Как собрать усилитель для колонок 100 ватт

Усилитель 100 Вт на TDA7294

Усилитель мощности НЧ на TDA7294

Статья посвящается любителям громкой и качественной музыки. TDA7294 (TDA7293) – микросхема усилителя низкой частоты производства французской фирмы THOMSON. Схема содержит полевые транзисторы, что обеспечивает высокое качество звучания и мягкий звук. Простая схема, мало добавочных элементов делает схему доступной для изготовления любому радиолюбителю. Правильно собранный усилитель из исправных деталей начинает работать сразу и в наладке не нуждается.

Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA 7294 отличается от остальных усилителей такого класса:

• высокая выходная мощность,
• широкий диапазон напряжения питания,
• низкий процент гармонических искажений,
• «мягкий» звук,
• мало «навесных» деталей,
• невысокая стоимость.

Применять можно в радиолюбительских аудиоустройствах, при доработке усилителей, акустических систем, устройств аудиотехники и т.д.

На рисунке ниже показана типовая принципиальная схема усилителя мощности для одного канала.

Микросхема TDA7294 это мощный операционный усилитель, коэффициент усиления которого устанавливается цепью отрицательной обратной связи, включенной между его выходом (14 выв. микросхемы) и инверсионным входом (выв. 2 микросхемы). Прямой сигнал поступает на вход (выв. 3 микросхемы). Цепь состоит из резисторов R1 и конденсатора С1. Изменяя значения сопротивлений R1 можно подстроить чувствительность усилителя под параметры предварительного усилителя.

Структурная схема усилителя на TDA 7294

Технические характеристики микросхемы TDA7294

Напряжение питания	7,5 — 40 вольт
Номинальное напряжение питания	30 вольт
Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом (пит +/-30В)	100 Ватт
Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом(пит +/-37В)	100 Ватт
Входное сопротивление	22 кОм
Чувствительность	750 мВ
Коэф.гармонических искажений, при мощности 60 ватт	не более 0,5%
Частотный диапазон	40Гц — 20кГц
Сопротивление нагрузки	4 — 8 Ом

Технические характеристики микросхемы TDA7293

Напряжение питания	12 — 50 вольт
Номинальное напряжение питания	30 вольт
Максимальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом( пит +/-30В)	110 Ватт
Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом( пит +/-45В)	140 Ватт
Входное сопротивление	22 кОм
Чувствительность	700 мВ
Коэф.гармонических искажений, при мощности 60 ватт	не более 0,1%
Частотный диапазон	40Гц — 20кГц
Сопротивление нагрузки	4 — 8 Ом

Принципиальная схема усилителя на TDA7294

Для сборки этого усилителя понадобятся следующие детали:

1. Микросхема TDA7294 (или TDA7293)
2. Резисторы мощностью 0.25 вата
R1 – 680 Om
R2, R3, R4 – 22 kOm
R5 – 10 kOm
R6 – 47 kOm
R7 – 15 kOm
3. Конденсатор плёночный, полипропиленовый:
C1 – 0.74 mkF
4. Конденсаторы электролитические:
C2, C3, C4 – 22 mkF 50 volt
C5 – 47 mkF 50 volt
5. Резистор переменный сдвоенный — 50 kOm

На одной микросхеме можно собрать моно усилитель. Чтобы собрать стерео усилитель, надо сделать две платы. Для этого все необходимые детали умножаем на два, кроме сдвоенного переменного резистора и БП. Но об этом позже.

Печатная плата усилителя на микросхеме TDA 7294

Монтаж элементов схемы выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Похожая схема, но немного побольше элементов, в основном конденсаторов. Включена схема задержки включения по входу «mute» выв.10. Это сделано для мягкого, без хлопков, включения усилителя.

На плату устанавливается микросхема, у которой удалены не использующиеся выводы: 5, 11 и 12. Производите монтаж проводом с сечением не менее 0,74 мм2. Саму микросхему необходимо установить на радиатор площадью не менее 600 см2. Радиатор не должен касаться корпуса усилителя так, как на нём будет отрицательное напряжение питания. Сам же корпус необходимо соединить с общим проводом.

Если использовать меньшую площадь радиатора, необходимо сделать принудительный обдув, поставив вентилятор в корпус усилителя. Вентилятор подойдёт от компьютера, напряжением на 12 вольт. Саму микросхему следует крепить на радиатор с помощью теплопроводной пасты. Радиатор не соединять с токоведущими частями, кроме шины отрицательного питания. Как писали выше, металлическая пластина сзади микросхемы соединена с цепью отрицательного питания.

Микросхемы для обоих каналов можно установить на один общий радиатор.

Блок питания для усилителя.

Блок питания представляет собой понижающий трансформатор с двумя обмотками напряжением 25 вольт и силой тока не менее 5 ампер. Напряжение на обмотках должно быть одинаковым и конденсаторы фильтра тоже. Нельзя допускать перекоса напряжения. При подаче двухполярного питания на усилитель, оно должно подаваться одновременно!

Диоды в выпрямителе лучше поставить сверхбыстрые, но в принципе подойдут и обычные типа Д242-246 на ток не менее 10А. Желательно параллельно каждому диоду припаять конденсатор ёмкостью 0,01 мкф. Также можно использовать готовые диодные мосты с такими же параметрами по току.

Конденсаторы фильтра C1 и C3 имеют ёмкость 22.000 мкф на напряжение 50 вольт, конденсаторы C2 и C4 имеют ёмкость 0,1 мкф.

Напряжение питания в 35 вольт должно быть только при нагрузке 8 Ом, если у вас нагрузка 4 Ома, то напряжение питания надо уменьшить до 27 вольт. В этом случае напряжение на вторичных обмотках трансформатора должно быть 20 вольт.

Можно использовать два одинаковых трансформатора мощностью 240 ватт каждый. Один из них служит для получения положительного напряжения, второй — отрицательного. Мощность двух трансформаторов составляет 480 ватт, что вполне подойдет для усилителя с выходной мощностью 2 х 100 Ватт.

Трансформаторы ТБС 024 220-24 можно заменить на любые другие мощностью не менее 200 Ватт каждый. Как писали выше питание должно быть одинаковое — транcформаторы должны быть одинаковые. Напряжение на вторичной обмотке каждого трансформатора от 24 до 29 вольт.

Схема усилителя повышенной мощности на двух микросхемах TDA7294 по мостовой схеме.

По такой схеме для стерео варианта понадобится четыре микросхемы.

Технические характеристики усилителя:

• Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом (пит. +/- 25В) — 150 Вт;
• Максимальная выходная мощность на нагрузке 16 Ом (пит. +/- 35В) — 170 Вт;
• Сопротивление нагрузки: 8 — 16 Ом;
• Коэф. гармонических искажений, при макс. мощности 150 ватт, напр. 25В, нагр. 8 Ом, частоте 1 кГц — 10%;
• Коэф. гармонических искажений, при мощности 10-100 ватт, напр. 25В, нагр. 8 Ом, частоте 1 кГц — 0,01%;
• Коэф. гармонических искажений, при мощности 10-120 ватт, напр. 35В, нагр. 16 Ом, частоте 1 кГц — 0,006%;
• Частотный диапазон (при нер. АЧХ 1 db) — 50Гц … 100кГц.

Вид готового усилителя в деревянном корпусе с прозрачной верхней крышкой из оргстекла.

Для работы усилителя в полную мощность нужно подать необходимый уровень сигнала на вход микросхемы, а это не менее 750мВ. Если сигнала не хватает, то нужно собрать для раскачки предварительный усилитель.

Схема предварительного усилителя на TDA1524A

Налаживание усилителя

Правильно собранный усилитель в налаживании не нуждается, но никто не гарантирует, что все детали абсолютно исправны, при первом включении нужно соблюдать осторожность.

Первое включение проводится без нагрузки и с отключенным источником входного сигнала (лучше вообще закоротить вход перемычкой). Хорошо бы в цепь питания (и в «плюс» и в «минус» между источником питания и самим усилителем) включить предохранители порядка 1А. Кратковременно (

0,5 сек.) подаем напряжение питания и убеждаемся, что ток, потребляемый от источника небольшой — предохранители не сгорают. Удобно, если в источнике есть светодиодные индикаторы — при отключении от сети, светодиоды продолжают гореть не менее 20 секунд: конденсаторы фильтра долго разряжаются маленьким током покоя микросхемы.

Если потребляемый микросхемой ток большой (больше 300 мА), то причин может быть много: КЗ в монтаже; плохой контакт в «земляном» проводе от источника; перепутаны «плюс» и «минус»; выводы микросхемы касаются перемычки; неисправна микросхема; неправильно впаяны конденсаторы С11, С13; неисправны конденсаторы С10-С13.

Убедившись, что с током покоя все нормально, смело включаем питание и измеряем постоянное напряжение на выходе. Его величина не должна превышать +-0,05 В. Большое напряжение говорит о проблемах с С3 (реже с С4), или с микросхемой. Бывали случаи, когда «межземельный» резистор либо был плохо пропаян, либо вместо 3 Ом имел сопротивление 3 кОм. При этом на выходе была постоянка 10…20 вольт. Подключив к выходу вольтметр переменного тока, убеждаемся, что переменное напряжение на выходе равно нулю (это лучше всего делать с замкнутым входом, или просто с не подключенным входным кабелем, иначе на выходе будут помехи). Наличие на выходе переменного напряжения говорит о проблемах с микросхемой, или цепями С7R9, С3R3R4, R10. К сожалению, зачастую обычные тестеры не могут измерить высокочастотное напряжение, которое появляется при самовозбуждении (до 100 кГц), поэтому лучше всего здесь использовать осциллограф.

Далее подключаем нагрузку и ещё раз проверяем на отсутствие возбуждения с нагрузкой.

Источник

Качественный усилитель 100Вт+100Вт

Конструктивно усилитель выполнен в алюминиевом корпусе и включает в себя четыре основных блока: два канала оконечных усилителей, блок питания и защиту акустической системы.

Усилители звуковой частоты выполнены по популярной, и можно сказать уже легендарной схеме «Оплеуха микрухам Mark.II», разработчиком которой является Илья Стельмах (Nem0).

Схема усилителя ОМ Mark. II

Основные технические характеристики ОМ Mark. II

К статье приложена печатная плата УНЧ в формате «LAY6». На этой плате можно собрать более обновленную схему «Оплеуха микрухам 2.5».

Схема ОМ 2.5 и основные характеристики

Компоненты

В качестве неполярных конденсаторов я применил пленочные емкости, за исключением C3-C5 – керамические. В качестве C2 желательно применить неполярный электролитический конденсатор, что я и сделал.

Электролитические полярные конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение, больше питающего напряжения на 20-30%, поэтому я применил емкости на 50В.

Все резисторы мощностью 0.25Вт за исключением R26-R29 и R30, их мощность должна быть 2Вт и желательно они не должны быть проволочными.

В качестве R3 и R16, по рекомендации автора схемы, я установил многооборотные подстроечные резисторы. Они позволяют производить плавную и легкую установку тока покоя и плавно выставлять нулевую постоянную составляющую на выходе УНЧ.

Регулятор громкости я установил китайский на 100кОм, другого не нашел. Перебрав семь штук так и не нашел с одинаковым сопротивлением каналов. По возможности не используйте этот тип переменных резисторов, иначе при повороте ручки регулятора в одной колонке будет слышен сигнал, а в другой еще нет, то есть не симметричная регулировка. Сопротивление регулятора громкости может быть от 20кОм до 100кОм.

Транзисторы должны быть оригинальными, иначе возможны возбуждения или вовсе усилитель не запуститься, или даже выйдет из строя при запуске.

Автор предлагает следующие замены транзисторов:

Я замены аналогами не производил, а устанавливал на плату только указанные на схеме транзисторы.

Транзисторы VT9, VT13, VT14 я закрепил на теплоотводе через изоляционные прокладки, чтобы исключить контакт их коллекторов с радиатором.

Питание усилителя

Источником у меня служит импульсный блок питания с выходным напряжением ±36В на холостом ходу, который обеспечивает выходную мощность 200Вт. Его конструкцию я описывал в статье «Надежный ИИП для усилителя».

Напряжение ±36В (на полной нагрузке ±31.5В) было подобрано таким образом, чтобы усилитель развивал мощность 50Вт+50Вт на нагрузку 8Ом, без искажения синусоиды на выходе.

На печатных платах ОМ2 я уменьшил емкость электролитических конденсаторов по питанию, а точнее некоторые электролиты были заменены небольшими емкостями пленочных конденсаторов. Это действие было направлено на исключение срабатывания защиты ИИП при старте. В каждом плече у меня осталось чуть больше 1000мкФ, что для импульсного источника мощностью 200Вт более чем достаточно.

ИИП имеет защиту от короткого замыкания, что очень полезно настраивая и проверяя усилитель.

Защита акустической системы

При выходе из строя транзисторов оконечных каскадов ОМ2 на акустическую систему поступит напряжение питания и акустика выйдет из строя. Для исключения этой неприятной ситуации я применил защиту АС от усилителя «Бриг», описанную в статье «Защита акустических систем». Защита отлично срабатывает при появлении постоянной составляющей на выходе усилителя, начиная с напряжения ±1.5В. Кроме того, защита обеспечивает задержку при включении, это избавляет от появления в акустике различных щелчков и других переходных процессов при подаче питания на устройство в целом.

Питание защиты я организовал через однополупериодный выпрямитель от вторичной обмотки импульсного трансформатора, а также убрал электролитический конденсатор по питанию на плате защиты, вместо него поставил пленочный на 330нФ. Эти действия обеспечили практически мгновенное отключение акустики при отключении питания аппарата, избавив от щелчка в акустической системе при выключении.

Конструкция усилителя

Для одного канала ОМ2 (ОМ2.5) необходим теплоотвод с площадью поверхности 700?1000см 2 , поэтому корпус аппарата выбран с боковыми радиаторами, площадь поверхности которых составляет 850см 2 .

Как говорилось выше, транзисторы VT9, VT13, VT14 установлены на радиаторы через силиконовые прокладки. Ставить изоляционные втулки на них нет необходимости, так как исполнение транзисторов исключает касание крепежного винта с их фланцами.

Все платы установлены на латунные стойки 6мм и 8мм, которые прикручены к нижней крышке шасси.

На печатной плате не предусмотрено соединение сигнальной и основной земель, поэтому необходиму установить перемычку, иначе усилитель работать не будет.

Корпус аппарата подключен к общему проводу источника питания только в одном месте.

Для минимизации наводок на слаботочные сигнальные провода, проходящие от входов RCA (тюльпаны) до входной части ОМ2 (ОМ2.5), эти провода свиты в витую пару. Также, для уменьшения излучения от силовых проводов (питание, акустика), эти провода тоже свиты.

С той же целью, регулятор громкости, сопротивлением 100кОм, вынесен как можно ближе к гнездам RCA. Для этого использован вал диаметром 6мм.

Изначально вал вращался, контактируя с алюминиевой вставкой, что при трении вызывало помехи и на средней громкости, при вращении регулятора срабатывала защита АС. Для устранения этого дефекта была установлена фторопластовая шайба.

Сначала я хотел установить экраны между платами ОМ2 и ИИП, но с данной компоновкой усилителя, в акустике не слышен высокочастотный фон, как предполагают любители линейных блоков питания.

На переднюю панель выведен светодиод индикации включения, питающийся от положительной шины (+36В) через резистор 6.8кОм 0.5Вт.

На заднюю панель выведены гнезда RCA и гнезда типа «бананы» для подключения акустики. Все гнезда установлены через изоляционные втулки и шайбы, гнезда ни в коем случае не должны контактировать с корпусом шасси.

Настройка и первый запуск

Если вы повторяете данную схему, то необходимо перед первым запуском движок подстроечного резистора R3 выкрутить на середину. Подстроечный резистор R16 необходимо выкрутить таким образом, чтобы между базой и эмиттером VT9 было максимальное сопротивление.

После десятиминутного прогрева, замыкаем входы усилителя на общий провод, либо выкручиваем регулятор громкости на минимум. Далее устанавливаем щупы милливольтметра постоянного тока между эмиттерами VT13 и VT14, и вращая движок R16, выставляем 30-60мВ, что соответствует току покоя 60-130мА при сопротивлении R26-R29 0.47Ом. Я выставил падение напряжения на эмиттерных резисторах 50мВ, их суммарное сопротивление 0.47Ом.

Итого, I_покоя = 50мВ/0.47Ом = 105мА.

Подключив щупы милливольтметра постоянного тока к выходу усилителя, вращая движок R3, выставляем напряжение постоянного тока равное 0мВ.

После чего, я подключил акустическую систему, и выполнил прогон на средней громкости в течении 10мин, а после повторил настройку снова.

Прогон и испытание

Так как я проектировал свой аппарат на нагрузку сопротивлением 8Ом, то на каждый выход я установил резистор сопротивлением 8Ом. Резисторы прижаты к теплоотводу.

На вход я подал синусоидальный сигнал частотой 1000Гц 0.65В. Постепенно, выкручивая регулятор громкости на максимум, я вывел усилитель на предельную мощность, при которой еще не срезается верх синусоиды (нет клиппинга). Напряжение на резисторах составило 19В, что соответствует чистой мощности 45Вт на каждый канал с сопротивлением нагрузки 8Ом. Максимальная мощность каждого канала в клиппинге составила 65Вт.

На мощности 50Вт+50Вт я прогнал усилитель в течении 20 минут, боковые радиаторы нагрелись до 50 0 С, Это вполне нормально. Диоды Шоттки на ИИП нагрелись до 105 0 С, трансформатор до 65 0 С, при этом, верхняя крышка шасси была закрыта.

Такой нагрев ИИП нормальный, так как учитывая КПД ОМ2 равный 55%, блок питания отдавал мощность 180Вт практически на статическую нагрузку (синус). При прослушивании музыкальных программ нагрев значительно снизиться.

Возбуждение усилителя

Если вы, как и я собрали усилитель качественно, смыли остатки флюса, а усилитель возбуждается (слышны щелчки, писк, гудение, повышенный нагрев), то возможно это вызвано некачественными компонентами или другими причинами. Я заметил возбуждение одного канала при измерении мощности.

На около предельной мощности низ синусоиды имел следующий вид:

Автор схемы дает несколько рекомендаций для решения проблемы самовозбуждения:

Увеличив C5 до 44пФ, сигнал стал четким и красивым. Спасибо товарищу Nem0 за схему и рекомендации!

В целом, усилитель работает отлично, звучит мощно и насыщено.

Схема, печатная плата и характеристики усилителя ОМ2 (ОМ2.5) взяты из сообщества «[Nem0] Аудиотехника и Радиоэлектроника».

Источник