Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7293 (TDA7294) от AudioKiller

Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294 (TDA7293) имеет хорошие параметры и великолепное звучание. Из микросхемы выжато все, на что она способна. Такой усилитель легко сделать самому, а звучит он лучше, чем все усилители производства СССР, и не хуже, чем многие европейские, американские и японские усилители производства не только XX, но и XXI века.

Усилитель сделан не по типовой схеме из datasheet, которая является простой и дешевой. В его основе лежат многочисленные исследования. Усилитель на TDA7293 использует инвертирующее включение микросхемы (инвертирующий усилитель имеет небольшие преимущества перед неинвертирующим) и используется много лет. Микросхема TDA7293 немного лучше, чем микросхема TDA7294, поэтому рекомендую использовать именно ее.

Основные параметры усилителя:

1. Реально достижимая максимальная выходная мощность – 20-80 Вт.  Она зависит от сопротивления нагрузки и напряжения питания.
2. Коэффициент усиления усилителя – 23 раза (27 дБ). Такой коэффициент усиления достаточен для того, чтобы можно было работать без предусилителя – в подавляющем большинстве случаев нет необходимости дополнительно усиливать входной сигнал. При работе от обычной звуковой карты или CD плеера, величины входного сигнала достаточно, чтобы получить максимальную выходную мощность до 70 Вт/8 Ом и более 100 Вт/4 Ом. Реальная мощность будет меньше, так как выходная мощность будет ограничиваться возможностями самой микросхемы и блока питания. Поэтому можно поставить регулятор громкости на вход усилителя и обойтись без предусилителя.
3. Диапазон частот микросхемы при таком способе включения примерно равен 3-450000 Гц. На этих частотах микросхема работает вполне хорошо. Однако такой широкий частотный диапазон реально не нужен и даже является вредным. Поэтому в данном усилителе он ограничивается искусственно и составляет примерно 20-50000 Гц (вы можете отрегулировать частотный диапазон  усилителя самостоятельно). Ограничение частотного диапазона, во-первых улучшает работу микросхемы и снижает уровень искажений (а динамические искажения, которые могут возникнуть в усилителях с глубокой отрицательной обратной связью – эти искажения в моём усилителе вообще не возникают!). Во-вторых, ограничение частотного диапазона усилителя полезно как колонкам, подключенным к усилителю, так и людям, которые через этот усилитель слушают музыку. Про то, как правильно выбрать частотный диапазон усилителя, написано ниже.
4. Коэффициент нелинейных искажений Кг (коэффициент гармоник, THD) – 0,003-0,02%.

Коэффициент гармоник – это один из главных параметров, характеризующий качество звучания, поэтому в рекламных целях его стараются сделать наиболее красивым. Для этого прибегают к различным ухищрениям: измеряют на частоте, на которой он наименьший; измеряют при «удобном» значении выходной мощности, где Кг наименьший; учитывают не все гармоники спектра искажений. Иногда даже измеряют Кг без нагрузки. При этом искажения, вносимые выходным каскадом усилителя, значительно снижаются – ведь выходной ток усилителя равен нулю. Часто при измерении Кг усилитель питают от специального стабилизированного источника питания, что также позволяет получить более красивые рекламные числа.

При измерениях усилитель работал на нагрузку 6 Ом и питался от реального источника питания. Кроме того, Кг измерено на разных частотах таким образом, чтобы учитывалось максимальное количество гармоник спектра искажений (измерялись все гармоники с частотами до 95 кГц). Зависимость Кг от частоты тестового сигнала при выходной мощности 20 Вт. Учитывались все гармоники в полосе частот до 95 кГц. Разрядность измерений 24 бита.

Зависимость коэффициента гармоник (THD) от частоты тестового сигнала:

Зависимость коэффициента гармоник (THD) от выходной мощности:

Спектр искажений (THD):

Спектр интермодуляционных искажений:

Все спектры узкие, что доказывает высокую линейность усилителя.

В этом Hi-Fi усилителе на микросхеме TDA7294 практически исключена возможность появления динамических искажений при работе совместно с реальными звуковоспроизводящими устройствами. Усилитель отлично справляется с «трудной» нагрузкой. Такой нагрузкой являются колонки, причем некоторые из них «более легкие», а некоторые «более трудные».

Электрическая схема усилителя:

Схема Hi-Fi усилителя на микросхеме TDA7293 (TDA7294) показана на рисунке. Конденсатор Cx не имеет порядкового номера. Это сделано для совместимости с самодельной печатной платой: конденсатор Cx добавлен позже.

Печатная плата для усилителя (внизу статьи есть ссылка на формат .lay):

На что обратить внимание?

В усилителе можно использовать как TDA7294, так и TDA7293. В зависимости от того, какая микросхема используется, на плате в соответствующем месте устанавливается перемычка.

1. Важно! Микросхема TDA7293 может работать в режиме микросхемы TDA7294. Если перемычка на плате установлена в положение TDA7294, то можно устанавливать как микросхему TDA7294, так и микросхему TDA7293. При этом не все преимущества микросхемы TDA7293 будут использованы.
2. Микросхема TDA7294 в режиме TDA7293 работать не может! Если перемычка на плате установлена в положение TDA7293, то микросхему TDA7294 использовать нельзя!

Микросхема TDA7293 немного лучше, чем TDA7294: у нее чуть больше выходная мощность и качество звучания, поэтому я рекомендую использовать именно TDA7293.

Емкости конденсаторов C1, C2, Cx не обязательно должны быть такими, как на схеме. Вы их выбираете самостоятельно, исходя из того, какие именно частотные свойства усилителя вы хотите получить.

Емкость конденсатора С1 зависит от сопротивления регулятора громкости.

Усилитель в целом (не только эта печатная плата, а усилитель полностью) будет иметь максимальное качество только в том случае, если абсолютно все его части правильно сделаны и соединены.

Обозначение	Тип (производитель)	Номинал	Количество	Примечание
R1	Любой металлопленочный, мощность 0,125 Вт, точность 5%	1,5 кОм	1
R2, R3, R5	Любой металлопленочный, мощность 0,125 Вт, точность 1%	33 кОм	3	Можно использовать точностью 5%, но для стерео усилителя подобрать одинаковые сопротивления в обоих каналах
R4	Любой металлопленочный, мощность 0,125 Вт, точность 1%	1,5 кОм	1	Можно использовать точностью 5%, но для стерео усилителя подобрать одинаковые сопротивления в обоих каналах
R6	Любой металлопленочный, мощность 0,125 Вт, точность 5%	12 кОм	1
R7, R8	Любой металлопленочный, мощность 0,125 Вт, точность 5%	33 кОм	2
R9	Любой металлопленочный, мощность 0,5…1 Вт, точность 5%	6,2 Ом или 6,8 Ом	1	Российский можно 0,5 Вт, импортный 1 Вт
R10	Любой металлопленочный, мощность 0,125 Вт, точность 5%	1…1,5 Ом	1	Сопротивление не должно быть больше 3 Ом, можно заменить перемычкой
С1	Керамический на 25…50В К10-17б, Murata, Vishay	1500 пФ или другая емкость, см. статью на сайте	1	Класс ТКЕ НП0 (NP0) Емкость зависит от сопротивления регулятора громкости!!!
С2	Пленочный Epcos, Wima	0,47 мкФ (0,33…0,68 мкФ)	1	Качественный конденсатор с лавсановым, или полипропиленовым (немного лучше) диэлектриком. Наиболее сильно влияет на качество звука.
С3	Электролитический Jamicon, Epcos, Samwha, Panasonic	47 мкФ 50 В	1	Диаметр 6,3 мм
С4	Пленочный Epcos, Wima	0,1 мкФ 63…100 В	1	Расстояние между выводами 7,5 или 10 мм Можно заменить на К73-17
С5	Электролитический Jamicon, Epcos, Samwha, Panasonic	100 мкФ 50 В	1	Диаметр 8 мм
С6	Пленочный Epcos, Wima	0,68…1 мкФ 63 В	1	Расстояние между выводами 12,5 или 15 мм Можно заменить на К73- 17. Высокое качество не требуется
С7, С9	Пленочный Epcos, Wima	2,2 мкФ 63…100 В (1,5…3,3 мкФ)	2	Расстояние между выводами 15…21,5 мм Можно заменить на К73-17, но нежелательно.
С8, С10	Электролитический Jamicon, Epcos, Samwha, Panasonic, Elna, Nichicon	1000 мкФ 50 В	2	1.  Диаметр 13 или 16 мм. 2.  Есть смысл использовать конденсаторы Low ESR
Сх	Керамический на 25…50В К10-17б, Murata, Vishay	47 пФ (47…82 пФ)	1	Класс ТКЕ НП0 (NP0). Емкость выбирается в зависимости от желаемой максимальной частоты. См. статью на сайте.
DA1	TDA7293	–	1	Можно заменить на TDA7294, но будет совсем чуть-чуть хуже. Перемычку на плате устанавливайте в соответствии с типом микросхемы!

Резисторы

В усилителе используются недорогие металлопленочные резисторы. Все резисторы кроме R9 мощностью 0,125…0,25 Вт. Если МЛТ, то достаточна мощность 0,5 Вт. Если R9 импортные, то рекомендуется устанавливать R9 мощностью 1 Вт. Это надежнее для работы на максимальной мощности или в качестве измерительного усилителя.

Если планируется стерео усилитель или многоканальный усилитель, то резисторы, включенные в цепь отрицательной обратной связи (R2…R5), желательно использовать с точностью 1% или лучше (более точные, чем 0,25% не нужны). В этом случае разбаланс громкости стереоканалов будет минимальным. Если доступны только резисторы точностью 5%, то их следует по возможности подобрать одинакового сопротивления во всех каналах. Другие резисторы не критичны к величине точности.

Большое значение имеет резистор R10. Этот резистор служит для разделения земли в усилителе. Но входная и выходная земли должны быть не только разделены, но и обязательно связаны. Если резистор R10 отсутствует, имеет плохой контакт или слишком большое сопротивление, то усилитель работать не будет. Поэтому важно, чтобы этот резистор был надежным и качественным и имел требуемое сопротивление. Аудио качество этому резистору не нужно. В принципе, резистор R10 можно заменить перемычкой.

Керамические конденсаторы

Конденсаторы C1 и Cx керамические из качественной низковольтной керамики, с максимальным рабочим напряжением 50 В. Качественная керамика определяется по температурному коэффициенту емкости конденсатора (ТКЕ, TCC). Эти конденсаторы должны быть с ТКЕ класса НП0 (NP0), или С0G. Иногда вместо цифры 0 пишут букву О (НПО, NPO) – это то же самое. Производитель конденсаторов является важным. Конденсаторы noname лучше не использовать. Подойдут, например, Murata, Vishay, EPCOS.

Выбор емкости конденсаторов C1 и Cx

Конденсатор С1 обрезает высокие частоты, поступающие на вход усилителя (он образует фильтр нижних частот), и тем самым подавляет высокочастотные помехи. Однако при этом сужается диапазон рабочих частот усилителя в области высоких частот. Емкость конденсатора С1 выбирается исходя из величины сопротивления регулятора громкости и требуемой частоты среза фильтра нижних частот (ФНЧ, LPF), который образует этот конденсатор совместно с резистором R1 и сопротивлением регулятора громкости.

Я предлагаю на выбор одну из двух частот: 50 кГц и 70 кГц. Частота среза 50 кГц выбирается для более сильного подавления возможных высокочастотных помех, поступающих на вход. Источниками таких помех может быть как аппаратура связи (мобильные устройства, Wi-Fi и Bluetooth, радиосвязь, телевидение), так и другие промышленные и бытовые устройства.

Но высокочастотные помехи возникают не только из-за наводок систем радиосвязи. Ультразвук может поступать на вход усилителя с проигрывателя CD (точнее, его ЦАПа) — недостаточно отфильтрованная частота дискретизации. Или, например, с проигрывателя виниловых грампластинок — там ультразвук образуется при движении иглы звукоснимателя по канавке грампластинки.

Если вы уверены в отсутствии высокочастотных помех, то частоту среза входного фильтра можно выбрать равной 70 кГц. В этом случае усилитель может иметь максимальную рабочую частоту примерно 50 кГц.

При выборе частоты среза входного фильтра равной 50 кГц усилитель может иметь максимальную рабочую частоту примерно 40 кГц.

Значения емкости конденсатора C1 в зависимости от величины сопротивления регулятора громкости и требуемой частоты среза входного фильтра.

Сопротивление регулятора громкости, кОм	Емкость конденсатора С1, необходимая для получения частоты среза входного фильтра 50 кГц, пФ	Емкость конденсатора С1, необходимая для получения частоты среза входного фильтра 70 кГц, пФ
Регулятор громкости на входе усилителя отсутствует: используется предусилитель или громкость регулируется звуковой картой компьютера	2200	1500
5	1200	820
10	820	560
20	510	360
30	360	240
50	220	160
100	120	82

Конденсатор Cx выполняет несколько функций одновременно:

— улучшает устойчивость усилителя;
— увеличивает глубину отрицательной обратной связи (ООС) на высоких частотах и снижает искажения;
— на высоких частотах форсирует сигнал в цепи ООС, что практически исключает возможность появления динамических искажений.

Конденсатор Cx также как и C1 уменьшает верхнюю граничную частоту усилителя.

Оба конденсатора работают на частотах выше 20 кГц, поэтому на воспроизведение высоких звуковых частот они практически не влияют. Совместное использование этих конденсаторов приводит к тому, что динамические искажения в усилителе вообще не возникают. Однако некоторые люди хотят получить усилитель с частотным диапазоном до 40…50 кГц. Это их право, несмотря на то, что большинство людей не слышит сигналов выше частоты 20 кГц (небольшое исследование на эту тему опубликовано в статье Исследование верхней границы слуха). Кроме того, влияние любых фильтров на частотную характеристику происходит плавно, поэтому даже если верхняя граничная частота усилителя равна 50 кГц, на частоте 20 кГц амплитудно-частотная характеристика усилителя (АЧХ) имеет завал, хоть и микроскопический.

Выбор величины емкости конденсатора Cx

Вариант 1. Частота среза входного фильтра НЧ равна 70 кГц:

Емкость конденсатора Cx, пФ	Верхняя граничная частота усилителя по уровню -3 дБ, кГц	Завал АЧХ усилителя на частоте 20 кГц, дБ
47	54	0,5
56	50	0,6
68	46	0,65
75	44	0,7
82	42	0,8

Вариант 2. Частота среза входного фильтра НЧ равна 50 кГц:

Емкость конденсатора Cx, пФ	Верхняя граничная частота усилителя по уровню -3 дБ, кГц	Завал АЧХ усилителя на частоте 20 кГц, дБ
47	42	0,8
56	40	0,9
68	37	1

Завал АЧХ на частоте 20 кГц величиной 0,8 дБ, а тем более 1 дБ может показаться слишком большим. Но на самом деле он незаметен, так как он ниже порога чувствительности слуха на этой частоте и на частоте 20 кГц уже практически нет никакого звука.

На самом деле емкость этих конденсаторов может немного отличаться от указанной. Изменение емкости частотозадающих конденсаторов на 10…20% будет незаметно. Но если изменять емкость этих конденсаторов, то все же лучше в сторону расширения АЧХ: C2 увеличивать, а C1 и Cx уменьшать.

Пленочные конденсаторы

Конденсаторы C2, C4, C6, C7, C9 пленочные лавсановые (другие названия диэлектрика – майлар, полиэстер, MKT).

Самым важным для звука является конденсатор C2. Он должен быть хорошего качества. На этом месте можно применить конденсатор с диэлектриком из полипропилена (MKP). Разницы в звуке вы, скорее всего, не заметите, но все равно будет приятно, что вы сделали максимум для получения высокого качества звучания.

На самом деле, для получения хорошего звука гораздо важнее использовать правильный блок питания и правильный монтаж блоков усилителя внутри корпуса. Но в любом случае конденсатор C2 не должен быть плохим.

Конденсатор С6 меньше всего влияет на качество звучания. В принципе, его даже можно исключить из схемы. Тем не менее, даже на этом месте использовать плохой конденсатор не рекомендуется.

Конденсатор C4 улучшает устойчивость усилителя. Его максимальное рабочее напряжение может быть до 250 В. Если есть возможность выбора, то этот конденсатор рекомендуется выбирать наибольшего размера из всех доступных, но такой, чтобы его можно было нормально установить на плату. При работе усилителя через этот конденсатор проходит сравнительно большой высокочастотный ток, и конденсатор может нагреваться. Чем больше размер конденсатора, тем меньше нагрев. Будьте благоразумными! Размер конденсатора 7,5 мм вполне достаточен!

Конденсаторы C7 и C9 помогают конденсаторам C8 и C10 снабжать усилитель энергией на высоких частотах. Емкость этих конденсаторов 2,2-4,7 мкФ, максимальное рабочее напряжение не менее 63 В. Конденсаторы должны быть качественными, чтобы хорошо работать. Чем больше емкость, тем лучше, но будьте разумными. Важно, чтобы длина выводов этих конденсаторов была минимальной – индуктивность длинных выводов будет мешать их работе. Поэтому конденсатор меньшей емкости с короткими выводами будет работать лучше, чем конденсатор большей емкости, но с длинными выводами.

Хорошие конденсаторы не обязательно дорогие. Более того, лучше использовать «обычные» конденсаторы известного производителя, чем конденсаторы неизвестного производителя, заявленные «For Audio».

Выбор емкости конденсатора C2

Величина емкости конденсатора C2 определяет как нижнюю граничную частоту усилителя, так и завал АЧХ усилителя на низких частотах. Этот конденсатор совместно с входным сопротивлением усилителя образует фильтр верхних частот (ФВЧ, HPF), пропускающий частоты выше 10-25 Гц и подавляющий частоты, лежащие ниже этого значения.

Параметры усилителя в зависимости от емкости конденсатора C2:

Емкость конденсатора C2, мкФ	Нижняя граничная частота усилителя по уровню -3 дБ, Гц	Завал АЧХ усилителя на частоте 20 Гц, дБ	Завал АЧХ усилителя на частоте 25 Гц, дБ	Завал АЧХ усилителя на частоте 30 Гц, дБ
0,22	22	3,3	2,5	1,8
0,33	14	1,8	1,3	0,9
0,47	10	0,9	0,6	0,5
0,68	7	0,5	0,3	0,2
1,0	5	0,2	0,2	0,1
1,5	3	0,1	0,1	0,05

Стратегия выбора величины емкости конденсатора C2

Чем емкость C2 больше, тем меньше нижняя частота среза усилителя (то есть усилитель достаточно сильно усиливает более низкие частоты), и тем меньше завал АЧХ на низких звуковых частотах. Но сказать, что чем емкость C2 больше, тем низкие частоты воспроизводятся лучше, будет неверно. Действительно, если АЧХ ваших колонок начинается с 40 Гц, то всё, что происходит ниже 30 Гц вас не должно беспокоить.

Правильнее будет сказать так: если емкость конденсатора C2 меньше некоторого значения, то громкость самых низких частот звукового диапазона будет уменьшаться. Например, если C2 = 0,68 мкФ, то завал АЧХ на частоте 20 Гц составляет 0,5 дБ – это намного меньше, чем предел чувствительности слуха на этой частоте, так что такой завал мы наверняка не услышим. При этом усилитель воспроизводит частоты, начиная с 7 герц. Если же емкость конденсатора C2 уменьшить до 0,1 мкФ, то громкость на самых-самых низких частотах немного снизится. Мы заметим это лишь на очень хорошей фонограмме и отличных колонках. И то, только при сравнительном прослушивании. Но ведь заметим!

А нужны ли настолько низкие частоты?

Утверждают, что если усилитель воспроизводит абсолютно все низкие частоты, начиная с постоянного напряжения, то это улучшает звук. Рассказывают даже о постоянной составляющей звука. Это все рекламные и маркетинговые уловки, не имеющие ничего общего с действительностью.

Большое количество инфразвуковых частот образуется при воспроизведении виниловых грампластинок. Особенно старых: покоробленных и имеющих эксцентриситет. Но даже при воспроизведении новых грампластинок инфразвук все же возникает: он создается и двигателем проигрывателя (рокот) и физическими процессами трения иглы в канавке. Подробно об этом писал Дуглас Селф (Douglas Self) в книге Electronics for Vinyl.

К счастью, большинство звуковых колонок на таких частотах не могут создать значительного звукового давления, но лучше, если эти частоты обрезать еще в усилителе.

Другой причиной для отказа от воспроизведения очень низких частот, являются физические процессы в громкоговорителях. Для равной громкости при снижении частоты, ход диффузора растет пропорционально второй степени. То есть, если частота снизилась вдвое, ход диффузора должен вырасти в 4 раза. На самом деле ход диффузора растет еще сильнее из-за уменьшения чувствительности слуха на самых низких частотах. Но диапазон линейного хода громкоговорителя ограничен, поэтому низкие частоты значительного уровня могут перегрузить громкоговоритель, и будет искажаться весь звук вообще.

Особенно подвержены этому явлению колонки с фазоинвертором (ФИ) – на частотах ниже частоты настройки ФИ, ход диффузора ничем не ограничен. При этом колонка звук практически не излучает, так как происходит акустическое короткое замыкание: звук, излучаемый громкоговорителем и звук, излучаемый фазоинвертором, вычитаются друг из друга практически до нуля.

В результате получается, что слышимая перегрузка отсутствует, а звук плохой. Так что с этой точки зрения, ограничение воспроизведения очень низких частот положительно сказывается на работе всей системы, на качестве звучания и на восприятии звука человеком.

С другой стороны, чем выше частота среза усилителя, тем хуже переходные процессы при воспроизведении низкочастотного музыкального сигнала (не бесконечно, а до определенных пределов). Басы, особенно в колонках с фазоинвертором, получаются немного более затянутыми.

Так что с этой точки зрения сильно увеличивать нижнюю граничную частоту усилителя тоже нежелательно.

Что же делать?

Выход такой: частота среза фильтра верхних частот, образованного конденсатором C2, должна быть в 2-3 раза меньше, чем нижняя рабочая частота колонок, подключенных к этому усилителю. Но не ниже 10 Гц. И не бойтесь завала АЧХ на низких частотах! Завал в 1 дБ на частотах ниже 30 Гц на слух незаметен.

Лично я чаще всего использую конденсатор C2 емкостью 0,33 мкФ, и реже емкостью 0,47 мкФ.

Для выбора емкости конденсатора C2 воспользуйтесь этой таблицей:

Назначение усилителя	Емкость конденсатора C2, мкФ
Колонки среднего качества с нижней рабочей частотой 50…80 Гц. Особенно рекомендуется при воспроизведении винила	0,22
Колонки более высокого качества с нижней рабочей частотой 30…40 Гц Высококачественные колонки с мощными басами и нижней рабочей частотой 20…30 Гц при воспроизведении винила	0,33
Высококачественные колонки с мощными басами и нижней рабочей частотой 20…30 Гц. Качественный сабвуфер при воспроизведении винила	0,47
Качественный сабвуфер при воспроизведении винила Качественный сабвуфер	0,68
Высококачественный сабвуфер	1,0
Сабвуфер для маньяков	1,5

Для себя и на заказ (по согласованию с заказчиками после изучения их требований и их аппаратуры) я обычно делаю два варианта усилителя (используется предварительный усилитель с регулятором громкости):

1. «Стандартный» с таким набором номиналов элементов: С1 = 2200 пФ (частота среза входного фильтра 50 кГц), Cx = 47 пФ, C2 = 0,33 мкФ полипропиленовый (MKP) Epcos или К78-19.
2. «С расширенным частотным диапазоном». С таким набором номиналов элементов: С1 = 1500 пФ (частота среза входного фильтра 70 кГц), Cx = 47 пФ, C2 = 0,47 мкФ полипропиленовый (MKP) Epcos или К78-19.

Электролитические конденсаторы

В позициях C3 и C5 должны быть обычные качественные конденсаторы. Конденсатор C3 задает время включения усилителя и на звук не влияет. Но если он некачественный или имеет большую утечку, то усилитель может не включиться. При некачественном конденсаторе C5 максимальная неискаженная выходная мощность оказывается намного меньше, чем могла бы быть.

Конденсаторы C8 и C10 выполняют сразу три функции:

1. Дополнительно подавляют пульсации напряжения питания.
2. Подпитывают усилитель на пиках громкости. Конденсаторы C8 и C10 установлены очень близко к микросхеме, и проводники, идущие от этих конденсаторов, очень короткие. Поэтому эти проводники имеют очень маленькое сопротивление и индуктивность. В результате при необходимости вся энергия этих конденсаторов быстро поступает в микросхему и передается на выход в громкоговорители.
3. Пропускают через себя ток громкоговорителей на средних и высоких частотах. В результате этот ток замыкается наиболее коротким путем.

Все эти функции на самом деле объединены. Физически это одна функция. Функции конденсаторов C8 и C10 очень важны, поэтому эти конденсаторы должны иметь хорошее качество. Очень полезно в этой позиции использовать конденсаторы типа Low ESR или Low Impedance.

Однако будьте благоразумны! Важность качества конденсаторов C8 и C10 зачастую преувеличивается. Нет смысла применять экзотические «волшебные» суперконденсаторы. Вполне достаточно хороших конденсаторов от надежного производителя. Важно, чтобы эти конденсаторы были правильно впаяны с плату. При этом они имеют выводы минимальной длины, а значит минимальное сопротивление и индуктивность.

Использовать конденсаторы C8 и C10 емкостью меньше, чем 1000 мкФ не рекомендуется. Значительно увеличивать их емкость тоже не рекомендуется. Можно использовать конденсаторы емкостью 2200 мкФ, но при качественном источнике питания разницы не будет.

На высоких частотах электролитическим конденсаторам C8 и C10 помогают пленочные конденсаторы C7 и C9, поэтому эти конденсаторы также должны иметь хорошее качество.

Установка микросхемы TDA7294

В зависимости от применяемой микросхемы на плате устанавливается перемычка в нужной позиции.

Микросхема должна быть установлена на радиаторе площадью не менее 700 см². При установке микросхемы на радиатор необходимо использовать термопасту. Радиатор должен свободно охлаждаться воздухом.

Корпус микросхемы соединен с минусом источника питания, поэтому, чтобы избежать короткого замыкания источника питания, надо либо устанавливать микросхему через изолирующую прокладку (и изолировать винт, которым микросхема крепится к радиатору), либо надежно изолировать радиатор от корпуса.

В первом варианте микросхема охлаждается немного хуже. Во втором есть возможность случайно замкнуть радиатор, находящийся под напряжением, на корпус.

На один радиатор можно установить несколько микросхем, при этом площадь радиатора увеличить в столько раз, сколько микросхем на него установлено. Но провода питания при этом должны подходить к каждой из плат усилителя. Нельзя «пускать питание» от одной микросхемы к другой через радиатор! Тот факт, что фланец микросхемы соединён с минусом питания не означает, что микросхема может получать энергию питания через свой фланец!

Крепить плату к радиатору можно просто прикрутив к нему микросхему. Этот способ применим, если на плате не используются тяжелые экзотические компоненты и если при эксплуатации усилителя отсутствует вибрация. Пример такого крепления платы в корпусе усилителя показан на странице Четырехканальный усилитель.

Габариты платы и присоединительные размеры показаны на рисунке. Фланец микросхемы выступает за габариты платы на 1…2 миллиметра в зависимости от того, как микросхема сориентирована при пайке.

Для более надежного крепления можно использовать специальное крепежное отверстие под винт с резьбой М3. Это отверстие изолировано от схемы.

Подключение регулятора громкости

Если предусилитель отсутствует, то регулятор громкости подключается непосредственно к усилителю. Важно, чтобы входные цепи не имели контакта с «землей» или с корпусом усилителя.

В качестве регулятора рекомендуется использовать переменный резистор (потенциометр) сопротивлением 30-50 кОм. Предельные значения сопротивления регулятора громкости 5-100 кОм, но при этом возможно небольшое ухудшение качества звучания.

Переменный резистор лучше использовать с экспоненциальной зависимостью сопротивления от угла поворота. Тогда при вращении ручки регулятора, громкость будет изменяться пропорционально углу поворота. Такие переменные резисторы российского производства имеют в обозначении букву В, а резисторы произведенные не в России – букву A.

Правильное подключение блоков внутри усилителя

Взаимное соединение блоков усилителя является очень важным. Если сделать неправильно, то можно получить очень плохой звук. Усилитель даже может самовозбуждаться. В правильном подключении блоков нет никакого волшебства, чистая физика.

Подробно описано в статье Подключение блоков внутри усилителя.

Источник питания для усилителя

Работа усилителя очень сильно зависит от источника питания. Фактически усилитель занимается тем, что передает энергию из источника питания в колонки. Но делает это под управлением звукового сигнала. Передача энергии происходит так, чтобы в колонках сигнал был точно такой же, как и на входе усилителя.

Рассмотрим работу «безупречного» блока питания для данного усилителя. В нем оптимальным образом устранены все погрешности, помехи и нестабильности, чтобы получить хорошее качество питания для отличной работы усилителя.

Электрическая схема блока питания:

К левым контактам (~, Gnd, ~) подключается трансформатор, с правых контактов (+, Gnd, -) постоянное напряжение питания подаётся на усилитель.

Резисторы R1, R2 совместно с конденсаторами С1, С2 образуют два снаббера, каждый из которых подключён к своей полуобмотке трансформатора. Снаббер служит для подавления возможных высокочастотных осцилляций (колебаний). Ток от трансформатора потребляется короткими импульсами, в этом состоит работа выпрямителя на ёмкостную нагрузку. В момент закрывания диодов выпрямителя, ток в цепи уменьшается до нуля за довольно короткое время. Из-за индуктивности трансформатора могут возникнуть всплески напряжения (а могут и не возникнуть), энергия которых обычно «мягко» рассеивается на сопротивлении и ёмкости обмоток трансформатора. Но иногда при очень неудачном стечении обстоятельств энергия, накопленная в индуктивности трансформатора, может рассеиваться в виде высокочастотных колебаний. При этом каждый полупериод напряжения сети сопровождается «вспышкой» высокочастотных осцилляций. Конденсаторы снаббера пропускают такие осцилляции на резисторы, где энергия рассеивается, превращаясь в тепло.

Диоды VD1-VD4 образуют выпрямитель, в котором используются диоды Шоттки. На них падает меньшее напряжение, а значит, больше напряжения получит усилитель и при том же токе они будут нагреваться меньше, чем «обычные» диоды. Кстати, чем более быстрые диоды используются в выпрямителе, тем больше шансов возникновения ударной осцилляции, которую приходится подавлять снабберами.

Каждый из диодов зашунтирован конденсатором (С3-С6). Эти конденсаторы также как и снабберы снижают помехи коммутации, но уже каждого диода по отдельности. Шунтирующие конденсаторы образуют мост. Трансформатор включается в одну диагональ этого моста, а нагрузка – в другую. Поэтому при идеальном балансе моста высокочастотные помехи, поступающие из сети через трансформатор, в нагрузку не попадают. Для этого конденсаторы должны иметь одинаковую ёмкость. Но подбирать их по ёмкости нет необходимости. Достаточно использовать конденсаторы одинакового номинала. Дело в том, что эта их функция вторична: помехи в сети должны подавляться ещё до трансформатора, поэтому небольшой разбаланс моста, вызванный разбросом ёмкостей конденсаторов, совершенно не страшен.

Электролитические конденсаторы большой ёмкости С7-С12 запасают энергию и являются фильтром питания. Они заряжаются короткими импульсами тока, поступающими от выпрямителя, и отдают эту энергию усилителю в паузах, когда напряжение в сети переходит через ноль. Если рассмотреть их работу с другой стороны, то эти конденсаторы сглаживают пульсации напряжения питания. Главное то, что от этих конденсаторов усилитель получает энергию в течение 90% времени своей работы. Так что конденсаторы должны быть качественными. Этот блок питания содержит три пары электролитических конденсаторов. При параллельном соединении ёмкость суммируются. Обычно ставят 2-3 пары конденсаторов, но так же можно применить одну пару по 30000 мкФ.

Плёночные конденсаторы С13, С14 помогают электролитическим конденсаторам работать на высоких частотах. Дело в том, что все конденсаторы имеют определённую максимальную рабочую частоту, выше которой их свойства заметно ухудшаются. У электролитических максимальная рабочая частота находится в звуковом диапазоне, т.е., на высших звуковых частотах электролитические конденсаторы большой ёмкости работают недостаточно хорошо. Если говорить честно, то в этом месте плёночные конденсаторы не нужны. Внутри блока питания усилителя, выполненного в виде отдельного узла, дополнительные плёночные конденсаторы пользы практически не приносят. Потому что усилитель подключается к блоку питания при помощи кабеля. Сопротивление и индуктивность кабеля «съедают» всю ёмкостную составляющую, создаваемую плёночными конденсаторами. Так что польза от конденсаторов C13 и C14 очень мала. Но они не приносят никакого вреда.

Резисторы R3 и R4 служат для полного разряда конденсаторов фильтра при выключении питания. Без них вполне можно обойтись.

Светодиоды используются в качестве индикаторов. Ток через светодиоды заранее выбран очень маленьким, и яркость их свечения невелика. Эти светодиоды устанавливаются не на переднюю панель усилителя для индикации питания, а на печатную плату блока питания. Их назначение – показать вам, что всё в порядке, всё работает. Но если хотите, эти светодиоды можно установить и на переднюю панель. Тогда ток через них следует увеличить, уменьшив сопротивления резисторов R5 и R6 примерно вдвое.

Резистор R7 соединяет землю схемы с корпусом усилителя.

Важно! Земля схемы должна соединяться с корпусом усилителя только в одной точке! Все другие элементы, соединённые с землёй схемы, должны быть изолированы от корпуса.

И вполне разумно, если эта точка находится в блоке питания. Но соединение производится не напрямую, а через резистор небольшого сопротивления. Гальваническая связь при этом сохраняется, а сам резистор выполняет функцию предохранителя. При коротком замыкании на корпус он ограничивает ток и сгорает, прерывая короткое замыкание.

Clip Detector

К усилителю можно подключить клип-детектор (clip-detector). Он показывает даже небольшую перегрузку усилителя, при которой начинает снижаться качество звучания. Клип-детектор обнаруживает моменты ограничения сигнала усилителем, и зажигает светодиод-индикатор, установленный на передней панели усилителя. Вы видите это, и можете снизить громкость, чтобы получить звук максимального качества. Или нет, чтобы сохранить желаемую большую громкость.

Клип-детектор имеет шесть входов, так что при использовании входных разъемов к нему можно подключить шесть усилителей. Если входные разъемы не использовать, а припаивать провода непосредственно к плате, то количество усилителей, подключаемых к одному клип-детектору неограниченно в пределах разумного. Можно использовать и отдельные клип-детекторы для каждого канала усилителя. Но в обычной ситуации в этом мало смысла: чтобы избавиться от ограничения, необходимо будет снижать громкость одновременно во всех каналах (иначе нарушится баланс), и ограничение исчезнет (если оно было) сразу в них во всех.

Принцип работы. Микросхема интегрального таймера NE555, включенная по схеме одновибратора. Схема работает в диапазоне напряжений питания +9…+46 В, а если надо, то напряжение питания можно и увеличить примерно до +75 В, обеспечив охлаждение резисторов R4, R5. Резисторы R4, R5 являются балластными, и на них гасится излишек напряжения питания. Их сопротивление выбирается исходя из напряжения питания устройства. Если таких номиналов резисторов, как получились при вычислении по формуле в схеме, не существует, то вбираются ближайшие большие.

Получившееся напряжение стабилизируется стабилитроном VD1, дополнительно сглаживается конденсатором C3 и питает схему. Низковольтное питание позволяет подключить клип-детектор к служебному источнику +12 В или источнику питания предусилителя +15 В. Если таких напряжений в вашем усилителе нет, то используется положительное плечо источника питания усилителя мощности. Схема потребляет ток примерно 20 мА и практически не нагружает никакие источники питания усилителя.

Главной особенностью этого клип-детектора является то, что длительность вспышки светодиода равна примерно 0,2-0,25 секунд. То есть даже самый кратковременный клиппинг не останется незамеченным. Длительность вспышки задает цепь R3, C2. Если длительность вспышки покажется вам недостаточной, либо наоборот, слишком большой, то можно изменить сопротивление резистора R3. Чем больше его величина, тем больше длительность вспышки, которая вычисляется по формуле:

t = 1,1 · R3 · C2

Если R3 выразить в кОм, а C3 в мкФ, то длительность вспышки будет в миллисекундах.

Габариты и установочные размеры платы клип-детектора:

Подключение клип-детектора:

Печатные платы

Материалы:

1. Hi-Fi усилитель на микросхеме TDA7294 / TDA7293
2. Безупречный блок питания для усилителя
3. Клип-детектор для TDA7293

Автор: AudioKiller