Транзисторный усилитель на 100 ватт. Мощный УНЧ на микросхемах TDA7294 (100 Вт). Ламповый усилитель звука своими руками

TDA7294 - микросхема усилителя низкой частоты производства французской фирмы THOMSON. Эта микросхема построена на полевых транзисторах, что обеспечивает высокое качество звучания, а минимум навесных элементов гарантирует хорошую повторяемость устройства. Правильно собранный усилитель из исправных деталей начинает работать сразу и в наладке не нуждается. Внешний вид микросхемы показан на первом рисунке.

Для сборки 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

Для стерео усилителя понадобится двойной комплект деталей, за исключением переменного резистора.
Монтаж выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Её чертёж представлен на втором рисунке. Так же добавлен архив с платой в формате.cdr в масштабе один к одному.
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.

Теперь несколько слов о блоке питания.

Блок питания представляет собой понижающий трансформатор с двумя обмотками напряжением 25 вольт и силой тока 5 ампер. Диоды в выпрямителе лучше поставить сверхбыстрые, но в принципе подойдут и обычные. Желательно параллельно каждому диоду припаять конденсатор ёмкостью 0.01 mkF. Конденсаторы фильтра C1 и C3 имеют ёмкость 22.000 mkF на напряжение 50 вольт, конденсаторы C2 и C4 имеют ёмкость 0.1 mkF. Блоку питания уделите особое внимание, напряжение на обмотках должно быть одинаковым и конденсаторы фильтра тоже. Нельзя допускать перекоса напряжения. При подаче питания на усилитель, оно должно подаваться одновременно. В противном случае микросхема взорвётся, что очень впечатляет!
Напряжение питания в 35 вольт должно быть только при нагузке 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.

Усилитель звука 100 ватт — предлагаю для повторения схему стерео усилителя мощности, с высококачественным звучанием, проверенным в работе. Конструкция собрана на четырех одноканальных усилителях низкой частоты LM3886, производства фирмы National Semiconductor. Микросхемы включены в параллельном варианте, по две на каждый канал. При сопротивлении нагрузки 8 Ом мощность на выходе оконечного каскада составляет около 50 Вт, а на 4 Ом будет 100 Вт.

Между прочим известная компания «Jeff Rowland Design Group» в своих усилителях класса Hi-Fi применяет УНЧ LM3886, при этом имеет отличные рецензии. Поэтому исходя из выше сказанного, бюджетные аппараты такого типа вполне могут обладать высоким качеством звучания!

LM3886 как не инвертирующий усилитель

Усилитель звука 100 ватт на LM3886 работает как не инвертирующий усилитель. Именно такая схема включения обладает устойчивым коэффициентом усиления при нулевой разности фаз относительно входных и выходных сигналов. Значение сопротивления входного тракта усилителя устанавливается подбором постоянного резистора R1-47 кОм. Высокочастотный фильтр установленный на входных коннекторах RCA, состоит из резистора R20-680 Ом и емкости С20-470pF. Для фильтрации звукового сигнала по ВЧ, во входных цепях микросхемы LM3886 предусмотрены конденсаторы C4 и С8 с номиналом 220pF.

В некоторых модулях конструкции были применены конденсаторы высокого качества зарубежных производителей, в частности фирмы Auricap (С1-1uF) и Black Gate. Например: в качестве фильтра постоянного напряжения используется С2, С6, С12, С16 (Black Gate).

На снимке ниже показана схема данного усилителя.

Разводка печатной платы

Разводка печатки выполнялась таким образом, чтобы силовая дорожка «корпус» и сигнальные шины располагаться как можно дальше друг от друга. В то же время сигнальная дорожка идущая на «корпус» расположена в центре, в окружении силовой шины «корпус». Рядом с конденсатором С5 они объединены одним проводника. Разводка печатки выполнялась с помощью PADS PowerPCB 5.0.

Если для кого – то сложно самому заниматься созданием печатных плат, то целесообразнее будет отдать эту работу специалистам. Хотя усилитель звука 100 ватт не так уже и сложен. Но все таки, если есть определенные навыки в изготовлении плат, то можно попробовать и самому.

Готовые печатные платы

Постоянные резисторы с номиналом 1 кОм и 20 кОм желательно устанавливать прецизионные с повышенной точностью ± 0.1%. Выходные резисторы в количестве шести штук нужно ставить однопроцентные с номинальным сопротивлением 1 Ом и мощностью пол-ватта. Так как резистор на три ватта с точностью 1 % найти сложно.

В этой конструкции была использована микросхема в изолированном корпусе LM3886 TF (корпус TO-220-11 Isolated), поэтому крепилась она к радиатору без изоляционной прокладки. Только нужно будет обязательно на нее нанести теплопроводную пасту, например: КПТ-8.

Разделяющий конденсатор

Чтобы исключить возможность появления в тракте переменного тока постоянной составляющей, в цепи установлен фирменный разделяющий конденсатор с номиналом 1uF — 450v. Это конденсатор должен быть высокого качества от зарубежного производителя, так как он применяется в основном сигнальном тракте.

В высокочастотном фильтре задействованы конденсаторы 47pF и 220pF фирмы Silver Mica.

В цепи напряжения питания в качестве фильтра реализована емкость 1000 uF x 50v Black Gate от фирмы Jelmax (Токио)

Повышение качества звучания

Электролитические конденсаторы C2 и C6 с номинальным значением 100uF x 50v также японские Black Gate. Однако для повышения качества звучания следует применить в этой цепи неполярные конденсаторы, если конечно позволяют размеры платы.

Цепочка фильтрующих элементов состоящая из R20-680 Ом и C20-470pF размещена непосредственно на RCA-коннекторе. Такой вариант монтажа компонентов дает возможность убрать высокочастотные шумы, прежде чем они появятся в схеме усилителя.

Также для лучшей фильтрации ВЧ искажений, разделительная емкость по питанию 0.1uF припаяна именно на выводы микросхемы LM3886, только со стороны контактных площадок платы.

УНЧ LM3886 закреплен на алюминиевом теплоотводе, а уже сам радиатор крепится непосредственно к корпусу усилителя. Для увеличения коэффициента рассеивания тепла от микросхем, с внешней стороны корпуса крепится еще добавочные три теплоотвода. В качестве таких теплоотводов использовались ненужные радиаторы охлаждения процессора компьютера. Для эффективного рассеивания тепла выделяемого микросхемами, не забываете везде применять тепло проводимую пасту.

При всех реализованных радиаторах охлаждения, выходной каскад усилителя на номинальной мощности нагревается вполне допустимо.

Блок питания собран с использованием положительного регулируемого стабилизатора LT1083 с низким падением напряжения. В цепи стабилизатора, перед микросхемой установлен конденсатор 1000uF, а после ее 100uF. Данная схема стабилизатора с возможностью регулировать напряжение, позволила практически полностью избавится напряжения пульсаций.

В блоке выпрямителя, диодные мосты собраны на ультра быстрых мощных диодах MUR860 с обратным напряжением 600v.

Это многократно проверенная схема самодельного 100 ваттного усилителя на популярной микросхеме TDA7294 усиленной парой мощных транзисторов на выходе. Схема эта предназначена для низкоомной нагрузки, но в ней бОльшая часть выходного тока снимается не с микросхемы, а поставляется в нагрузку дополнительными транзисторами. А микросхема ими только управляет. УМЗЧ предназначен для работы с низкоомной нагрузкой, мощностью от 100 ватт.

Как видно, усилитель на МС TDA7294 дополняется двумя мощными выходными транзисторами, работающими в режиме В. Они усиливают выходной ток микросхемы, поэтому на ней рассеивается гораздо меньшая мощность, из-за чего можно поднять напряжение питания, чтобы получить повышенную мощность в нагрузке. В состоянии покоя выходные транзисторы закрыты и тока от источника питания не потребляют. При небольшом уровне сигнала (до ~0,5 вольт на нагрузке) транзисторы не открываются, а выходной сигнал протекает с выхода микросхемы в нагрузку через резистор R7. При этом на нем появляется напряжение. С ростом уровня сигнала напряжение на R7 растет, и когда оно достигает ~0,6 вольт (это соответствует мощности 30…50 мВт на нагрузке 4 Ома), выходные транзисторы начинают открываться. При маленьких выходных напряжениях выходные транзисторы открываются только на пиках громкости на непродолжительное время. По мере роста выходного сигнала, выходной каскад включается в работу, беря на себя питание нагрузки. При этом от микросхемы в динамик поступает только 10% мощности и еще ~10% от выходной мощности микросхема тратит на раскачку выходных транзисторов.

Таким образом, можно работать на низкоомной нагрузке и получить на ней максимум напряжения и тока без перегрева микросхемы. В отличие от "параллельного" включения, здесь микросхема выполняет роль предварительного каскада, а основной мощностью управляют дополнительные транзисторы. Такое включение будет неплохим вариантом для раскачки мощного сабвуфера, причем его мощность доходит до 100 Вт. Умощненная микросхема как раз легко такую мощность дает. Второй вариант - НЧ/СЧ канал двухполосного усилителя (ВЧ канал сделан на TDA7294 без умощнения) для озвучки помещения. В качестве выходных можно использовать только биполярные транзисторы! У полевых для открывания нужно приложить большое напряжение - порядка 4 вольт, а то и больше. А это напряжение образуется на резисторе R7. Его мощность при этом должна быть минимум 5 Вт, греться он будет соответственно. А, главное, на малой мощности будет работать только одна микросхема без выходников.

Катушку L1 можно намотать прямо на R8. Для этого берется резистор типа МЛТ-2 Вт и на него наматывается 2 слоя провода диаметром 1 мм. Верхний слой должен быть короче, чтобы витки не сползали. Катушку слегка пропитать клеем, чтобы не разлезалась. Выводы катушки наматываем на выводы резистора. Для микросхемы понадобится небольшой радиатор. Можно ее и транзисторы поставить на общий радиатор через прокладки. После сборки усилителя надо убедиться в отсутствии самовозбуждения, посмотрев на сигнал при помощи осциллографа.

Для повышения выходной мощности усилителя свыше 100 ватт, надо напряжение питания транзисторов поднять до 50 вольт нестабилизированным напряжением. А для микросхемы используем стабилизатор на +- 38 вольт. Стабилизатор включается в разрывы цепей питания микросхемы в точках А и Б. Теперь просадки напряжения питания на микросхему не влияют, поэтому питание микросхемы всегда максимально и она всегда может выдать максимум выходного напряжения. А значит напряжение и мощность на нагрузке всегда будут максимально возможными.

Представляем вашему вниманию стерео УНЧ мощностью 100Вт класса Н, который легко собрать даже начинающим радиолюбителям. TDA7294 интегральная микросхема в монолитном корпусе Multiwatt15. Имеет широкий диапазон питающих напряжений +/-40В и может обеспечить высокую выходную мощность на нагрузках 4 и 8 Ом.

Есть встроенная защита от короткого замыкания в нагрузке и защита от перегрева (по достижении 145 градусов).

Также есть функция Mute, которая используется для исключения щелчков при включении и режим ожидания (Stand-by). Диапазон воспроизводимых частот 20-20000Гц. Общие гармонические искажения не более 0.1%.

Обратите внимание, что корпус микросхемы соединен с -Vcc, поэтому не следует устанавливать его в металлический корпус без изоляции. В противном случае, произойдет короткое замыкание с землей. До привинчивания микросхемы к радиатору не забудьте нанести термопасту.

Ниже показана принципиальная схема усилителя мощности на микросхеме TDA7294.

На фото показан только один из каналов усилителя.

На рисунках изображена печатная плата и расположение деталей на ней.

На фотографиях показана последовательность сборки плат

Примечания:

Микросхема TDA7294 IC не совместима с резисторами с допуском 1%.
О конденсаторах фильтра 1000мкФ: если вы используете динамиками диаметром более 10 дюймов (25,4см), следует увеличить емкость конденсаторов до 2200мкФ.
Выбор конденсатора 47мкФ: рекомендую использовать 47uF 50V производства Elna SilmicII и 47uF 50V производства Nichicon MUSE KZ.

Параметры усилителя:

Выходная мощность на нагрузке 4 Ом, не менее: 100 Вт

Полоса пропускания: 10 – 400000 Гц

Скорость нарастания: 60 В/мкс

Искажения: – не к ночи будут упомянуты, но весьма малы

Однажды попытался измерить стандартными путями. Г3-102 на 1 кГц давал порядка 0,02%. После усилителя получилось 0,005%. Очевидно весьма широкий спектр гармоник генератора фильтровался выше 20 кГц входной цепочкой R 1 C 2, а своих искажений усилитель практически не добавлял. Вот и получил, что получил. За неимением Брюль&Кьеровских спектроанализаторов решил тему закрыть и объявить параметры достаточными, как это успешно делает Роллс-Ройс.

Схема

Вначале хрестоматийный дифкаскад (Т1,Т2) с хрестоматийным же генератором тока (Т3). Ничего необычного. Частота среза (С3 R 4) выбрана слегка за 20 кГц, благо хорошие частотные свойства следующих каскадов это позволяют. Усилитель напряжения (Т4) дополнен эмиттерным повторителем (Т5). Насколько это улучшает частотные свойства, можете убедиться сами, сравнив осциллограммы крутых фронтов с ним и без него. Полоса пропускания усилителя (в разумных пределах) практически линейно зависит от тока через этот каскад. Так что, хотите иметь полмегагерца – задавайте ток не менее 20 мА, что и сделано. Поэтому Т5 и Т6, рассеивающие каждый около 1 Вт, крепите на радиаторах. Достаточно простейших, пластинчатых по 10 см 2 . Следующая особенность – С5, С6. Дело в том, что емкость коллектор-база Т7 и Т8 при работе на больших амплитудах гуляет где-то от 10 до 100 пФ, так же гуляет вслед за сигналом частота среза. Это не полезно. 200 пФ, включенных параллельно база-коллекторному переходу заведомо ухудшает частотные свойства каскада на малых амплитудах, но стабилизирует частоту среза, а благодаря большому току предыдущего каскада она остается достаточно высокой (порядка 400 кГц). Начальный ток этих транзисторов с помощью D 3- D 5, R 11 и R 12 выбран порядка 20 мА. Это много, но это правильно. Сравнительно большой ток плюс низкие номиналы R 11 и R 12 при запертых оконечных транзисторах на малых амплитудах сигнала позволяет не прерываться общей обратной связи, что делает ненаблюдаемыми искажения типа «ступенька» что на 20, что на 100 кГц. Опять же, 20 Ом в базовых цепях Т9 и Т10 позволяют быстро рассасываться базовым зарядам, и даже на больших уровнях ВЧ-сигнала сквозной ток перестает быть угрозой. Естественно, для этих транзисторов нужны радиаторы аналогичные предыдущим. База-эмиттерные напряжения Т9 и Т10 выбраны порядка 20 Ом*20 мА=400 мВ, т.е. за 200-300 мВ до начала отпирания, что радикальным образом решает проблему термостабилизации начального тока. Нет тока – нет проблемы. Это также повышает общий к.п.д. усилителя. На громкостях, когда у усилителя Audiolab 8000 S (заявленная выходная мощность 60 Вт) через 15-20 мин срабатывала тепловая защита, данный усилитель работал, особо не перегреваясь.

Детали

D 1 – D 5 – КД521 или любые им подобные.

Т1 , Т2 – КТ3102А, желательно отобрать с близкими коэффициентами усиления и напряжениями база-эмиттер, хотя это и не критично.

Т3 – КТ817Г без особых претензий. Почему КТ817, а не КТ815? Потому, что 817-е у нас, в отличие от 815-х, умеют делать. Их можно ставить куда угодно без отбора, а у 815-х встречаются партии с аномально низким пробивным напряжением коллектор-эмиттер.

Т4 – КТ3107И, КТ3108, КТ313. И его надо отобрать по пробивному напряжению. Закоротите базу с эмиттером и подайте относительно них на коллектор отрицательные 200 В через резистор 100-200 кОм. Измерьте высокоомным вольтметром или осциллографом напряжение коллектор-эмиттер. Желательно получить не менее 120 В. Меньше 90 В – прямой путь к выгоранию усилителя.

Т5 , Т6 – КТ602 с любой буквой без отбора и это, пожалуй, лучший выбор для данного каскада.

В фазоинверторе Т7 и Т8 в пару к приличному КТ817Г (Т7) вместо полагающегося КТ816 (опять безобразное исполнение) включен КТ639Е, Ж (Т8). Его тоже желательно отобрать по пробивному напряжению не менее 120 В. Для полноты счастья можно отобрать эту парочку еще и по коэффициентам усиления не менее 50, но среди 90% из любой партии они и так заведомо лучше.

Т9 – КТ864, Т10 – КТ865 – очень достойная пара. Можно с некоторым (не фатальным) ухудшением частотных параметров применить нашу классику – КТ819Г, КТ818Г в пластмассе или в металле в зависимости от желаемой выходной мощности. Кстати, снижение питающих напряжений в 2-3 раза при пропорциональном уменьшении R 8 не влияет на параметры усилителя за исключением, естественно, максимальной выходной мощности, которая снижается приблизительно пропорционально квадрату снижения напряжения питания.

С1 – лучше металлопленочный типа К10-17 или ему подобный.

С4 – лучший выбор – неполярный Black Gate , но 10$ за конденсатор – не для всех удачная покупка, так что ставьте советские неполярные электролиты. Если найдете. Если не найдете – тогда Ваш выбор – К50-16 плюсом на землю, напряжение желательно не менее 50 В. Все равно будет работать.

L 1 мотается обмоточным проводом 0,6 – 0,8 мм диаметром на двухваттном R 17 в один слой, но, если длина Ваших колоночных проводов меньше 1 км, можете вообще отказаться от этой (L 1, R 17) цепочки.

Сборка

Уместны все стандартные требования, предъявляемые к монтажу ВЧ устройств. Четыре «земляных» точки – не прихоть, а жестокая необходимость. Каждую из них тяните отдельным проводом к средней точке конденсаторов фильтра питания. Туда же придет и нижний провод нагрузки. Попытка объединения на печатной плате упомянутых четырех «земель» и соединение их с блоком питания одним проводом как правило приводит к неустранимому ВЧ свисту. Питать в стереоварианте каждый усилитель от своего блока питания, конечно, хорошо, но слишком роскошно. Достаточно иметь на каждый канал свой двухполярный мост с парой конденсаторов не менее 4700 мкФ х 50 В, двухполярной обмотки на трансформаторе достаточно одной. Такой вариант дает развязку по питанию лучше 60 дБ, что для Hi – Fi более чем достаточно.

Включение

Первое включение желательно проводить без нагрузки, включив в + и – питающие провода по двухваттному резистору Ом на 50. Если при сборке допущена ошибка – пусть лучше сгорят они. Если сразу не сгорели – смотрим постоянную составляющую на выходе. Должно быть не более 15 мВ. Если больше – скорее всего проблема в неподобранности транзисторов дифкаскада. Можно слегка поварьировать R 4, добиваясь минимума сдвига. Далее контролируем напряжения на базах выходных транзисторов. Должны быть: +400 мВ для Т9 и –400 мВ для Т10. 50 мВ туда-сюда роли не играют. Затем подаем на вход синус 1-10 кГц и плавно увеличиваем, контролируя осциллографом амплитуду на выходе вплоть до ограничения. При правильной сборке ни свиста, ни присвиста, ни на одном участке синусоиды во всем диапазоне амплитуд быть не должно. Если это так, убирайте резисторы в питании и проверяйте все то же самое на эквиваленте нагрузки. Если усилитель не свистит и не выгорает – подключайте колонки и слушайте музыку.

Печатная плата и еще немного информации по данному усилителю в .