Инвертирующий усилитель на TDA 7293/7294 (с Т-образной ООС)

Зачем оно нужно – инвертирующее включение? Тут две причины: во-первых избавиться от электролитического конденсатора в цепи ООС, который на звук нехорошо влияет; во-вторых ослабить влияние неидеальности входного дифкаскада микросхемы (в нем сигнал ООС вычитается из входного сигнала и если дифкаскад плохой, то и ООС работает плохо). В интегральном исполнении дифференциальный усилитель на самом деле получается очень хорошим: из-за того, что транзисторы, расположенные на кристалле на расстоянии 0,05…0,2 мм друг от друга имеют практически одинаковые характеристики, и из-за того, что можно не бояться использовать хорошую схему на двадцати транзисторах. Тем не менее, даже с таким дифкаскадом инвертирующее включение позволит выжать максимум из качества звучания, избавившись от всех его погрешностей вообще.

Схема усилителя подходит для любой из микросхем, как TDA7294, так и TDA7293:

 

Очень важно! Резистор разделения земель R10 может ухудшить работу усилителя, если он неправильного сопротивления! Постоянка на выходе, неустойчивая работа, повышенный шум – признаки неправильного сопротивления. Наиболее частые проблемы – плохой контакт в пайке; неправильный резистор (1кОм вместо 1 Ом). Довольно часто случается, что на резисторе написано 1,5 Ома, а реальное сопротивление у него не такое. Или при пайке перегрели. Резистор можно заменить перемычкой, это ухудшит звучание совсем-совсем капельку (а если повезет, то никак не ухудшит, но следите за земляными петлями в усилителе в целом!), но если сопротивление велико, или плохая пайка – это будет намного хуже!!!

Усилитель получился просто класс (выжал из микросхемы все, что можно)! Все электролиты шунтированы пленочными конденсаторами, улучшающими их работу на высоких частотах. Входной фильтр R1С1 ослабляет влияние высокочастотных помех (которые есть всегда и везде!), а выходная цепочка R9С4 повышает устойчивость усилителя при работе на реальную нагрузку. Тип микросхемы (TDA7293 или TDA7294) выбирается установкой перемычки, идущей от конденсаторов С5С6.

Почему я рекомендую микросхему TDA7293? Потому, что она немного лучше, чем TDA7294. Кроме того, что у нее больше допустимое напряжение питания и выходная мощность, у нее более сложная схема, дающая бОльшие возможности. Например, специальный усилитель для вольтодобавки, который отключает эту цепь от выхода и снижает искажения. Еще очень полезная цепь – клип-детектор, дающий информацию о перегрузке, когда на слух ее еще не заметно.

Важный момент: входной конденсатор С2 задает нижнюю рабочую частоту усилителя по уровню -3 дБ. Выбирайте такую, как хотите. Хоть 5 Гц! Но помните, что такую частоту не воспроизведет ни одна колонка. И если на колонки подать очень низкие частоты даже небольшой величины (а они есть в реальном сигнале, особенно идущем с LP-плеера виниловых пластинок), то колонки будут перегружаться и создавать большие искажения. Так что С2 работает как сабсоник-фильтр, обрезая те частоты, которые уже не воспроизводятся. Обычно входной конденсатор настраивается на частоту в 2…3 раза ниже реальной нижней рабочей частоты колонок.

У вывода 5 сделана контактная площадка для подключения клип-детектора.

Несколько слов по поводу Т-образной ООС. Если бы я зарабатывал на всем этом деньги, я бы рассказал, какая это волшебная ООС, какой чудесный звук она дает, и как ее нужно правильно заклинать (в полночь у амбара с кузнецом!.. пардон, это, кажется, из другой оперы!). Т-образная ООС – это такая же обратная связь, как и всякая другая, в ней нет ничего необыкновенного. И ее применение здесь не самоцель – она позволяет в данном конкретном случае получить немного лучшие параметры усилителя, чем “обычная”. На самом деле, идея проста. В инвертирующем усилителе входное сопротивление определяется резистором R2 (цепь R1C1 я отбрасываю для простоты, да и влияет она очень мало). Если бы ООС была обыкновенной, то резисторов R4,R5 небыло бы, а правый по схеме вывод R3 был бы подключен к выходу усилителя. Тогда коэффициент усиления Ку=R3/R2. Поскольку Ку=25…30, то для его получения потребовалось бы либо уменьшать R2, а значит и входное сопротивления (т.е. заметно нагружать источник сигнала), либо сильно повышать R3. Но при большом значении R3 возникает много плохого: лезут помехи, начинает влиять влажность и запыленность воздуха (если плата не залита лаком), влияет емкость монтажа и близкорасположенных предметов. А делать усиление меньше, чем 20…25 раз нельзя – микросхема может возбуждаться, т.к. она скорректирована именно под такое усиление.

Для того, чтобы и нужное усиление получить, и сопротивление резистора не увеличивать и добавляются R4 и R5, которые образуют делитель и ослабляют сигнал ООС перед подачей его на R3. Теперь R3 должен обработать (ослабить) более слабый сигнал, а значит не должен быть таким большим. Вот и получается Т-обраная схема: резисторы R3,R4,R5 на вид образуют перевернутую букву Т. Недостаток этой схемы – несколько большее выходное постоянное напряжение смещения, потому что теперь глубина ООС по постоянному току не 100%, как в “обычной” ООС, а немного меньнше. Насколько это плохо? Примерно в двух десятках экземпляров усилителя оно было на уровне 60…160 мВ. Это значит, что на колонки придется по 1…6 милливатт мощности постоянного тока. Вам страшно? Мне – нет!

Итак, по сравнению с “обычным” инвертирующим включением мы получили “правильную” величину входного сопротивления и избавились от высокоомных резисторов. По сравнению с распространенной неинвертирующей схемой мы избавились от электролитического конденсатора в цепи сигнала и от неидеальности входного дифференциального усилителя.

Некоторое время спустя (примерно через год, после изготовления нескольких десятков таких усилителей), я придумал как чуть-чуть улучшить эту схему. На самом деле в этой схеме улучшать и нечего – все и так очень хорошо. Но всегда хочется сделать систему хоть чуть-чуть, но лучше. Это очень небольшая доработка и на слух изменения в звучании абсолютно незаметно. Но все же я предлагаю сделать это, потому что с такой доработкой микросхема будет чуть-чуть лучше работать. Что улучшится:

1. Улучшатся переходные процессы в микросхеме.

2. Увеличится устойчивость при работе на трудную нагрузку.

3. Микросхему станет труднее перегрузить по скорости нарастания. Теперь (совместно с цепочкой R1C1) никакой реальный сигнал не вызовет динамических искажений – мы от них застрахованы совершенно! (Но это не значит, что теперь можно будет напускать в усилитель кучу помех!)

Вся доработка сводится к установке небольшого керамического конденсатора на 47 пикофарад (допустимо от 33 до 68 пФ) параллельно резистору R3 в цепи ООС. На схеме это конденсатор Сх. О качестве конденсатора можно не бесспокоиться – такие конденсаторы обычно делают из хорошего диэлектрика и искажений они не вносят. Этот конденсатор увеличивает глубину ООС и линейность микросхемы на самых высоких частотах (выше 20 кГц). На слух абсолютно незаметно, но работать будет чуть-чуть лучше, что приятно осознавать. Вот как изменяются амплитуды гармоник и Кг при усилении синусоиды 15 кГц.

 

Без конденсатора:

 

С конденсатором:

 

И интермодуляционные искажения при подаче двух частот 18 кГц и 19 кГц. Это очень жесткий тест для усилителя, на Западе обычно пользуются более щадащим тестом, он дает “более красивые цифирки”, которые удобнее использовать для рекламы. Зато приведенный тест – это практически “испытание на выживание”, он позволяет увидеть все огрехи работы усилителя на самых высоких частотах (где усилителю работать труднее всего и он дает наибольшие искажения). Кстати, искажения довольно маленькие, такими интермодуляционными искажениями не всякий дорогой усилитель может похвастаться (я конечно не имею ввиду усилители за $100 000).

 

Без конденсатора:

 

С конденсатором:

 

Тут интермодуляция на частоте 1 кГц не изменилась (еще бы, конденсатор начинает работать на частотах выше 50 кГц), а вот на частотах 35…38 кГц уменьшилась более чем вдвое. Это означает, что в реальном мнногочастотном музыкальном сигнале высокочастотные продукты интермодуляций будут самую капельку меньше влиять на звук (имеется ввиду взаимодействие этих вот частот 35…38 кГц с сигналом). В результате получаем уменьшение перегрузки микросхемы высокими частотами.

Обратите внимание – и без конденсатора усилитель демонстрирует отличные параметры. Но всегда хочется самого-самого, вот я этот конденсатор и добавил.

Важное дополнение. В инвертирующей схеме нет смысла включать режим Mute, поскольку он замыкает на землю неинвертирующий вход, который здесь и так заземлен. Управление питанием производится режимом StdBy, см. Режимы Mute и StandBy в микросхеме TDA7294 (7293). И тут есть маленький мерзкий нюанс – включение этого режима сопровождается небольшими помехами на выходе микросхемы (почему-то когда включен Mute их нет). Поэтому емкость конденсатора С3, задающего длительность включения/выключения лучше не увеличивать (также как и сопротивления резисторов R6, R7) – тогда помехи будут непродолжительными и малозаметными. 

Внешний вид усилителя: компоновка и разводка платы очень-преочень хорошая и правильная (практически идеальная).

Вход максимально отдален от выхода и с обеих сторон “прикрыт” земляными проводниками (т.е. практически экранирован). Вся силовая земля соединяется в одной точке (в которую подводится питание). А к ней через резистор разделения земли подключена сигнальная земля. Широкие и короткие дорожки имеют мизерное сопротивление и индуктивность (особенно это важно для проводников питания). Кроме того они хорошо держат тяжелые детали.

В плате есть несколько “лишних” отверстий, чтобы можно было устанавливать конденсаторы разных габаритов. При монтаже сначала устанавливаются перемычки, причем при установке микросхемы не замкните ее выводы с перемычкой!

Дополнительный конденсатор Сх припаивается на плату с обратной стороны, при этом он не должен касаться корпусом дорожки или пайки:

Звучание усилителя – просто замечательное! Это максимум, что можно из нее выжать, а микросхема-то – неплохая!

Печатная плата в формате lay

TDA 7293 datasheet

TDA 7294 datasheet

 

Автор работы: AudioKiller electroclub.info

2009