5

У цій повчальній роботі, ви можете познайомитися з принципом роботи підсилювача низької частоти, його режимами, характеристиками, налагодженням правильної роботи схеми та його джерелом живлення.

Наш підсилювач виконаний на ІМС TDA7294, яка є одноканальним підсилювачем потужності, вихідний, каскад якої виконаний на МОП транзисторах. Мікросхема призначена для роботи у високоякісній Hі – Fі апаратурі, яка має встроєнний тепловий захист та захист від короткого замикання.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Uжив….                 10 – 40V

Діапазон частот   20—20000 Hz

Ном. потужність    70W

Імпеданс навантаження 4—16 0м

Коефицієнт гармонік не більше 0.1% при 70W

Пікове значення струму 10А

Вх. опір 100 КОм

2_1

Рис.1. Схема підсилювача на ІМС TDA7294.  

1_2

Рис. 2. Розташування радіоелементів на платі підсилювача

Вхідний ланцюжок R1C1 є фільтром нижніх частот (ФНЧ), що обрізує все вище 90 кГц. Частота зрізу цього фільтру досить висока. Але це спеціально, якщо на вході стоятиме регулятор гучності, його опір додасться до R1, і частота зрізу знизиться (оптимальне значення опору регулятора гучності ~10 кОм,

   Далі ланцюжок R2C2 виконує прямо протилежну функцію – не пропускає на вхід частоти нижче 7 Гц. Якщо для вас це занадто низько, ємність С2 можна зменшити. Якщо сильно захопитися її зниженням , можна залишитися зовсім без низьких частот. Для повного звукового діапазону С2 має бути не менше 0,33 мкФ. І пам’ятаєте, що у конденсаторів розкид ємкостей досить великий, тому якщо написано 0,47 мкФ, то запросто може виявитися, що там 0,3! І ще. На нижній межі діапазону вихідна потужність знижується в 2 рази, тому її краще вибирати нижче, ось формула:

С2[мкФ] = 1000 / (6,28 * Fmin[Гц] * R2[кОм])

    Резистор R2 задає вхідний опір підсилювача. Його величина дещо більша, ніж по даташиту, але це і краще – занадто низький вхідний опір може “не сподобатися” джерелу сигналу. Врахуйте, що якщо перед підсилювачем включений регулятор гучності, то його опір має бути разу в 4 менше, ніж R2, інакше зміниться величина гучності від кута повороту змінного резистора. Оптимальне значення R2 лежить в діапазоні 33..68 кОм

   Резистори R3 і R4 створюють ланцюг негативного зворотного зв’язку (ООС). Коефіцієнт підсилення рівний:

Кп = R4 / R3 + 1 = 28,5 раза = 29 дБ

    Це майже рівно оптимальному значенню 30 дБ. Міняти коефіцієнт підсилення можна, змінюючи резистор R3. Врахуйте, що робити Кп менше 20 не можна – мікросхема може збуджуватися. Більше 60 його також робити не варто – глибина ООС зменшиться, а спотворення зростуть. При значеннях опорів, вказаних на схемі, при вхідній напрузі 0,5 вольт, вихідна потужність при навантаженні 4 Ома рівна 50Вт. Якщо чутливості підсилювача не вистачає, то краще використовувати попередній підсилювач.

     Значення опорів дещо більше, ніж рекомендовано виробником. Це, по-перше, збільшує вхідний опір, що приємно для джерела сигналу (для отримання максимального балансу по постійному струму треба, щоб R4 було рівне R2).      По-друге, покращує умови роботи електролітичного конденсатора С3. І по-третє, конденсатор С3 послідовно з R3 створює 100%  ООС по постійному. Щоб вплив С3 на підсилення низьких частот був мінімальний, його ємність має бути досить великою.

Частота, в цьому колі, рівна:

f [Гц] = 1000 / (6,28 * R3 [кОм] * С3 [мкФ]) = 1,3 Гц

    Ця частота і має бути дуже низька. Річ у тому, що С3 – електролітичний полярний, а на нього подається змінна напруга і тому чим менше значення цієї напруги, тим менше спотворення. С3 вибирається досить великою (50В), хоча напругу на нім не перевищує 100 милливольт. Дуже важливо, щоб частота зрізу ланцюга R 3,С3 була набагато нижча, ніж вхідному ланцюгу R 2,С2.     Конденсатор С4 шунтує С3 на високих частотах: у електролітів є ще один недолік (насправді недоліків багато, це розплата за високу питому місткість) – вони погано працюють на частотах вище 5-7 кГц (дорогі краще, наприклад Black Gate, ціною 7-12 євро за штуку непогано працює і на 20 кГц). Плівковий конденсатор С4 “бере високі частоти на себе”, тим самим знижуючи спотворення, що вносяться на них конденсатором С3. Чим більше місткість С4 – тим краще. А його максимальна робоча напруга може бути порівняно невелика.

    Ланцюжок С7 R9 збільшує стійкість підсилювача. В принципі підсилювач дуже стійкий, і без неї може обійтися, але мені попадалися екземпляри мікросхем, які без цього ланцюга працювали гірше. Конденсатор С7 має бути розрахований на напругу не нижче, ніж напруга живлення!

Конденсатори С8 і С9 здійснюють так звану вольтодобавку. Через них частина вихідної напруги поступає назад на попередній каскад і складається з напругою живлення. В результаті напруга живлення в середині мікросхеми виявляється вища, ніж напруга джерела живлення. Це потрібно для того, щоб вихідні транзистори забезпечували вихідну напругу на 5 вольт  меншу, ніж напруга на їх входах. Так, щоб отримати на виході 25 вольт, треба подати на затвори транзисторів напругу 30 вольт. Без ланцюга вольтодобавки вихідна напруга мікросхеми була б на 10 вольт менша, ніж напруга живлення, а з цим ланцюжком всього на 2,- 4.

    Резистори R5 – R8, конденсатори С5, С6 і діод D1 керують режимами Mute і StdBy при включенні і виключенні живлення (Режим Mute і StandBy). Вони забезпечують правильну послідовність включення та виключення цих режимів.

Конденсатори С10-С13 фільтрують живлення. Їх використання обов’язкове – навіть з самим найкращим джерелом живлення. Зменшувати ємність не варто. Мінімум 470 мкФ для електролітів і 1 мкФ для плівкових. При встановлені на плату необхідно, щоб виводи були максимально короткими і добре були залудженні. Усі ці конденсатори повинні витримувати напругу не нижчу, ніж півтори напруги живлення.

   Резистор R10 служить для розподілу вхідної і вихідної «маси». “На пальцях” його призначення можна пояснити так. З виходу підсилювача через навантаження на масу протікає великий струм. Може так статися, що цей струм, протікаючи по “земляному” провідникові, протече і через ту ділянку, по якій тече вхідний струм (від джерела сигналу, через вхід підсилювача, і далі назад до джерела по “землі”). Якби опір провідників був нульовим, то і нічого страшного. Але опір хоч і маленький, але не нульовий, тому на опорі “земляного” дроту з’являтиметься напруга (закон Ома : U=I*R). Таким чином, вихідний сигнал підсилювача потрапить на вхід, причому цей зворотний зв’язок нічого хорошого не принесе. Опір резистора R10 хоч і малий (оптимальне значення 1..5 Ом), але набагато більший, ніж опір земляного провідника, і через нього (резистор) що на вході, потрапить в сотні разів менший струм, чим без нього. В принципі, при хорошій розводці плати цього не станеться, але з іншого боку, щось подібне може статися в “макромасштабі”.  

Джерело живлення

   Підсилювач живиться двуполярным напругою (тобто це два однакові джерела, сполучених послідовно, а їх загальна точка підключена до землі, тобто маси).

    Мінімальна напруга живлення по паспорту +- 10 вольт. Максимальна напруга живлення залежить від опору навантаження (це напруга кожного плеча джерела) :

Опір навантаження, Ом Максимальна напруга живлення, V
4 27
6 31
8 35


    Ця залежність викликана допустимим нагрівом мікросхеми. Якщо мікросхема встановлена на маленькому радіаторі, напругу живлення краще понизити. Максимальна вихідна потужність, що отримується від підсилювача, приблизно описується формулою:

2_3

Де одиниці: В, Ом, Вт (я окремо досліджую це питання і опишу), а Uип – напруга одного плеча джерела живлення в режимі мовчання.

     Потужність блоку живлення має бути ватів на 20 більше, ніж вихідна потужність. Діоди випрямляча розраховані на струм не менше 10 Ампер. Ємність конденсаторів фільтра не менше 10 000 мкФ на плече (можна і менше, але максимальна потужність знизиться, а спотворення зростуть).

     Треба пам’ятати, що напруга випрямляча на вільному режимі в 1,4 разу вище, ніж напруга на вторинній обмотці трансформатора! Не забувайте, що для стереопідсилювача потрібний вдвічі потужніший блок живлення. Обов’язково має бути запобіжник в первинній обмотці трансформатора! У ланцюг “земля” запобіжник включати не можна! Від імпульсного джерела схема теж працює, але тут високі вимоги потрібні до самого джерела – малі пульсації, можливість віддавати струм до 10 ампер без проблем. Пам’ятаєте, що високочастотні пульсації пригнічуються мікросхемою набагато гірше, тому рівень спотворень може зрости в 10-100 разів, хоча “на вигляд” там все гаразд. Хороше імпульсне джерело живленн – це складний і недешевий пристрій, тому виготовити “старомодний” лінійний блок живлення буде простіше і дешевше.

Конструкція і деталі

     Друкована плата у форматі Sprint – Layout. Друкована плата одностороння і має розміри 65х70 мм :

4

5

Доріжки рекомендується залудити – і опір менший, і корозії такої не буде.

На платі всього одна перемичка. Вона лежить під виводами мікросхеми, тому її треба монтувати першою.

     Резистори усі, окрім R9 – потужністю 0,12 Вт, Конденсатори С9, С10, С12 К73-17 на 63В, С4 – К10-47в 6,8 мкФ 25В. Діод – будь-який малопотужний випрямляючий, на зворотню напругу не менше 50 вольт, наприклад 1N4001-1N4007. Високочастотні діоди краще не використовувати.

   Мікросхему обов’язково встановити на радіатор площею не менше 350 см2. краще більше. У принципі в неї вбудований тепловий захист, але долю краще не спокушати.

   При відтворенні великої потужності бажано використовувати примусове обдування ІМС.

    Металевий корпус мікросхеми сполучений з “мінусом” живлення. Звідси виникають два способи установки її на радіатор:

1. Через ізолюючу прокладку, при цьому радіатор може бути електрично сполучений з корпусом.

2.  Безпосередньо, при цьому радіатор обов’язково електрично ізольований від корпусу.

    Перший варіант рекомендується, якщо ви збираєтеся упускати в корпус металеві предмети (скріпки, монети, викрутки), щоб не було замикання. При цьому прокладки мають бути по можливості тонші, а радіатор – більший.

    Другий варіант забезпечує краще охолодження, але вимагає акуратності, наприклад не демонтувати мікросхему при включеному живленні.

    В обох випадках треба використовувати теплопроводящую пасту, причому в 1-му варіанті вона має бути нанесена і між корпусом мікросхеми і прокладкою, і між прокладкою і радіатором.

Налагодження підсилювача.

    Правильно зібраний підсилювач налагодження не потребує. Але, оскільки ніхто не гарантує, що усі деталі абсолютно справні, при першому включенні треба дотримуватися обережності.

     Перше включення проводиться без навантаження і з відключеним джерелом вхідного сигналу (краще взагалі закоротить вхід перемичкою). Добре б в ланцюг живлення (і в “плюс” і в “мінус” між джерелом живлення і самим підсилювачем) включити запобіжники 1А. Короткочасно (~0,5 сек.) подаємо напругу живлення і переконуємося, що через струм від джерела живлення, – запобіжники не згорають. Зручно, якщо в джерелі є світлодіодні індикатори – при відключенні від мережі, світлодіоди продовжують горіти не менше 20 секунд: конденсатори фільтра довго розряджаються маленьким струмом спокою мікросхеми.

    Якщо споживаний мікросхемою струм великий (більше 300 мА), то причин може бути багато: КЗ в монтажі; поганий контакт в “земляному” дроті від джерела; переплутані “плюс” і “мінус”; виходи мікросхеми торкаються перемички; несправна мікросхема; неправильно впаяні конденсатори С11, С13; несправні конденсатори С10-С13.

     Переконавшись, що із струмом спокою усе – ОК, сміливо, включаємо живлення і вимірюємо постійну напругу на виході. Його величина не повинна перевищувати +-0,05 В. Велика напруга говорить про проблеми з С3 (рідше з С4), або з мікросхемою. Бували випадки, коли “міжземельний” резистор або погано припаяний, або замість 3 Ом мав опір 3 кОм. При цьому на виході була постійна напруга 10..20 вольт. Підключивши до виходу вольтметр змінного струму, переконуємося, що змінна напруга на виході дорівнює нулю (це краще всього робити із замкнутим входом, або просто з непідключеним вхідним кабелем, інакше на виході будуть перешкоди). Наявність на виході змінної напруги говорить про проблеми з мікросхемою, або ланцюгами С7 R9, С3 R3 R4, R10. На жаль, частенько звичайні тестери не можуть виміряти високочастотну напругу, яка з’являється при самозбудженні (до 100 кГц), тому краще всього тут використовувати осцилограф.

   Якщо і тут все гаразд, підключаємо навантаження, ще раз перевіряємо на відсутність збудження вже з навантаженням.

   Але краще все ж провести ще один тест. Річ у тому, що самим, на мій погляд, мерзенним видом збудження підсилювача, являється “дзвін” – коли збудження з’являється тільки за наявності сигналу, причому при його певній амплітуді. Тому що його важко виявити без осцилографа і звукового генератора (та і усунути непросто), а звук псується коллосально із-за величезних інтермодуляційних спотворень. Причому на слух це зазвичай сприймається як “важкий” звук, тобто без всяких додаткових призвуків (оскільки частота дуже висока), тому слухач і не знає, що у нього підсилювач збуджується. Просто послухає, і вирішить, що мікросхема “погана”, і “не звучить”.

    При правильній зборці підсилювача і нормальному джерелі живлення такого бути не повинно. Проте іноді буває, що ланцюг С7 R9 якраз і бореться з такими речами.

Режими Mute і StandBy у мікросхемі TDA7294

    Ці режими дозволяють відключати звук і переводити мікросхему в “сплячий” режим зі зниженим енергоспоживанням.

6

Рис.3. Структура микросхемы 7294


   Якщо включений режим Mute, то вхідний ланцюг мікросхеми відключається від виводу 3 (рис. 3) і з’єднується із землею (точніше з виводом 4, який має бути заземлений). Сигнал на вихід практично не поступає (по паспорту він ослабляється на 80 дБ = 10 000 разів). Застосування – для тимчасового приглушення звуку (як в телевізорі), і для усунення перехідних процесів (клацань) при включенні-виключенні.

     Якщо включений режим StandBy, то мікросхема переходить в “сплячий” режим зі зниженим енергоспоживанням. При цьому відбувається наступне: включається режим Mute і крім того, деякі з транзисторів мікросхеми (у тому числі вихідні) закриваються і практично перестають споживати струм від джерела живлення. По паспорту сигнал ослабляється на 90 дБ, а споживаний мікросхемою струм знижується до 1 мА. .

    При використанні схеми керування, яка приведена на рисунку 4, включення відбувається дуже швидко, набагато швидше, ніж при включенні живлення, якщо включати мережевим (220 В) вимикачем, коли повинен заробити трансформатор і зарядитися конденсатори фільтра. Тільки ємність конденсатора (мал. 4) треба брати не більше 10 мкФ, інакше затримка включення буде велика. Лівий кінець резистора, що на рисунку 4 підключається або до + живлення (мікросхема включена), або до землі (мікросхема вимкнена).

    Для керування цими режимами служать виводи 10 (Mute) і 9 (Stand – by). Якщо напруга на відповідному виводі менша, ніж +1,5 вольта відносно землі (насправді відносно виводу 1, сполученого із землею, тобто масою), то режим включений – мікросхема мовчить, або взагалі відключена. Якщо напруга більше +3,5 В, то режим відключений. Тобто, мікросхема працює, коли напруга і на виводі 9 і на виводі 10 більше + 3,5 вольт. Такі рівні дозволяють керувати підсилювачем від звичайних цифрових мікросхем.

    Якщо немає необхідності керувати включенням мікросхеми або приглушенням звуку, чи усунення клацання при включенні. Найпростіший спосіб показаний на рисунку 4 – виводи об’єднуються і підключаються до джерела через резистор і конденсатор. Таке включення задає затримку подачі напруги на виводи, і в результаті мікросхема включається на ~ 0,1 секунди після подачі живлення і ніяких клацань не спостерігається. Конденсатор має бути розрахований на напругу не меншу, ніж напруга живлення.

7

Мал. 4. Простий спосіб керування включенням.


    Для безшумного включення (і для найбільш якісного зовнішнього керування живленням) рекомендується така схема:

8

Мал. 5. Спосіб керуванням включенням.


    При подачі напруги спочатку мікросхема включається з деякою затримкою (виходить з режиму Stand – by), але звуку немає. Після цього відключається режим Mute, і звук з’являється. Виключення по ідеї йде в зворотній послідовності – спочатку Mute, після Stand – by. Це відбувається через те, що при включенні, лівий за схемою конденсатор заряджається через два резистори – повільніше, ніж правий. А розряджається навпаки швидше – через діод і один резистор 10 кОм. Діод може бути будь-який малопотужний з допустимою зворотною напругою не менше напруги живлення. Конденсатори також мають бути розраховані на напругу живлення.

     Для правильного керування усіма цими режимами можу запропонувати таку схему (у ній діод має бути розрахований на напругу живлення, а конденсатори на напругу не менше 16 вольт; R1 має бути не більше, ніж вказаний на схемі) :

Напруга живлення, В   R1, КОм
20 3,3
24 4,3
28 5,1
32 6,2
36 6,8

9

Рис.6. Керування включенням і виключенням.


    Працює вона так. При подачі напруги живлення (замиканні S1), конденсатор С1 заряджається через резистор R3 до напруги, що задається дільником R1, R2 (яка приблизно дорівнює 5 вольт). А конденсатор С2 у свою чергу заряджається від С1, тому він заряджається дещо довше. Включення получається в такій послідовності: спочатку включено обидва режими (і Mute, і StdBy). Потім відключається режим StdBy і “нутрощі” мікросхеми починають працювати як належить. Через деякий час відключається режим Mute, і сигнал проходить до виходу підсилювача.

    Виключення перемикачем. При цьому С2 дуже швидко розряджається через діод і малий опір R2, встановлюючи тим самим режим Mute. Незабаром услід за ним розряджається і С1 (для розрядного струму R3 і R4 включені паралельно, і розряд йде швидше), відключаючи зовсім усю мікросхему.

    Якщо вимикача S1 немає, то усе працює майже так само. При відключенні мережевої напруги, конденсатори фільтра живлення підсилювача починають розряджатися. Напруга живлення при цьому падає. Як тільки напруга на дільнику R1, R2 стане зменшуватися, конденсатор С2 дуже швидко розряджається через діод, і тим самим встановлюється режим Mute. Трохи пізніше розряджається С1, включаючи Std – By.

   При цьому напруга живлення досить велика (вона ділиться дільником R1, R2) і до відключення мікросхеми ніяких небажаних звуків не виникає (коли мікросхема відключається, напруга живлення становить приблизно 10-12V).

Від admin

Залишити відповідь