Усилители, основным назначением которых является усиление сигнала по мощности, называют усилителями мощности. Как правило, такие усилители работают на низкоомную нагрузку, например, громкоговоритель.
жений 3-18 В (номинальное - 6 В) . Максимальный потребляемый ток - 1,5 А при токе покоя 7 мА (при 6 В) и 12 мА (при 18 В). Коэффициент усиления по напряжению 36,5 дБ. на уровне -1 дБ 20 Гц - 300 кГц. Номинальная выходная мощность при коэффициенте нелинейных искажений 10 %
временно отключать звуковое сопровождение. Удвоить выходную мощность TDA7233D можно при их включении по схеме, представленной на рис. 31.42 . С7 предотвращает самовозбуждение устройства в области
высоких частот. R3 подбирают до получения равной амплитуды выходных сигналов на выходах микросхем.
Рис. 31.43. КР174УНЗ 7
КР174УН31 предназначена для использования в качестве выходных маломощных бытовой РЭА.
При изменении напряжения питания от
2.1 до 6,6 В при среднем токе потребления 7 мА (без входного сигнала), коэффициент усиления микросхемы по напряжению меняется от 18 до 24 дБ .
Коэффициент нелинейных искажений при выходной мощности до 100 мВт не более 0,015 %, выходное напряжение шумов не превышает 100 мкВ. Входное микросхемы 35-50 кОм. нагрузки - не ниже 8 Ом. Диапазон рабочих частот - 20 Гц - 30 кГц, предельный - 10 Гц - 100 кГц. Максимальное напряжение входного сигнала - до 0,25-0,5 В.
В этой статье я расскажу Вам о такой микросхеме, как TDA1514A
Вступление
Начну немного с печального... В данный момент производство микросхемы прекращено... Но это не значит, что она сейчас "на вес золота", нет. Практически в любом радиомагазине или на радиорынке ее можно достать по цене 100 - 500 рублей. Согласитесь, немного дороговато, но цена абсолютно справедливая! Кстати, на мировых интернет-площадках, таких как и они стоят намного дешевле...
Микросхема отличается низким уровнем искажений и широким диапазоном воспроизводимых частот, поэтому лучше использовать на широкополосных динамиках. Люди, собиравшие усилители на данной микросхеме хвалят ее за высокое качество звучания. Это одна из немногих микросхем, действительно "качественно звучащая". По качеству звука ни чуть не уступает популярным ныне TDA7293/94. Однако, если в сборке допущены ошибки - качественная работа не гарантируется.
Краткое описание и достоинства
Данная микросхема представляет собой одноканальный Hi-Fi - усилитель класса AB, мощность которого составляет 50Вт. В микросхему встроена защита SOAR, термозащита (защита от перегрева) и режим "Mute"
К достоинствам можно отнести отсутствие щелчков при включении и выключении, наличие защит, малые гармонические и интермодуляционные искажения, низкое тепловое сопротивление и другое. Из недостатков выделить практически нечего, кроме как выход из строя при "бегающем" напряжении (питание должно быть более-менее стабильным) и относительно высокая цена
Коротко о внешнем виде
Микросхема выпускается в корпусе SIP с 9 длинными ножками. Шаг ножек составляет 2.54мм. На лицевой стороне надписи и логотип, а на задней теплоотвод - он соединен с с 4 ножкой, а 4 ножка это "-" питания. По бокам 2 проушины для крепления радиатора.
Оригинал или подделка?
Этим вопросом задаются многие, я постараюсь Вам ответить.
Итак. Микросхема должна быть аккуратно выполнена, ножки должны быть гладкими, незначительная деформация допускается, так как неизвестно как обращались с ними на складе или в магазине
Надпись... Она может быть выполнена как белой краской, так и обычным лазером, две микросхемы выше для сравнения (обе оригинальные). В том случае, если надпись нанесена краской, на микросхеме должна ВСЕГДА быть вертикальная полоса, разделенная проушиной. Пусть Вас не смущает надпись "TAIWAN" - ничего страшного, качество звучания у таких экземпляров ни чуть не хуже экземпляров без этой надписи. Кстати, практически половина радиодеталей делается в Тайване и в странах по соседству. Эта надпись находится не на всех микросхемах.
Еще советую обратить внимание на вторую строчку. Если она содержит только цифры (их должно быть 5) - это микросхемы "старого" производства. Надпись на них более широкая, также теплоотвод может иметь другую форму. Если надпись на микросхеме нанесена лазером и вторая строчка содержит только 5 цифр - на микросхеме должна присутствовать вертикальная полоса
Логотип на микросхеме должен присутствовать обязательно и причем только "PHILIPS"! Насколько мне известно, выпуск прекратился задолго до основания NXP, а это 2006 год. Если вы встретили данную микросхему с логотипом NXP, тут одно из двух - микросхему снова начали выпускать или же типичный "левачок"
Также необходимо присутствие впадин в форме кругов, как на фото. Если их нет - подделка.
Возможно есть еще способы выявить "левачок", но не стоит так напрягаться над этим вопросом. Случаев брака - всего единицы.
Технические характеристики микросхемы
* Входное сопротивление и коэффициент усиления подстраивается внешними элементами
Ниже таблица примерных выходных мощностей в зависимости от питания и сопротивления нагрузки
| Напряжение питания | Сопротивление нагрузки | ||
| 4 ом | 8 ом | ||
| 10Вт | 6Вт | ||
| +-16.5В |
28Вт |
12Вт | |
| 48Вт | 28Вт | ||
| 58Вт | 32Вт | ||
| 69Вт | 40Вт | ||
Принципиальная схема
Схема взята из даташита (май 1992)
Слишком она громоздкая... Пришлось перерисовать:
Схема немного отличается от предоставленной производителем, все характеристики, приведенные выше - они именно под ЭТУ схему. Отличий несколько и все они направлены на улучшение звука - в первую очередь установлены фильтрующие емкости, убрана "вольтдобавка" (о ней чуть позже) и изменен номинал резистора R6.
Теперь более подробно о каждом компоненте. C1 - входной разделительный конденсатор. Пропускает через себя только переменное напряжение сигнала. Также влияет на частотную характеристику - чем меньше емкость, тем меньше НЧ и соответственно чем больше емкость - тем и НЧ больше. Больше 4.7мкФ ставить не советовал бы, так как производитель предусмотрел всё - при емкости этого конденсатора равной 1мкФ усилитель воспроизводит заявленные частоты. Конденсатор использовать пленочный, в крайнем случае электролитический (неполярный желательно), но никак не керамический! R1 уменьшает входное сопротивление, а вместе с C2 образует фильтр от входных помех.
Как и в любом операционном усилителе здесь можно задать коэффициент усиления. Это делается при помощи R2 и R7. При этих номиналах КУ равен 30дБ (может незначительно отклоняться). С4 влияет на включение защиты SOAR и Mute, R5 влияет на плавную зарядку и разрядку конденсатора, в связи с чем при включении и выключении усилителя отсутствуют щелчки. С5 и R6 образуют так называемую цепь Цобеля. Ее задача - препятствование самовозбуждению усилителя, а также выполнение стабилизации частотной характеристики. C6-C10 подавляют пульсации по питанию, защищают от просадки напряжения.
Резисторы в данной схеме можно брать с любой мощностью, я например использую стандартные 0.25Вт. Конденсаторы на напряжение не менее 35В, кроме С10 - я использую у себя в схеме на 100В, хотя и 63В должно хватить. Все компоненты перед пайкой должны быть проверены на исправность!
Схема усилителя с "вольтдобавкой"
Данный вариант схемы взят из даташита. Отличается от вышеописанной схемы присутствием элементов С3, R3 и R4.
Такой вариант позволит получить до 4Вт больше, чем заявлено (при ±23В). Но при таком включении могут незначительно повысится искажения. Резисторы R3 и R4 применять на 0.25Вт. У меня на 0.125Вт не выдерживали. Конденсатор C3 - 35В и выше.
В данной схеме необходимо использование двух микросхем. Одна дает на выходе положительный сигнал, другая - отрицательный. При таком включении можно снять более 100Вт на 8 Ом.
По словам собравших, данная схема абсолютно работоспособна и у меня даже есть более подробная табличка примерных выходных мощностей. Она ниже:
А если поэксперементировать, например при ±23В подключить нагрузку 4 ом, то можно получить до 200Вт! При условии что радиаторы не будут сильно греться, 150Вт в мост микросхемы потянут легко.
Такую конструкцию неплохо использовать в сабвуферах.
Работа в внешними выходными транзисторами
Микросхема является по сути дела мощным операционным усилителем и его можно умощнить еще, повесив на выход пару из комплиментарных транзисторов. Данный вариант пока не проверялся, но теоретически он возможен. Также можно умощнить и мостовую схему усилителя, повесив на выход каждой микросхеме по паре комплиментарных транзисторов
Работа при однополярном питании
В самом начале даташита я нашел строки, в которых написано, что микросхема работает и при однополярном питании. А где же схема тогда? Увы, в даташите нету, в интернете не нашел... Не знаю, может где-то и существует такая схема, но я такую не видел... Единственное что могу посоветовать - TDA1512 или TDA1520. Звучание отличное, но питаются от однополярного питания, да и выходной конденсатор может слегка подпортить картину. Найти их довольно проблематично, выпускались очень давно и были давно сняты с производства. Надписи на них могут быть различной формы, проверять на "фальшивку" их не стоит - случаев отказа не было.
Обе микросхемы представляют собой Hi-Fi - усилители класса АВ. Мощность около 20Вт при +33В на нагрузку 4 ом. Схемы приводить не буду (тема же все-таки про TDA1514A). Скачать печатные платы для них можно в конце статьи.
Питание
Для стабильной работы микросхемы нужен источник питания с напряжением от ±8 до ±30В с током не менее 1.5А. Питание должно подаваться толстыми проводами, входные провода максимально дальше удалить от выходных проводов и источника питания
Питать можно обычным простым блоком питания, в который входят сетевой трансформатор, диодный мост, фильтрующие емкости и по желанию дроссели. Для получения ±24В необходим трансформатор с двумя вторичными обмотками по 18В с током более 1.5А для одной микросхемы.
Можно использовать импульсные блоки питания, например самый простенький, на IR2153. Вот его схема:
Этот ИБП выполнен по полумостовой схеме, частота 47кГц (устанавливается при помощи R4 и C4). Диоды VD3-VD6 ультрабыстрые или Шоттки
Возможно применение данного усилителя в машине, с использованием повышающего преобразователя. На той же IR2153, вот схема:
Преобразователь выполнен по схеме Push-Pull. Частота 47кГц. Диоды выпрямительные нужны ультрабыстрые или Шоттки. Расчет трансформатора также можно выполнить в ExcellentIT. Дроссели в обоих схемах "посоветует" сама ExcellentIT, Считать их нужно в программе Drossel. Автор программы тот же -
Хочу сказать пару слов о IR2153 - блоки питания и преобразователи получаются довольно неплохие, но в микросхеме не предусмотрена стабилизация выходного напряжения и поэтому оно будет меняться в зависимости от напряжения питания, да и просаживаться будет.
Не обязательно использовать IR2153 и вообще импульсные блоки питания. Можно обойтись проще - как в "старину", обычный трансформатор с диодным мостом и огромными емкостями по питанию. Вот так выглядит его схема:
C1 и С4 не менее 4700мкФ, на напряжение не менее 35В. С2 и С3 - керамика или пленка.
Печатные платы
Сейчас у меня имеется такая коллекция плат:
а) основная - ее можно увидеть на фото снизу.
б) слегка измененная первая (основная). Увеличены в ширине все дорожки, силовые намного шире, элементы слегка передвинуты.
в) мостовая схема. Плата отрисована не совсем удачно, но работоспособна
г) первый вариант ПП - первый пробный вариант, не хватает цепи Цобеля, а так собирал, работает. Есть даже фото (снизу)
д) печатная плата от
XandR_man - нашел на форуме сайта "Паяльник". Что сказать... Строго схема из даташита. Более того, я своими глазами видел наборы на основе этой печатки!
Кроме того, Вы можете самостоятельно нарисовать плату, если не устраивают предоставленные.
Пайка
После того, как Вы изготовили плату и проверили все детали на исправность, можно приступать к пайке.
Залудите всю плату, а силовые дорожки лудить как можно более толстым слоем припоя
Первыми впаиваются все перемычки (их толщина должна быть как можно больше в силовых участках), а далее все компоненты по увеличению размера. последней впаивается микросхема. Советую не резать ножки, а впаивать такой, какая она есть. Можно потом согнуть ее для удобства посадки на радиатор.
Микросхема защищена от статического электричества, так что можно паять включенным паяльником, сидя даже в шерстяной одежде.
Однако, необходимо паять так, чтобы микросхема не перегревалась. Для надежности можно во время пайки прицепить за одну проушину к радиатору. Можно за две, разницы тут не будет, лишь бы кристалл внутри не перегрелся.
Настройка и первый запуск
После того, как все элементы и провода впаяны, необходим "тестовый запуск". Прикрутите микросхему на радиатор, замкните входной провод с землей. В качестве нагрузки Вы можете подключать будущие колонки, а вообще, чтобы они не "вылетели" за доли секунд при браке или ошибках в монтаже используют мощный резистор в качестве нагрузки. Если же он вылетает, знайте - Вы допустили ошибку, либо вам попался брак (микросхема имеется ввиду). К счастью, такие случаи почти не происходят, в отличие от TDA7293 и прочих, которых в магазине можно набрать кучу из одной партии и как потом выяснится - все они брак.
Однако, хочу сделать небольшое замечание. Делайте Ваши провода как можно короче. Было такое, что я всего лишь удлинил выходные провода и стал слышать в динамиках гул, похожий на "постоянку". Более того, при включении усилителя из-за "постоянки" динамик выдавал гул, который пропадал через 1-2 секунды. Сейчас у меня из платы выходят провода, максимум 25 см и идут сразу к динамику - усилитель включается бесшумно и работает без проблем! На входные провода тоже обратите внимание - ставьте экранированный провод, длинным его тоже не не стоит делать. Соблюдайте простые требования и у Вас все получится!
Если ничего не произошло с резистором, отключите питание, прикрепите входные провода к источнику сигнала, подключите Ваши колонки и подавайте питание. В динамиках можно услышать небольшой фон - это говорит о том, усилитель работает! Подайте сигнал и наслаждайтесь звучанием (в том случае если все отлично собрано). Если "хрюкает", "пердит" - посмотрите на питание, на правильность сборки, ибо как выявлено в практике - уж таких "гадких" экземпляров нету, которые при правильной сборке и отличном питании криво работали...
Как выглядит готовый усилитель
Вот серия фотографий, сделанных в декабре 2012. Платы как раз после пайки. Тогда я собирал, чтобы убедиться в работоспособности микросхем.
А вот мой первый усилитель, до сегодняшних дней дожила только плата, все детали ушли на другие схемы, а сама микросхема вышла из строя из-за попадания на него переменного напряжения
Ниже свежие фотографии:
К сожалению, мой ИБП на стадии изготовления, а запитывал я микросхему раньше от двух одинаковых аккумуляторов и небольшого трансформатора с диодным мостом и небольшими емкостями по питанию, в итоге было ±25В. Две таких микросхемы с четырьмя колонками от музыкального центра "Sharp" так играли, что даже предметы на столах "танцевали под музыку", окна звенели, да и телом чувствовалась мощность неплохо. Снять этого сейчас не могу, но есть источник питания ±16В, от него до 20Вт на 4 ома можно получить... Вот видео Вам в качестве доказательства, что усилитель абсолютно рабочий!
Благодарности
Огромную благодарность выражаю пользователям форума сайта "Паяльник", а конкретно огромное спасибо пользователю за некоторую помощь, благодарю также , и многих другим (извините что Вас не назвал по никам) за честные отзывы, которые подтолкнули меня на сборку данного усилителя. Без всех Вас данная статья могла быть и не написана.
Завершение
Микросхема обладает рядом достоинств, прекрасным звучанием в первую очередь. Многие микросхемы такого класса могут даже уступать по качеству звучания, но это в зависимости от качественной сборки. Плохая сборка - плохое звучание. Подходите к сборке электронных схем серьезно. Крайне не рекомендую паять данный усилитель навесным монтажем - это может только ухудшить звучание, либо привести к самовозбуждению, а в последствии полного выхода из строя.
Я собрал практически всю информацию, которую проверял сам и мог спросить у других людей,которые собирали данный усилитель. Жаль, что у меня не имеется осциллографа - без него мои высказывания о качестве звука ничего не значат... Но я буду и дальше утверждать, что звучит она просто прекрасно! Собиравшие данный усилитель меня поймут!
Если остались вопросы, пишите мне на форум сайта "Паяльник". по обсуждению усилителей на данной микросхеме, можете спрашивать там.
Надеюсь статья оказалась полезной для Вас. Удачи Вам! С уважением, Юрий.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Микросхема | TDA1514A | 1 | В блокнот | ||||
| С1 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | Конденсатор | 220 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С4 | 3.3мкФ | 1 | В блокнот | ||||
| С5 | Конденсатор | 22 нФ | 1 | В блокнот | |||
| С6, С8 | Электролитический конденсатор | 1000мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С7, С9 | Конденсатор | 470 нФ | 2 | В блокнот | |||
| С10 | Электролитический конденсатор | 100мкФ | 1 | 100В | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 20 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Резистор | 470 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 10 Ом | 1 | Подбирается при настройке | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Схема с вольтдобавкой | |||||||
| Микросхема | TDA1514A | 1 | В блокнот | ||||
| С1 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | Конденсатор | 220 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С3 | Электролитический конденсатор | 220мкФ | 1 | От 35В и выше | В блокнот | ||
| С4 | Электролитический конденсатор | 3.3мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Конденсатор | 22 нФ | 1 | В блокнот | |||
| С6, С8 | Электролитический конденсатор | 1000мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С7, С9 | Конденсатор | 470 нФ | 2 | В блокнот | |||
| С10 | Электролитический конденсатор | 100мкФ | 1 | 100В | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 20 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 47 Ом | 1 | Подбирается при настройке | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 82 Ом | 1 | Подбирается при настройке | В блокнот | ||
| R5 | Резистор | 470 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 10 Ом | 1 | Подбирается при настройке | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | |||
| Мостовое включение | |||||||
| Микросхема | TDA1514A | 2 | В блокнот | ||||
| С1 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | Конденсатор | 220 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С4 | Электролитический конденсатор | 3.3мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С5, С14, С16 | Конденсатор | 22 нФ | 3 | В блокнот | |||
| С6, С8 | Электролитический конденсатор | 1000мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С7, С9 | Конденсатор | 470 нФ | 2 | В блокнот | |||
| С13, С15 | Электролитический конденсатор | 3.3мкФ | 2 | В блокнот | |||
| R1, R7 | Резистор | 20 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R2, R8 | Резистор | 680 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R5, R9 | Резистор | 470 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R6, R10 | Резистор | 10 Ом | 2 | Подбирается при настрйоке | В блокнот | ||
| R11 | Резистор | 1.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12, R13 | Резистор | 22 кОм | 2 | В блокнот | |||
| Импульсный блок питания | |||||||
| IC1 | Драйвер питания и MOSFET | IR2153 | 1 | В блокнот | |||
| VT1, VT2 | MOSFET-транзистор | IRF740 | 2 | В блокнот | |||
| VD1, VD2 | Выпрямительный диод | SF18 | 2 | В блокнот | |||
| VD3-VD6 | Диод | Любые Шоттки | 4 | Ультрабыстрые диоды или Шоттки | В блокнот | ||
| VDS1 | Диодный мост | 1 | Диодный мост на необходимый ток | В блокнот | |||
| С1, С2 | Электролитический конденсатор | 680мкФ | 2 | 200В | В блокнот | ||
| С3 | Конденсатор | 10 нФ | 1 | 400В | В блокнот | ||
| С4 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Электролитический конденсатор | 100мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С6 | Конденсатор | 470 нФ | 1 | В блокнот | |||
| С7 | Конденсатор | 1 нФ | 1 | ||||
Дополнение микросхемы TDA7294 мощными комплементарными транзисторами, управляемыми с ее выходного каскада, увеличивает номинальную выходную мощность УМЗЧ до 100 Вт с нагрузкой 4 Ом. Помимо отечественных транзисторов, для этой цели можно рекомендовать и более мощные импортные. Применение автором в конструкции малошумного вентилятора – "кулера" от компьютерного процессора позволило уменьшить размеры теплоотводов и усилителя.
УМЗЧ на микросхеме TDA7294 приобрел заслуженную популярность у радиолюбителей. При минимуме затрат можно собрать высококачественный УМЗЧ.
Вариант усилителя на микросхеме TDA7294, оказывается более надежным при работе на реальную нагрузку, но его основные технические характеристики остаются прежними: небольшой для выходной мощности 5 Вт коэффициент нелинейных искажений увеличивается до 0,5 % при мощности более 50 Вт. На нагрузке сопротивлением 4 Ом не удается достичь выходной мощности более 80 Вт. Рекомендованная же фирмой – изготовителем мостовая схема включения микросхемы не предусматривает возможность работы с нагрузкой сопротивлением 4 Ом.
Показанный здесь вариант усилителя, его схема показана на рис.1 решает проблему с повышением выходной мощности и уменьшения коэффициента нелинейных искажений при выходной мощности более 50 Bт по сравнению с типовой схемой включения микросхемы. Для снижения нагрузки на выходной каскад микросхемы, встроен дополнительный двухтактный повторитель на мощных биполярных транзисторах, которые работают в режиме В. Искажения типа "лесенка" в выходном каскаде отсутствуют потому, что выход микросхемы также соединен с нагрузкой через низкоомный резистор, а напряжение ООС снимается с эмиттерной цепи дополнительных транзисторов. Резистор R7 обеспечивает быструю разрядку емкости эмиттерных переходов транзисторов выходного каскада.
Основные технические характеристики:
Входное сопротивление: 22 кОм
Входное напряжение: 0,8 В
Номинальная выходная мощность: 100 Вт/4 Ом
Полоса воспроизводимых частот: 20 – 20000 Гц
К недостатку предлагаемого УМЗЧ, по сравнению с вариантом по типовой схеме включения микросхемы, можно отнести более крутой рост нелинейных искажений при выходной мощности, близкой к максимальной. В типовой схеме ограничение выходного сигнала имеет более "мягкий" характер.
Упрощенная структурная схема TDA7294, показанная на рис. 1, позволяет сделать следующее предположение. В цепях выходных транзисторов микросхемы включены резистивные датчики тока, поэтому при напряжении выходного сигнала, близкого к напряжению питания (когда ток через мощные транзисторы микросхемы максимален), блок защиты начинает плавно ограничивать ток в нагрузке, полевые транзисторы выходного каскада, вероятно, тоже способствуют более мягкому ограничению. Дополнительные же транзисторы этого УМЗЧ такой цепью слежения не охвачены, и возникает "жесткое" ограничение выходного сигнала, что заметно на слух.
Уменьшение емкости С6, С7 в сравнении с указанной в схеме, ведет к неустойчивой работе УМЗЧ на большой мощности, но увеличение емкости может привести к выходу из строя транзисторов VT1, VT2, так как при замыкании в нагрузке узел защиты микросхемы не всегда обеспечивает надежную защиту дополнительных транзисторов до того момента, когда сработают предохранители FU1, FU2. Усилитель питается от нестабилизированного блока питания от сети 220 В.
Не все детали, приобретаемые на радиорынках, отличаются высоким качеством. Попадаются микросхемы, склонные к самовозбуждению. В описанном варианте, самовозбуждение некоторых микросхем приходится устранять подбором и конденсатора С6.
В УМЗЧ по предлагаемой здесь схеме даже при небольшом самовозбуждении возникают искажения типа "ступенька". Если нет возможности заменить "неудачную" микросхему, эффект можно устранить, подпаяв параллельно резистору R7 конденсатор емкостью 0,047-0,15 мкФ. Самовозбуждение также устраняют снижением глубины ООС (увеличением сопротивления резистора R3), при этом повышается чувствительность усилителя.
Детали в усилителе использованы:
- резисторы МЛТ
- конденсаторы C1 — K73-17, КМ-6; С2 – КТ-1, КМ-5; С8 – K73-17; СЗ-С7 — К50-35 или импортные.
- дроссель L1 — 25 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм — намотан на каркасе диаметром 5 мм в два слоя.
Два канала усилителя собраны на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм; ее чертеж с расположением элементов показан на рис.2 (контур вентиляторов условно прозрачный).
На печатной плате для блокировочных конденсаторов С9, С10 место не предусмотрено. Применение транзисторов, значительно отличающихся по коэффициенту передачи тока базы, на надежности и качестве звучания практически не отражается.
Отсутствие тока покоя позволяет использовать вентилятор ("кулер") от процессора "Pentium" для охлаждения теплоотводов обоих каналов усилителя. Плату и вентиляторы необходимо установить так, чтобы потоки теплого воздуха не нагревали другие детали усилителя.
Мощные транзисторы смонтированы параллельно плоскости печатной платы металлической поверхностью теплоотвода к кулеру. На плоской стороне кулера необходимо просверлить сквозные отверстия диаметром 2,5 мм, совпадающие с отверстиями в печатной плате, затем нарезать резьбу МЗ. Через отверстия в плате вентилятор винтами прижимают к транзисторам. На них необходимо положить тонкие слюдяные прокладки и смазать теплопроводящей пастой.
Под головки винтов со стороны дорожек нужно подложить шайбы диаметром 10-12 мм или небольшую металлическую пластину, чтобы плотно прижать транзисторы к поверхности теплоотвода. Между печатной платой и транзисторами положите тонкий картон толщиной 0,5-0,8 мм, он обеспечит равномерный прижим транзисторов к плоскости вентилятора, так как их толщина не всегда одинакова, даже для изготовленных в одной партии выпуска.
Микросхема DA1 расположена на дополнительном теплоотводе с эффективной площадью поверхности не менее 50 см 2 .
Дорожки на печатной плате, по которым подается напряжение питания к выходным транзисторам, желательно "усилить", пропаяв вдоль них медный луженый провод диаметром около 1 мм.
Усилитель, собранный из исправных деталей, налаживания не требует и может быть повторен даже начинающими радиолюбителями. Эксплуатация в течение двух лет показала его высокую надежность.
С новой разводкой, а так же с креплением микросхемы и транзисторов на одном радиаторе.
Современные интегральные УМЗЧ класса D совмещают, казалось бы, несовместимое: высокий КПД и низкий коэффициент нелинейных искажений. В настоящей статье описаны основное принципы работы усилителей класса D и приведено описание линейки микросхем УМЗЧ американской фирмы MPS (Monolithic Power Systems).
В последнее время в схемотехнике усилителей мощности (УМЗЧ) получили развитие два взаимоисключающих направления:
Улучшение субъективного качества воспроизведения звука, как правило, за счет уменьшения экономичности (КПД) усилителя;
Повышение экономичности усилителя и уменьшение его размеров при сохранении высоких качественных показателей.
Первое направление характерно использованием в выходных каскадах УМЗЧ мощных полевых транзисторов и радиоламп (Hi-End), работающих очень часто в режимах класса А.
Второе направление характерно для носимой и автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры. Именно в реализации этого направления широко используются усилители класса D, а в высококачественной звуковоспроизводящей стационарной аппаратуре класс D используется чаще всего в усилителях для сабвуфера. Всего существует пять основных классов режимов работы активных элементов (транзисторов или ламп).
Это режимы работы класса А, В, АВ, С и D. Вспомним их особенности.
Режим работы класса А
Активный элемент (транзистор или лампа) открыт весь период сигнала. Усилители мощности класса А вносят минимальные искажения в усиливаемый сигнал, по имеют очень низкий К11Д. Они используются в од-потактпых и двухтактных УМЗЧ для среднечастотных динамиков и твитеров, где особенно важно, чтобы уровень нелинейных искажений был низким. Усилители класса А - самые дорогие.
Режим работы класса В
Активный элемент (транзистор или лампа) открыт только один полупериод входного сигнала. Усилители класса в имеют высокий кпд. но и коэффициент нелинейных искажений у них заметно выше. Обычно используются в двухтактных УМЗЧ для срсднсчастотных динамиков и динамиков mid-bass.
Режим работы класса АВ
Активный элемент (транзистор или лампа) и этом режиме открыт один полупериод полностью и часть другого полупериода входного сигнала. Режим класса АВ - это нечто среднее между классами А и В. Усилители класса АВ имеют более высокий кпд. чем усилители класса А, но вносят в сигнал меньшие нелинейные искажения, чем усилители класса В. Это наиболее распространенный класс массовых УМЗЧ.
Режим работы класса С
Класс С - это работа транзисторов при маленькой амплитуде напряжения запирания ниже, чем напряжение смещения. В этом случае амплитуда звукового сигнала меньше, чем напряжение смещения. В таком состоянии транзистор проводит только верхнюю часть положительной полуволны, что сильно искажает сигнал. Поэтому в аудио усилителях, этот класс не применяется. Такой режим работы транзисторов имеет высокий КПД (около 85%).
Режим работы класса D
В режиме работы класса D происходит преобразование входного сигнала в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна значению сигнала в каждый заданный момент времени (т.н. ШИМ — широтно-импульсная модуляция). Активные элементы выходного каскада при этом работают в ключевом режиме и имеют два состояния: транзистор или заперт, или полностью открыт. Усилители класса D имеют максимальный КПД, т.к. основные потери энергии па выходных мощных ключах происходят только в момент переключения, в открытом состоянии потери энергии минимальны и будут чем меньше, чем меньше сопротивление открытого ключа. Обычные усилители класса D имеют КПД более 90% и достаточно большой коэффициент нелинейных искажений (около 10%), по применение новых технологий (ноу-хау производителей) позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений до долей процента. Это заметно расширило область применения класса D в современных УМЗЧ.
Основные принципы работы УМЗЧ класса D
Принципиальная схема простейшего УМЗЧ класса D показана на рис. 1.
Рис. 1
Он состоит из широтно-импульсного модулятора (ШИМ) на транзисторе Q1, двухтактного мощного транзисторного ключа Q2, Q3 и фильтра нижних частот (ФНЧ), который отфильтровывает импульсные высокочастотные составляющие тока через громкоговоритель. Делитель па резисторах R1 и R2 задаст напряжение смещения Q1 и симметрию всей схемы. R3 - резистор нагрузки транзистора Ql. R4, С4 - цепь эмиттерной термостабилизации этого транзистора. С1 - конденсатор фильтра питающего напряжения. C5, R5, L1. C6 - фильтр нижних частот (ФНЧ). С7 - разделительный конденсатор. В состав усилителя класса D входит также генератор треугольного или пилообразного напряжения.
Частота работы этого генератора лежит, как правило, в пределах 200...600 кГц. Размах «пилы» от генератора и коэффициент усиления каскада на Q1 выбраны так, чтобы выходные транзисторные ключи Q2 и Q3 открывались попеременно до насыщения при переходе напряжения «пилы» через ноль. Эпюры напряжений, поясняющие работу этой схемы. показаны па рис. 2
. До момента времени А (см. рис. 2) звуковой сигнал па входе отсугствует. «Пила* абсолютно симметрична, и па эмиттерах транзисторов Q2 и Q3 образуются симметричные прямоугольные импульсы -меандр. При подаче па вход усилителя сигнала НЧ «пила» будет смещаться вверх или вниз. Изменятся моменты отпирания транзисторов и, как следствие, длительность выходных импульсов и пауза между ними (см. рис. 2). Эти параметры будут изменяться по закону входного низкочастотного (звукового) сигнала. Полученный импульсный сигнал с переменной скважностью называют широтно-имиульспым, или ШИМ-сигиалом, а процесс его получения — широтпо-импульсной модуляцией (ШИМ). ШИМ-сигпал содержит НЧ-составляющую. по форме повторяющую модудирующий сигнал. Если ШИМ-сигнал с выхода транзисторных ключей пропустить через ФНЧ, то он пропустит эту составляющую на громкоговоритель и подавит ВЧ-составляющие ШИМ-сигпала. За счет неполного подавления ВЧ-составляющсй переменное напряжение на громкоговорителе будет несколько изрезанным, что можно увидеть па увеличенном фрагменте к нижнему графику рис. 2
. Изрезанность уменьшается с увеличением частоты генератора ШИМ, улучшением качества ФНЧ и применением некоторых ноу-хау, которые тщательно оберегают фирмы -производители микросхем усилителей класса D.
Усилители класса D на биполярных транзисторах ушли в прошлое. Основой современного УМЗЧ класса D являются мощные ключи па МДП-транзисторах, отличающиеся высоким быстродействием и низким сопротивлением канала в открытом состоянии. При использовании таких транзисторов в ключевом режиме достигается высокий КПД. Две практические схемы УМЗЧ класса D на МДП-транзисторах и операционном усилителе приведены в статье .
Настоящий бум в использовании режима работы класса D в УМЗЧ начался с появления таких специализированных микросхем, как ZXCD1000 фирмы Zeiex |2|, и ряда других. Эти микросхемы называют драйверами усилителей класса D. Они содержат ШИМ с генератором «пилы» частотой 2200 кГц и обеспечивают управление внешними ключами на МДП-траизисторах. Многие из этих драйверов могут управлять четырьмя внешними выходными ключами па МДП-транзисторах, включённых мостом.
Следующим этапом в развитии УМЗЧ класса D стало создание микросхем, в которые интегрирован не только драйвер, но и выходные ключи па МДП-траизисторах. Именно к таким микросхемам относятся МР7720, МР7731 и МР7781 фирмы MPS (Monolithic Power Systems). Все они монофонические. О номинальной выходной мощности говорит предпоследняя цифра в наименовании: МР7720 - 20 Вт, МР7731 - 30 Вт, МР7781 - 80 Вт. Пиковая выходная мощность этих микросхем вдвое больше. Рассмотрим особенности и схемы включения каждой из них.
ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА
- Аудиоусилители от MPS с выходной мощностью до 80 Вт в корпусе S0IC24 не требуют внешнего теплоотвода
- Глубокая обратная связь, а также интегрированные мощные полевые транзисторы позволяют достичь качества звука на уровне усилителей класса АВ
- Стабильная выходная мощность в широком диапазоне питающих напряжений
- Однополярное питание
- Минимальная внешняя обвязка
- Коэффициент нелинейных искажений менее 0.1%
- Расширенный диапазон температур -40...+85°С
Микросхема УМЗЧ МР7720
Микросхема МР7720 выпускается в корпусах SOIC8 (для поверхностного монтажа) и PDIP8, которые имеют по 8 выводов и одинаковую цоколёвку, или, как сейчас принято говорить, распиповку. УМЗЧ на этой микросхеме имеет поминальную мощность 20 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 24 В. Диапазон воспроизводимых частот -20 Гц....20 кГц. Он имеет КПД 90% при нелинейных искажениях не более 0.1% для всего диапазона частот и выходной мощности 1 Вт (0,06...0,07% для частоты 1 кГц). Напряжение питания 7,5...24 В. В микросхему встроены дна выходных ключа па МДП-транзисторах, которые включены последовательно по питанию (полумост).
Рис. 3
Типовая принципиальная схема УМЗЧ класса D па микросхеме МР7720 изображена па рис. 3 . а назначение выводов згой микросхемы приведено в таблице 1 .
Таблица 1 . Назначение выводов микросхемы МР7720
Схема включения этой микросхемы очень напоминает ОУ или УМЗЧ на микросхемах, которые работают в привычных режимах классов А, В или АВ. Микросхема U1 МР7720 имеет дифференциальный вход (выводы 1 и 2), его положительный (неивертирующий) вывод в данной схеме используется как вход напряжения смещения, который задаёт режим микросхемы, а главное - симметрию схемы. Напряжение смещения на неивертирующем входе (вывод 1) должно быть равно половине напряжения питания, оно формируется делителем R3, R2. Конденсатор С2 блокирует этот вывод по переменному напряжению. Следует заметить, что асимметрия схемы может привести к увеличению нелинейных искажений и даже к перегреву одного из выходных ключей и выходу микросхемы из строя. Входной сигнал поступает на инвертирующий вход микросхемы (вывод 2) через разделительный конденсатор С1 и ограничивающий резистор R1. В позиции С1 фирма - разработчик микросхемы рекомендует использовать керамический конденсатор типов NPO, X7R, X5R или эквивалентных им типов. Коэффициент усиления по напряжению микросхемы определяется соотношением номиналов резисторов цепи ООС R1 и R4 и может быть рассчитан по формуле:
KU=R4/R1.
Для повышения размаха выходных импульсов микросхемы используется известная по обычным двухтактным бестрансформаторным усилителям схема повышения КПД с конденсатором вольтодобавки С7, который включён между выходом (выводом 7) и входом цепи вольтодобавки (вывод 5). Ёмкость конденсатора С7 выбирается в пределах 0,1...1 мкФ. Для защиты внутренних цепей микросхемы от перегрузки параллельно С7 подключён стабилитрон D2 с напряжением стабилизации 6,2 В. Для выделения усиленного сигнала и подавления высокочастотных импульсных составляющих в нагрузке к выходу (вывод 7) подключён ФПЧ, состоящий из дросселя L1 и конденсатора С8. Конденсатор С9 - разделительный. Диод Шоттки D1 гасит индукционные токи и выбросы ЭДС, возникающие в L1 в моменты переключения выходных ключей, когда оба ключа заперты. Частота ШИМ-преобразования задаётся цепью обратной связи R4, СЗ, и при указанных на схеме номиналах она составляет 600 кГц. При большей частоте увеличиваются потери мощности, а при меньшей - нелинейные искажения. С4 - конденсатор ООС по высокой частоте. Конденсаторы Сб, С5 - развязывающие фильтра питания. Для устранения прохождения импульсной помехи по цепям питания конденсатор С5 должен быть расположен между выводами 6 и 8 микросхемы, причём как можно ближе к этим выводам. Упрощённо работу этого УМЗЧ можно объяснить следующим образом. Входной сигнал через Cl, R1 поступает на инвертирующий вход микросхемы (вывод 2). Это приводит к изменению длительности и скважности импульсов частотой 600 кГц на выходе микросхемы (вывод 7) по закону изменения моментального значения входного сигнала и к появлению в выходном сигнале усиленной НЧ-составляющей, повторяющей по форме входной сигнал, которая через ФНЧ L1, C8 и разделительный конденсатор С9 поступает на громкоговоритель. Добавить к этому можно только то, что входной и выходной сигналы противофазны.
Микросхема УМЗЧ МР7731
Микросхема МР7731 выпускается в корпусе TSSOP20F для поверхностного монтажа, который имеет 20 выводов и металлическую контактную площадку сверху для теплового контакта с радиатором. Номинальная мощность УМЗЧ на микросхеме МР7731 составляет 30 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 16 В. Диапазон воспроизводимых частот 20 Гц..„20 кГц. КПД 90% при выходной мощности 5 Вт. Нелинейные искажения не более 0,1% для всего диапазона частот при выходной мощности 1 Вт. Напряжение питания 7,5 --.24 В. В микросхему" встроены четыре выходных ключа на МДП-транзисторах, которые включены мостом. Особенностью монофонических мостовых УМЗЧ является то, что они имеют два, как правило, равноценных усилительных канала с выходными ключами, которые включены полумостом. То есть микросхема МР7731 содержит два канала, близких по структуре к микросхеме МР7720. Соль в том, что эти каналы работают в противофазе, а нагрузка (громкоговоритель) подключена без разделительных конденсаторов между выходами этих каналов, т.к. постоянное напряжение на каждом из выводов выхода равно половине напряжения питания. Для противофазного управления обычно используется включение каналов методом «ведущий - ведомый» (Master - Slave), т.е. оба усилителя включены по входному сигналу последовательно (см. рис. 4 ).
Рис. 4.
С1, С2 - разделительные конденсаторы. R1. R2-делитель напряжения сигналов, L1, СЗ и L2, С4-ФНЧ
Для такого включения оба канала должны быть инвертирующими усилителями. Сигнал на второй канал поступает с выхода первого через делитель Rl, R2 (см. рис. 4 ) или ограничивающий резистор.
Рис. 5
Типовая принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме МР7731 изображена на рис. 5 , а назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 2 .
Таблица 2
| Номер вывода | Обозначение | Назначение |
| 1 | NC | Не используется |
| 2 | PIN1 | Неинвертирующий вход канала 1. Используется как вход напряжения смещения (опорного напряжения) |
| 3 | NIN1 | Инвертирующий вход канала 1 |
| 4 | AGND1 | Корпус аналоговой части 1 |
| 5 | NC | Не используется |
| 6 | EN1 | Вход разрешения канала 1. Высокий уровень - МС включена. Низкий уровень - выключена |
| 7 | NIN2 | Инвертирующий вход канала 2 |
| 8 | PIN2 | Неинвертирующий вход канала 2. Используется как вход напряжения смещения (опорного напряжения) |
| 9 | AGND2 | Корпус аналоговой части 2 |
| 10 | EN2 | Вход разрешения канала 2. Высокий уровень - МС включена. Низкий уровень - выключена |
| 11 | NC | Не используется |
| 12 | BS2 | |
| 13 | VPP2 | Вход напряжения питания канала 2 (7,5…24 В |
| 14 | SW2 | Выход канала 2 |
| 15 | PGND2 | Корпус цепей питания 2 |
| 16 | NC | Не используется |
| 17 | BS1 | |
| 18 | VPP1 | |
| 19 | SW1 | Выход канала 1 |
| 20 | PGND1 | Корпус цепей питания 1 |
Разберёмся в назначении деталей УМЗЧ на микросхеме МР7731 по схеме (рис. 5). Напряжение смещения на неивер-тирующих входах обоих каналов (выводы 2 и 8), равное половине напряжения питания, формируется делителем R2, R5. Конденсатор 09 шунтирует эти выводы по переменному напряжению, а конденсаторы С54 и С41 задают частоты ШИМ-преобразования 1-го и 2-го каналов соответственно. Эти конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к выводам, возле которых они нарисованы на схеме. С53 - конденсатор фильтра питания, а С55 и С42 -развязывающие конденсаторы, которые также надо располагать как можно ближе к выводам, возле которых они нарисованы. Входной сигнал поступает на инвертирующий вход канала 1 (вывод 3) через разделительный конденсатор С35 и ограничивающий резистор R16. Коэффициент усиления по напряжению канала 1 микросхемы определяется соотношением сопротивлений резисторов цепи ООС R14hR16, а канала 2 - соотношением R44 и R34. ООС по ВЧ в канале 1 осуществляется через конденсатор С29. а в канале 2 - через С34. Конденсатор С37 - это конденсатор вольтодобавки канала 1, а С22 - конденсатор вольтодобавки канала 2. Они повышают КПД усилителя. Параллельно этим конденсаторам подключены стабилитроны D13 и D15 с напряжением стабилизации 6,2 В. Усиленный выходной сигнал звука выделяется в ФИЧ на выходах каналов 1 (L4, С47) и 2 (L3, С43) и поступает на громкоговоритель. ФИЧ подавляют высокочастотные импульсные составляющие ШИМ-сиг-нала на выходах микросхемы и не пропускают их в нагрузку. Диоды Шоттки D6, D8 гасят индукционные токи и выбросы ЭДС, возникающие в катушках L4 и L3 в моменты переключения выходных ключей, когда все они запираются. Эти катушки должны быть рассчитаны на номинальный ток 2,6 А. Каждый из каналов имеет свой вход разрешения EN1 (вывод 6) и EN2 (вывод 10). При низком уровне напряжения на этих выводах микросхема будет находиться в дежурном режиме, а при высоком - в рабочем.
Микросхема УМЗЧ МР7781
Микросхема МР7781 выпускается в корпусе SOIC24 для поверхностного монтажа, который имеет 24 вывода и металлическую площадку сверху для теплового контакта с радиатором. Поминальная мощность монофонического УМЗЧ на микросхеме МР7781 80 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и напряжении питания 24 В. Диапазон воспроизводимых частот 20 Гц....20 кГц. КПД 95% при выходной мощности 80 Вт. Нелинейные искажения не более 0,1% для всего диапазона частот при выходной мощности 1 Вт. Напряжение питания 7,5 -.24 В. В микросхему встроены четыре выходных ключа на МДП-транзисторах, которые включены мостом. Микросхема МР7781 имеет два равноценных усилительных канала с дифференциальными входами и выходными МДП-ключами, которые включены полумостом. Микросхема содержит два канала усиления, каждый из которых заканчивается полумостом на МДП-транзисторах. Все это напоминает МР7731, но в отличие от этой микросхемы, в типовом включении МР7781 используется схема, которую можно назвать параллельно-последовательным включением каналов усиления (см. рис. 6 ). В этой схеме входной сигнал поступает сразу на входы обоих каналов усиления. Причём в одном канале он поступает на неинвертирующий вход, а в другом - на инвертирующий. Поэтому к верхнему и нижнему выводам громкоговорителя прикладываются одинаковые по амплитуде, но противофазные напряжения сигналов, что видно из графиков, показанных на схеме (рис. 6 ). Соотношения сопротивлений ограничивающего резистора R1 и резисторов делителей цепей ООС R2, R3, R4, R5 определяют коэффициент усиления схемы. Через делители R2, R3 и R4, R5 задаются также напряжения смещения на входах и осуществляются отрицательные обратные связи (ООС) по постоянному напряжению, которые стабилизируют режим каналов усиления, т.е. эти делители задают постоянные напряжения на выходах каналов, равные половине напряжения питания, и за счёт ООС поддерживают их неизменными.
Рис. 6. Упрощенная схема УМЗЧ с мостовым выходом (с параллельно-последовательным управлением)
С1 - разделительный конденсатор,
R1 - ограничивающий резистор,
R2, R3 и R4, R5 - делители цепей 00С по постоянному и переменному напряжению,
L1, С2 и L2, СЗ - ФНЧ
Микросхема МР7781 имеет более сложную внутреннюю организацию, чем рассмотренные выше микросхемы. Это косвенно подтверждается количеством и назначением выводов микросхемы, что отражено в таблице 3 .
Таблица 3 . Назначение выводов микросхемы МР7781
| Номер вывода | Обозначение | Назначение |
| 1 | DR1 | Выход управления стабилизатором напряжения питания низковольтной части канала 1 |
| 2 | NC | Не используется (рекомендуется подключать к выводу 1 или 3) |
| 3 | GND | Корпус внутреннего модулятора |
| 4 | AI2 | Неинвертирующий вход канала 2 |
| 5 | BI2 | Инвертирующий вход канала 2 (вход AUDIO и ООС) |
| 6 | MO2 | Выход внутреннего ШИМ+канала 2 (с открытым стоком) |
| 7 | SHDN2 | Вход разрешения канала 2. Активный уровень - низкий |
| 8 | BS2 | Вход цепи вольтодобавки канала 2 |
| 9 | GND | Корпус цепей питания канала 2 |
| 10 | SW2 | Выход канала 2 |
| 11 | V+ | Вход напряжения питания ШИМ (7,5…24 В) |
| 12 | M2 | Вход сигнала ШИМ на предоконечный каскад канала 2 |
| 13 | DR2 | Выход управления стабилизатором напряжения питания низковольтной части канала 2 |
| 14 | NC | Не используется |
| 15 | V+ | Вход напряжения питания канала 2 (7,5…24 В) |
| 16 | MO1 | Выход внутреннего ШИМ+канала 1 (с открытым стоком) |
| 17 | AI1 | Инвертирующий вход канала 1 (вход ООС) |
| 18 | BI1 | Неинвертирующий вход канала 1 (вход AUDIO) |
| 19 | SHDN1 | Вход разрешения канала 1. Активный уровень + низкий |
| 20 | BS1 | Вход цепи вольтодобавки канала 1 |
| 21 | GND | Корпус цепей питания |
| 22 | SW1 | Выход канала 1 |
| 23 | V+ | Вход напряжения питания канала 1 (7,5…24 В) |
| 24 | M1 | Вход сигнала ШИМ на предоконечный каскад канала 1 |
Типовая принципиальная схема УМЗЧ на микросхеме МР7781 показана на рис. 7 . Входной сигнал подаётся на выводы 5 и 18 микросхемы через ограничивающий резистор R20 и разделительный конденсатор С25. Резисторы R3, R5, R7, R17, R19, R21, R12, R8 и конденсаторы Сб, С24, С9, С15 входят в цепи ООС по постоянному и переменному напряжению. Эти цепи задают коэффициент усиления микросхемы и постоянные напряжения, равные половине напряжения питания, в средних точках, т.е. на выходах каналов мостового УМЗЧ (выводы 10 и 22 микросхемы). Конденсатор СЮ в канале 1 и С18а в канале 2 - конденсаторы вольтодобав-ки, которые необходимы для повышения КПД усилителя.
Рис. 7. Принципиальная схема УМЗЧ класса D на микросхеме МР7781
LI, C2, L2, C2, C13, R2, C5, R18, C23 - это детали ФПЧ, которые пропускают на громкоговоритель сигнал звука и подавляют импульсные ВЧ-состав-ляющие сигнала ШИМ. Катушки ФПЧ L1 и L2 должны быть рассчитаны на номинальный ток 5 А. Оптимальная частота ШИМ-преобразования для микросхемы МР7781 составляет 400 кГц. Она определяется ёмкостью конденсатора СИ, который включён между выводами дифференциальных входов этой микросхемы (между соединёнными по два выводами 5, 18 и 4, 17). Гашение выбросов ЭДС и индукционных токов, возникающих в катушках ФНЧ L1 и L2 в моменты пе-реключения выходных ключей, когда все они заперты, осуществляется диодами Шоттки D1 и D5.
Каждый из каналов имеет вход разрешения (активный уровень низкий). Вывод 19 (SIIDN1) - это вход разрешения канала 1, а вывод 7 (SIIDN2) - вход разрешения канала 2. Эти выводы соединены вместе. Высокий уровень (сигнал запрета) формируется с помощью параметрического стабилизатора R6, D3. При этом уровне усилитель отключён и находится в режиме MUTE, который характерен малым током потребления (
Чтобы получить столь малый ток потребления в режиме MUTE, в микросхему встроены стабилизаторы питания низковольтной части и схема их коммутации. Сигналы управления этой схемы выводятся из микросхемы через выводы 1 (DR1) и 13 (DR2), а затем через коммутирующие диоды D2 и D4 поступают соответственно на выводы 20 (BS1) и 8 (BS2). Кроме того, в рабочем режиме высокий уровень управляющего сигнала с вывода 13 (DR2) открывает ключ на биполярном транзисторе Q1. Через этот транзистор напряжение питания поступает в точку соединения резисторов R1 и R11. У микросхемы МР7781 есть ещё четыре интересных вывода. Это выводы 16 (MOl), 24 (Ml), 6 (М02) и 12 (М2). MOl и М02 - это выходы широтно-импульсных модуляторов соответствующих каналов, a Ml и М2 - это входы выходных ключей микросхемы. Выводы МО и М с одинаковыми номерами соединены между собой. Кроме того, выходы MO1 и МО2 имеют открытый сток. Подтягивающие резисторы (резисторы внешней нагрузки), подключённые между этими выводами и напряжением питания на эмиттере транзистора Q1, - это известные уже резисторы R1 и Rl 1. C1 - конденсатор фильтра питания, а конденсаторы СЗ, С12, С16, С8, С10, С14 и С18 - развязывающие. Для улучшения развязки и уменьшения наводок их рекомендуется устанавливать как можно ближе к соответствующим выводам микросхемы. Для устранения характерного для УМЗЧ щелчка при включении в схему установлены конденсаторы С7 и С9.
Для обеспечения стабильности работы и повторяемости схемы резисторы R3, R5, R7, R17, R19, R21 и R12 должны иметь допуск 1%. Такой же допуск должен иметь и резистор R6.
Следует заметить, что все три микросхемы, представленные в этой статье, имеют встроенную температурную защиту и защиту от коротких замыканий по выходу. Основные особенности и параметры этих микросхем сведены в таблицу 4.
Таблица 4 . Особенности микросхем УМЗЧ класса D фирмы NIPS
| Особенности | Микросхемы | ||
| MP7720 | MP7731 | MP7781 | |
| Номинальная мощность при ипит = 24 В и нагрузке 4 Ом, Вт | 20 | 80 | |
| Коэффициент нелинейных искажений (THD+N) на частоте 1 кГц при выходной мощности 1 Вт, % | 0,1 | 0,1 | 0,2 |
| КПД, % | 90 (при 20 Вт) | 90 (при 5 Вт) | 95 (при 80 Вт) |
| Частота преобразования ШИМ, кГц | 600 | 600 | 400 |
| Напряжение питания, В | 7,5…24 | 7,5…24 | 7,5…24 |
| Эффективное напряжение входного сигнала, В | 1 | 1 | 1 |
| Выход | Полумост | Мост | Мост |
| Сопротивление канала выходных МДП+ключей в состоянии насыщения, Ом | 0,180 | 0,180 | 0,105 |
| Динамический диапазон, дБ | 93 | 80 | 90 |
| Корпус | SOIC8 или PDIP8 | TSSOP20F | SOIC24 |
Коэффициент нелинейных искажений, указанный в таблице, достижим и гарантируется только на частоте 1 кГц при выходной мощности 1 Вт. С ростом частоты и мощности он повышается. Зависимость коэффициента нелинейных искажений микросхемы МР7720 от мощности (при частоте сигнала 1 кГц, напряжении питания 24 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом) изображена на рис. 8 а, а от частоты сигнала (при напряжении питания 24 В, сопротивлении нагрузки 4 Ом и мощности 19,6 Вт) - на рис. 8 б.
Рис. 8. Зависимость коэффициента нелинейных искажений микросхемы МР7720:
а) от мощности при частоте сигнала 1 кГц, напряжении питания 24 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом;
б) от частоты при напряжении питания 24 В, сопротивлении нагрузки 4 Ом и мощности 19,6 Вт
В заключение хочу заметить, что существует ещё несколько разновидностей усилителей с ШИМ. Во-первых, это усилитель «класса Т», широтно-импульсный модулятор которого меняет не только скважность, но и частоту выходного ШИМ-сигнала. Во-вторых, это так называемый усилитель «класса N», информацию о котором можно найти в статье . Это также усилитель, работающий в ключевом режиме, но совмещённый с сетевым блоком питания.
Дополнительную информацию о микросхемах производства Monolithic Power Systems можно найти на сайте фирмы .
Литература
1. Савельев Е. Усилитель класса D для сабвуфера. Радио. 2003. № 5.
2. Дайджест «Новая техника и технология». Радиохобби. 2001. № 2. С. 9.
3. Калганов А. Автомобильный УМЗЧ с блоком питания. Радио. 2002. № 7. С. 20...22.
4. monolithicpower.com
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Октябрь 2004 Игорь Безверхний (г. Киев, Украина)
Микросхема TDA7294, представляющая интегральный усилитель низкой частоты, который очень популярен среди электронщиков, как начинающих, так и профессионалов. В сети полно разных отзывов о данной микросхеме. Решил и я собрать усилитель на ней. Схему я взял из даташита.
Питается данная “микруха” двухполярным питанием. Для новичков поясню, что не достаточно иметь “плюс” и “минус”.
Нужен источник с плюсовым выводом, минусовым выводом и общим. Например, относительно общего провода должно быть плюс 30 Вольт, а в другом плече минус 30 Вольт.
Усилитель на TDA7294 достаточно мощный. Максимальная паспортная мощность 100 Вт, но это с нелинейными искажениями в 10% и при максимальном напряжении (в зависимости от сопротивления нагрузки). Надежно снимать можно 70Вт. Таким образом, на свой день рождения я прослушивал две параллельно соединенные колонки “Радиотехника S30” на одном канале TDA 7294. Весь вечер и половину ночи, колонки звучали, иногда вводя их в перегруз. Но усилитель спокойно выдержал, хоть и порой перегревался (из-за плохого охлаждения).
Основные характеристики TDA 7294
Подаваемое напряжение +-10В…+-40В
Пиковый выходной ток до 10А
Рабочая температура кристалла до 150 градусов Цельсия
Выходная мощность при d=0.5%:
При +-35В и R=8Ом 70Вт
При +-31В и R=6Ом 70Вт
При +-27В и R=4Ом 70Вт
При d=10% и повышенном напряжении (смотрите ) можно добиться и 100Вт, но это будут грязные 100Вт.
Схема усилителя на ТДА7294
Приведенная схема взята из паспорта, все номиналы сохранены. При правильном монтаже и правильно выбранных номиналов элементов, усилитель запускается с первого раза и не требует никаких настроек.
Элементы усилителя
Номиналы всех элементов указаны на схеме. Мощность резисторов 0,25 Вт.
Саму “микруху” следует установить на радиатор. Если радиатор соприкасается с другими металлическими элементами корпуса, либо радиатором является сам корпус, то необходимо установить диэлектрическую прокладку между радиатором и корпусом TDA7294.
Прокладка может быть силиконовая или слюдяная.
Площадь радиатора должна составлять не менее 500 кв.см., чем больше, тем лучше.
Изначально я собирал два канала усилителя, так как источник питания позволял, но я не правильно подобрал корпус и оба канала просто не влезли в корпус по габаритам. Пытался я уменьшить печатную плату, но ничего не вышло.
После полной сборки усилителя я понял, что корпуса не достаточно для охлаждения и одного канала усилителя. Корпус у меня являлся радиатором. Короче говоря, раскатал губу на два канала.
При прослушивании моего устройства на полную громкость, кристалл начинал перегреваться, но я убавлял уровень громкости и продолжал тестировать. В итоге, до полуночи слушал я музыку на умеренной громкости, периодически вгоняя усилитель в перегрев. Усилитель на ТДА7294 оказался очень даже надежным.
Режим STAND - BY TDA 7294
Если на 9 ногу подать 3,5В и более, то микросхема выходит из спящего режима, если подать менее 1,5В, то войдет в спящий режим.
Для того, чтобы устройство вывести из спящего режима, нужно 9 ногу через резистор 22 кОм подключить к плюсовому выводу (источника двухполярного питания).
А если 9 ногу через тот же резистор подключить к выводу GND (источника двухполярного питания), то устройство войдет в спящий режим.
Печатная плата, находящаяся под статьей, разведена так, что 9 нога через резистор 22 кОм соединена дорожкой с плюсовым выводом источника питания. Следовательно, при включении источника питания, усилитель сразу же начинает работать не в спящем режиме.
Режим MUTE TDA 7294
Если на 10 ногу TDA7294 подать 3,5В и более, то устройство выйдет из режима приглушения. Если же подать менее 1,5В, то устройство войдет в режим приглушения.
Практически это делается так: через резистор 10 кОм 10 ногу микросхемы подключаем к плюсу двухполярного источника питания. Усилитель “запоет”, то есть не будет приглушен. На печатной плате, которая прикреплена к статье, так сделано с помощью дорожки. При подаче питания на усилитель, он сразу начинает петь, без всяких перемычек и тумблеров.
Если через резистор 10 кОм 10 ногу ТДА7294 соединить с выводом GND источника питания, то наш “усилок” войдет в режим приглушения.
Источник питания.
Источником напряжения для устройства послужил собранный , который себя показал очень даже хорошо. При прослушивании одного канала ключи теплые. Так же теплые и диоды Шоттки, хоть и не установлены на них радиаторы. ИИП без защит и софтстарта.
Схему данного ИИП многие критикуют, но она очень проста в сборке. Работает она надежно без плавного включения. Эта схема очень подходит начинающим электронщикам из-за своей простаты.
Корпус.
Корпус был куплен.
