Усилитель для дома на TDA7294

27.04.16
81122 61 4.42
Усилитель на TDA7294

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.

Скачать datasheet TDA7294

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
ПараметрУсловияМинимумТиповоеМаксимумЕдиницы
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 микросхемыОбозначениеНазначениеПодключение
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 (+) Плюсовая клемма (+) блока питания
8 -Vs Питания входного каскада (-) Минусовая клемма (-) блока питания
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.

Отличие в корпусах TDA7294. Типы исполнения.

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

Структурная схема стерео усилителя на TDA7294

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:

  1. Питание к каждой плате усилителя нужно подводить отдельным жгутом.
  2. 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.
  3. 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.

Подробнее о правильном подключении блоков в усилителе читайте у АудиоКиллера.

Блок питания для TDA7294

Блок питания для TDA7294 обязательно должен быть двуполярным. Поэтому понадобится трансформатор с двумя вторичными обмотками или с отводом от середины одной обмотки. На схеме показан трансформатор с двумя вторичными обмотками. Обмотки соединены последовательно, конец первой с началом второй – эта точка и есть «земля», на схеме обозначается GND.

Схема блока питания для усилителя на TDA7294

Перечень деталей для БП TDA7294:

  • Диодный мост (VD1). KBPC1001 или аналогичный, рассчитанный на обратное напряжение не менее 100 В и прямой ток не менее 10 А.
  • Конденсаторы (C1, C2, C3). Неполярные К73-17 или аналогичные пленочные. С1 на 0,1 мкФ 630 В, C2 и C3 на 0,68 мкФ 63 В.
  • Конденсаторы (C4, C5). Полярные электролитические, отечественные K50-35 или импортные, 10 000 мкФ 50 В. Я использовал 6 шт. по 3300 мкФ, по 3 конденсатора на плечо.
  • Предохранители (F1, F2). Основной – F1, на 1 А, установлен в выносной держатель, размещенный на задней панели корпуса. F2 – дополнительный, на 5 А, установлен на плате в держатель типа FH-101.

    Держатель предохранителя 5×20 мм типа FH-101

  • Выключатель (SA1). Любой на 250 В с двумя группами контактов.
  • Трансформатор.

Приобретая трансформатор, обратите внимание, что на нем пишут действующее значение напряжения – UД, и, замерив вольтметром вы также увидите действующее значение. На выходе после выпрямительного мостика конденсаторы заряжаются до амплитудного напряжения – UА. Амплитудное и действующее напряжения связаны следующей зависимостью:

UА = 1,41 × UД

Согласно характеристикам TDA7294 для нагрузки сопротивлением 4 Ом оптимальное напряжение питания ±27 вольт (UА). 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).

График зависимости нелинейных искажений (%) от выходной мощности (Вт)

Вычисляем необходимое напряжение каждой вторичной обмотки трансформатора:

UД = 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:

Печатная плата высоковольтного узла блока питания

Низковольтная часть (А0 по структурной схеме) собрана на печатной плате 115×45 мм:

Печатная плата блока питания для усилителя на TDA7294

Все платы усилителя доступны в одном lay-файле.

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):

Схема блока управления режимами Stand-By и Mute

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:

Печатная плата блока управления режимами Stand-By и Mute

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.

Схема стерео усилителя на TDA7294

Список деталей:

  1. 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.
  2. 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.

Печатная плата стерео усилителя на TDA7294

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.

Мостовая схема усилителя на TDA7294

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.

Печатная плата усилителя на TDA7294 по мостовой схеме

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.

Комбинированная (универсальная) печатная плата для усилителя на TDA7294

Расположение дополнительных элементов на универсальной плате

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:

  1. Убедитесь в правильном монтаже радиодеталей.
  2. Проверьте правильность подключения проводов питания, не забывайте, что на моей плате усилителя «земля» находится не по центру между плюсом и минусом, а с краю.
  3. Убедитесь, что микросхемы изолированы от радиатора, если нет, то проверьте отсутствие контакта радиатора с «землей».
  4. Подавайте питание по очереди на каждый усилитель, так есть шанс не сжечь сразу все TDA7294.

Первое включение:

  1. Нагрузку (акустику) не подключаем.
  2. Входы усилителей замыкаем на «землю» (замкнуть X1 с X2 на плате усилителя).
  3. Подаем питание. Если с предохранителями в БП все нормально и ничего не задымилось, то запуск удался.
  4. Мультиметром проверяем отсутствие постоянного и переменного напряжения на выходе усилителя. Допускается незначительное постоянное напряжение, не более ±0,05 вольта.
  5. Отключаем питание и проверяем на нагрев корпус микросхемы. Будьте внимательны, конденсаторы в БП долго разряжаются.
  6. 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.

Печатные платы усилителя на TDA7294

Установка радиоэлементов на плату

Почти готово

Платы с TDA7294 установлены на радиатор

Усилитель изготавливался для хорошего знакомого, он придумал и реализовал такой оригинальный корпус. Фотографии стерео усилителя на TDA7294 в сборе:

Подготовка корпуса для установки

Установка узлов усилителя

Корпус для усилителя на TDA7294. Вид спереди

Корпус для усилителя на TDA7294. Вид сзади

Скачать

amp_7294.lay6

Печатные платы для усилителя на TDA7294

  • Загрузок: 1746
  • Размер: 290 Kb
TDA7294V-HS.pdf

Datasheet TDA7294

  • Загрузок: 885
  • Размер: 1477 Kb
Оцените статью
1 1 1 1 1 Рейтинг 4.42 (62 Голоса)

Комментарии  

#61 Admin
28.11.2016 09:24
Александр
спасибо за замечания! Опечатку исправил!
Цитировать

Добавить комментарий

Оставляя свой комментарий, Вы соглашаетесь с правилами комментирования

  1. Регистрация отключает капчу, разрешает мгновенную публикацию комментариев.
  2. Комментарии гостей проходят премодерацию.
  3. Комментарии должны быть по теме статьи. Малоинформативные и короткие комментарии скорее всего будут удалены.
  4. Комментарии содержащие рекламу запрещены.
  5. Имя комментатора должно быть лаконичным, удобочитаемым, без рекламы.
  6. Хамство, грубость, нецензурные выражения запрещены.

Нажмите на изображение, чтобы обновить код