"Нетрадиционные" усилители на TDA7294 / TDA7293
(добавления выделены цветом)
Это моя нелюбимая схема. Если предыдущие включения были предусмотрены производителем, то эта – нет. Конечно, так можно «довесить» любую микросхему, и TDA7294 / TDA7293 в том числе, но по моему все эти довески – от лукавого.
Как и "параллельная" схема, эта предназначена для низкоомной нагрузки, но в ней бОльшая часть выходного тока снимается не с микросхемы, а поставляется в нагрузку дополнительными биполярными транзисторами. А микросхема ими только управляет.
Эта схема предназначена для работы с низкоомной нагрузкой и известна как «схема Чивильча» (Радио №11, 2005 год, взята прямо оттуда, а другие схемы - очень похожи и имеют тот же принцип). Эта конкретная схема имеет много косяков и слабых мест, которые надо исправлять (список исправлений из 15 (!) пунктов прилагается).
Усилитель на TDA 7294 дополняется двумя мощными выходными транзисторами, работающими в режиме В. Они усиливают выходной ток микросхемы, поэтому на микросхеме рассеивается меньшая мощность, а значит, можно поднять напряжение питания, чтобы получить побольше мощность в нагрузке (также, как и в "параллельной" схеме).
В состоянии покоя выходные (я так теперь буду называть навесные биполярные транзисторы – теперь они 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 (т.е. микросхема пыхтит одна, да еще и не просто так, а через резистор). 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 (если прибавить громкость), выходники «все чаще» включаются в работу, беря на себя питание нагрузки. При этом от микросхемы в нее (нагрузку) поступает только 5…15% мощности (и еще ~10% от выходной мощности микросхема тратит на питание 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.
Недостатки.
Этот последний пункт поясню особо. Вот осциллограммы напряжения на нагрузке (синяя линия) и на выходе микросхемы (красная линия).
Хорошо видно, что начальные участки (близкие к нулю) красной линии более вертикальны, чем синей. Здесь выходные транзисторы еще не работают, и микросхеме приходится «работать шустрее», чтобы питать нагрузку не напрямую, а через резистор R7 (я не хочу подробно описывать причины – лень вдаваться в теорию, это еще на пару страниц, если подробно). При напряжении ~0,8 вольт выходники открываются, и выходной сигнал микросхемы начинает повторять выходной сигнал всего усилителя, только 0,8 вольтами выше.
На самом деле, этот начальный участок не такой крутой – это я его слегка преувеличил для наглядности. Но ведь и микросхема довольно медленная а ей приходится компенсировать при помощи ООС все эти высокочастотные «бяки». Из-за сравнительно низкой частоты первого полюса микросхемы (см. Амплитудные характеристики усилителя на TDA7294), на высоких частотах глубина ООС сильно снижается, и ей трудно справляться с возросшими искажениями. Поэтому общие искажения всего усилителя получаются значительно больше, чем у просто микросхемы.
Я собирал подобные системы на быстродействующих ОУ, дополненных высокочастотными выходными транзисторами (т.е. чтобы и на высоких все получше работало). Как системы начального уровня они звучали неплохо. Качество звучания (и уровень искажений) здесь сильно зависят от сопротивления резистора R7. Чем оно меньше – тем лучше. Но с другой стороны, чем меньше это сопротивление, тем позже (при росте сигнала) открываются навесные выходники, а значит, тем больше нагрузка на микросхему. Т.е. чем больше разгружаем микросхему – тем больше теряем качество. Повышая качество – нагружаем микросхему. Максимум качества придется на максимум нагрузки, если выходники вообще не будут включаться (т.е. если их не будет вообще!). Результаты получались гораздо лучше, когда выходники выводились из режима В (на них подавалось напряжение смещения и появлялся ток покоя). При этом выходной сигнал самой микросхемы становился «красивее», и звучание лучше, чем даже при маленьком сопротивлении R7 в режиме В.
Если пойти по такому пути: задать выходным транзисторам начальное смещение, которое улучшит звук, поменять схему управления этими транзисторами, чтобы повысить выходное напряжение, поменять микросхему на быстродействующий качественный ОУ, то мы придем совсем к другому усилителю. Он будет иметь гораздо лучшее качество и более высокую выходную мощность, но не будет содержать микросхему TDA7294. 
Несмотря на то, что мне лично такое включение не нравится, ему находится применение, и тут я согласен с теми, кто так делает - в их случае это действительно самое оптимальное решение. Один вариант - сабвуфер, работающий на 4-омную нагрузку, причем его мощность 50...60 Вт. Т.е. для просто микросхемы это уже на пределе. 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. Опять же, мощность 50 Вт получается без проблем, и работа 18 часов в сутки ежедневно в любую погоду (даже летом в жару) проходит легко - микросхема не нагружена. И работа на сравнительно низких частотах усилителю дается легко. Третий вариант - озвучка культурно-развлекательных мероприятий на открытом воздухе. Там усилитель может стоять под открытым небом на солнцепеке, и нормально работать. А снижение качества звучания никто не заметит - ведь все культурно развлекаются (пивом, например).
Так что, если кто все же хочет сделать эту схему, несколько советов.
| В качестве выходных можно использовать только биполярные транзисторы! У полевых для открывания нужно приложить большое напряжение - порядка 4 вольт, а то и больше (независимо от того, "вертикальные" это полевики, или "горизонтальные"). 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 (до этих самых примерно 5 Вт) будет работать только одна микросхема без выходников. Да еще и не напрямую, а через резистор! И ей будет намного тяжелее... |
 |
Если уж делать такую штуку для повышения мощности, то хорошо бы этот самый максимум мощности все же извлечь (можно вынуть до 160 Вт на нагрузке 4 Ома). Для этого нужно исключить влияние на микросхему просадок питающего напряжения. Т.е. стабилизировать ее питание (именно микросхемы - она тут потребляет небольшой ток, выходные транзисторы в пролете). Для этого: Общее напряжение питания поднимаем до 50…55 вольт (чтобы даже в самой жуткой просадке питания осталось вольта 42) и питаем выходники (раз у них ток самый большой) нестабилизированным напряжением - они выдержат. А для микросхемы используем стабилизатор на +- 38 вольт, например, такой. 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. Для эксремалов - стабилитроны D1 и D4 можно взять на напряжение 15 вольт. Но микросхема уже будет работать на пределе, поэтому я не рекомендую. А вот если использовать микросхему TDA7293, то запросто. Предел здесь - все стабилитроны по 15 вольт + хорошее (без изолирующей прокладки на радиаторе) охлаждение микросхемы. Только теперь для выходников радиатор нужен побольше. И транзисторы стабилизатора нужно на радиаторы ставить. Я же говорил – уж лучше сразу делать усилитель, который все потянет… |
19.03.2007
3 |