты стали звучать точно и насыщенно, в композициях начали про­слушиваться самые мелкие детали.

Автор: Андрей Григорович, г. Тверь
Источник: Радиоаматор №4/2018

Возможно, Вам это будет интересно:

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/36349

Добавить комментарий