Усилитель 2 по 200 Ватт. Схема.
В этой статье представлена схема одного канала усилителя, способного на нагрузке 4 Ома развить мощность 200 Ватт. Усилитель, собранный по данной схеме, кроме высокой выходной мощности обладает достаточно низким уровнем шумов. Принципиальная схема изображена на рисунке ниже:
Входной каскад усилителя собран на транзисторах А1015. Перед тем как впаивать их на плату не поленитесь проверить их коэффициент передачи тока на соответствие параметрам, указанным в даташите на этот транзистор. Ссылка на даташит ниже:
На выходе усилителя параллельно резистору 10 Ом стоит катушка. Ее намотка осуществляется на оправку 9,5 мм в диаметре, мотается 10 витков провода ПЭВ-2 1,0 мм. Катушка бескаркасная.
Схема блока питания для этого усилителя изображена на следующем рисунке:
При питании усилителя от такого источника максимум, что вы сможете выжать, это примерно Ватт 150 на канал. Для получения мощности 200Ватт на канал необходимо использовать трансформатор с двумя симметричными обмотками по 40 вольт, и способных выдерживать ток нагрузки порядка 10 ампер. Но это еще не все. Необходимо так же будет заменить транзисторы пред-оконечного и оконечного каскада на более мощные, то есть: транзисторы D1047 заменить на 2SC5200, транзисторы B817E заменить на 2SA1943, транзисторы TIP41 меняются на MUE15032, а TIP42 на MUE15033. Применение указанных на принципиальной схеме номиналов элементов и использование менее мощного трансформатора производилось с целью удешевления конструкции в целом.
Печатная плата (на плате размещены оба канала усилителя, а так же выпрямительные диоды и емкости блока питания):
Вид на печатную плату со стороны элементов:
Схема внешних подключений к плате усилителя:
Предлагаемая схема предназначена для «умощнения» интегральных усилителей мощности на микросхемах TDA7293 и TDA7294 с помощью нескольких внешних компонентов. Отличительная особенность предлагаемой схемы – простота и отсутствие наладки.
Многие из собиравших усилители на микросхемах TDA7293 и TDA7294 столкнулись с тем, что реальная микросхема не держит заявленную в Datasheet мощность. Одна из возможных причин – некачественные китайские микросхемы. Впрочем – на высокоомную нагрузку они обычно работают неплохо, из чего можно сделать вывод, что кристалл под нагрузкой просто перегревается, а хваленая тепловая защита (как и защита от короткого замыкания) работает тоже «по-китайски»: не защищает ни от чего. Внимательное изучение микросхемы приводит к тем же выводам – вызывает большое сомнение способность этого корпуса отвести от кристалла более 40-50w. Ну разве что охлаждать его жидким азотом...
Защита от КЗ там тоже специфична – при работе на комплексную нагрузку (реальный сабовый динамик) пиковые токи даже при половинной мощности превышают порог срабатывания защиты, что вызывает противный треск в звуке… При этом (печальный опыт, увы) – спустя пару минут микросхема все равно превращается в облако дыма, не смотря на все усилия внутренней схемы защиты…
А сама идея TDA7293 и TDA7294 весьма привлекательна – малогабаритный модуль мощностью 100-130 Вт с весьма приличным звуком (не хай-энд, но вполне хай-фай…). Это и усилитель для домашнего сабвуфера, и усилитель гибридного гитарного аппарата, да и для озвучивания небольших помещений достаточно 2-3 таких модуля с соответствующими колонками… Жаль только, что оно не работает, как обещает документация производителя…
Мысль использовать TDA7293 в качестве предварительного усилителя с внешним выходным каскадом была совершенно банальна и очевидна, и даже отражена в документации на микросхему. Предлагаемое производителем решение назвать простым можно с некоторой натяжкой, а главное – оно только понижает рассеиваемую микросхемой мощность, но не увеличивает отдаваемый в нагрузку ток…
Потому – было решено сделать «умощнение» по-другому, и, естественно, как можно проще. Отмечу сразу - это решение не в аудиофильском стиле «только лампы и обязательно в классе "А"»… Специально измерение искажений не проводились, но видимых на экране и явно слышимых невооруженным ухом искажений схема не имеет, тем более что изначально схема предназначалось для работы с сабвуфером.
Входная часть - практически типовое включение TDA7293. Слегка изменена схема формирования управляющих напряжений на 9/10 выводах микросхемы для простоты. Обращу внимание на раздельные «земли» входных цепей и электролитов питания и нагрузки! Если усилитель у вас одноканальный с отдельным питанием и сигнал подается прямо на вход TDA7293, тогда земли можно не разделять (как это и сделано на большинстве печатных плат, предлагаемых в комплекте с TDA7293). А вот если от одного источника питается несколько каналов, да еще сигнал поступает от какого-нибудь кроссовера, «земля» питания которого тоже прицеплена к «земле» усилителя мощности, вот тогда и возникают вопросы типа: «Чего ж оно фонит? Я же все заэкранировал!» Дорожку на печатке нужно разрезать, и прямо на разрез можно припаять SMD резистор ом на 100. Этого можно и не делать, но тогда есть шанс забыть при отладке подать «землю сигнальную» и все спалить. Землю сигнальную нужно протянуть отдельным проводом (можно использовать экран экранированного провода) от источника сигнала. Поскольку внешний выходной каскад работает в классе B, для устранения «ступеньки» в выходном сигнале резистор R8 выбран относительно низкоомным (0,75 Ом), и в диапазоне выходного тока до 1 A преимущественно работает высоколинейная TDA7293. Когда выходной ток усилителя увеличивается примерно до 1 A, плавно открывается выходной транзистор и выходной ток TDA7293 ограничивается суммой тока базы выходного транзистора и 1 A через R8. Уменьшать значение R8 далее не следует - линейность это заметно не повысит, а мощность, рассеиваемая TDA7293, возрастет. Конденсатор С9 устраняет ВЧ возбуждение и дополнительно уменьшает переключательные искажения выходного каскада (точнее – он позволяет ВЧ составляющим с выхода TDA7293 поступать непосредственно в нагрузку, что довольно эффективно компенсирует «ступеньку» выходной пары внешних транзисторов). В первом варианте была использована одна пара выходных транзисторов, при этом мощность на резистивном эквиваленте нагрузки 4 ома получилась 200 w синуса при питании +/-55 v на холостом ходу. Под нагрузкой питание садилось примерно до 48 v (питание осуществлялось трансформатором ТС-360 с перемотанной вторичной обмоткой, емкости фильтра – по 15000 мкФ). Поскольку реальная нагрузка носит комплексный характер, для повышения надежности была добавлена вторая пара транзисторов и резисторы R9 и R10 для выравнивания токов между парами (если необходима мощность менее 200 Вт, вполне можно ограничиться одной парой выходных транзисторов. В таком случае резисторы R9 и R10 можно исключить). Цепь обратной связи подключена к эмиттерам VT1,VT2. Это увеличивает выходное сопротивление усилителя на 0,08 ома и, на мой взгляд, дефектом не является. Если же обратную связь подключить к нагрузке, выходной ток TDA7293 не будет ограничиваться на уровне 1 А, а будет продолжать расти, хотя и медленно.
Рекомендую акустику подключать через реле со схемой задержки подключения и защиты от постоянного напряжения на выходе - выходной каскад защиты от КЗ не имеет и в случае любых катаклизмов есть приличный шанс повредить акустику. Кроме того, у меня на свободной контактной группе этого же реле собран ограничитель тока силового трансформатора при включении (в цепь питания трансформатора 220В включен проволочный резистор на 100 Ом мощностью 10 Вт, замыкаемый свободными контактами реле) - крайне полезная штука при мощностях более 100 w. Полезность такого решения – в плавном нарастании напряжения питания усилителя при включении, а главное – в ограничении тока от сети в момент включения. Дальнейшее повышение мощности вполне возможно: допустимое питание для TDA7293 составляет +/-60 v, количество выходных транзисторов может быть, соответственно, увеличено.
Все, что говорилось о TDA7293, в полной мере относится и к TDA7294 – с учетом более низкого предельного напряжения питания и иной схемы подключения конденсатора вольтодобавки. Мой опыт показывает несколько большую надежность TDA7294, но возможно это следствие распространившихся в последнее время низкокачественных TDA7293 китайского производства… Еще одно отличие TDA7294 от TDA7293 состоит в том, что у TDA7294 не работает внутренняя схема детектора перегрузки, а у TDA7293 она вполне работоспособна и позволяет индицировать как перегрузку по току, так и клиппинг по напряжению – достаточно прицепить к 5 выводу микросхемы светодиод с токоограничивающим резистором, что довольно удобно.
Предложенное решение – внешний выходной каскад – не требует настройки, если собрано из исправных компонентов, ибо ток покоя у выходных транзисторов равен 0. Серьезным недостатком предложенной схемы является отсутствие защиты от короткого замыкания в нагрузке – при подключенном внешнем выходном каскаде встроенная схема не работает (справедливости ради следует отметить, что и встроенная схема в рекомендованном включении у меня ни разу не спасла микросхему от выгорания…). Впрочем, если предложенный усилитель встраивается, например, в сабвуфер, ввиду отсутствия внешних соединений с акустикой вероятность короткого замыкания ничтожно мала, и на этот недостаток можно закрыть глаза…
Существует возможность еще уменьшить рассеиваемую TDA7293 мощность – увеличить R8, но при этом неизбежно увеличатся и искажения, вносимые выходным каскадом (полагаю, для использования с сабвуфером – это вполне допустимо, тем более, что на низких частотах ООС микросхемы довольно эффективно их компенсирует).
Конструктивно удобно выполнять монтаж всего узла прямо на радиаторе – микросхема с платой крепится в непосредственной близости от пары выходных транзисторов (через слюдяные прокладки и с помощью теплопроводной пасты, естественно), все элементы, кроме R8 и С9 находятся на плате микросхемы, а
R8 и С9 удобно припаять непосредственно к выводам транзисторов.
Вот так выглядел макет варианта с одной выходной парой транзисторов:
Возможно – подобное решение уже предлагалось ранее – «патентный» поиск я не проводил...
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Аудио усилитель | TDA7293 | 1 | Или TDA7294 | В блокнот | ||
| VT1, VT3 | Биполярный транзистор | 2SC5200 | 2 | В блокнот | ||
| VT2, VT4 | Биполярный транзистор | 2SA1943 | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 12 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4, R5 | Резистор | 33 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R6 | Резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 100 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R8 | Резистор |
Эту схему (на пробу) мне принёс знакомый DJ. Он и сам не знает, откуда она у него взялась. Но после сборки схема очень порадовала своими характеристиками. Поэтому я не голословно рекомендую собрать её всем желающим.
Схема усилителя
Детали:
R1,R11 1K
R2 36K
R3 240
R4-R5 330
R6-R7 20K
R8-R9 3,3K 0,5W
R10 27, 2W
R12-R15 0,22 5W
R16 10K
C1 0,33mkF
C2 180p
C3-C4 10mkF 25V
C5-C7 0,1mkF
C8 0,22mkF
C9-C10 56p
VD1-VD2 КС515А
VT1 KT815Г
VT2 KT814Г
VT3 VT5 VT... 2SA1943
VT4 VT6 VT... 2SC5200
Вместо указанных на схеме деталей можно применить выходные транзисторы КТ8101А и КТ8102А. Их количество может быть любым.
Скачать схему и печатную плату усилителя 28 кБ (SLayout)
Блок питания
Схема биполярного источника питания
От автора: "Схема простая: трансформатор, диодный мост и пара конденсаторов. Трансформатор нужен по мощности чуть больше, чем общая мощность каналов, а конденсаторы - чем больше ёмкости, тем лучше. Только напряжение обмоток рассчитывайте так, чтобы на конденсаторах было не больше 50 вольт."
Можно собрать усилитель на транзисторах, но намного проще и быстрее построить усилитель на базе гибридной интегральной схемы серии STK40xx производства Sanyo. Усилитель получается с высоким качеством звука и с низким уровнем шума.
Максимальная выходная мощность усилителя, например на STK4050 — 200 Вт!
Звук имеет хорошее качество. Усилитель можно использовать в домашних кинотеатрах, в компьютерах и т.п. также можно использовать в качестве усилителя сабвуфера. Для стерео варианта нужно собрать два таких усилителя. Сопротивление нагрузки 8 Ом. Микросхема должна быть установлена на хороший радиатор через теплопроводящую пасту. Дорожки питания и выхода печатной платы должны иметь максимальную ширину.
Основные технические характеристики STK4050:
- Предельно допустимое напряжение питания +/- 95 В
- Номинальное напряжение питания +/- 65 В
- Номинальная выходная мощность 200Вт
- Рассеиваемая мощность (Р вых. = 200 Вт.) 130 Вт
- Коэффициент гармоник (Р вих. = 200 Вт.) 0,3%
- Номинальное сопротивление нагрузки 8 Ом
- Входное сопротивление 55 кОм (Р вых. = 1 Вт., F = 1 кГц)
- Частотный диапазон (+0, -3 дБ) 20 Гц — 50 кГц
- Коэффициент усиления по напряжению 40 дБ
- Чувствительность 350 мВ
Принципиальная схема усилителя на STK4050
Особенности STK4050:
- Компактная и тонкий корпус
- Серия STK имеет 18 контактов максимальную мощность на канал от 120 до 200 Вт
- Простая конструкция теплоотвода
- Текущий применение зеркальной схеме уменьшает искажения до 0,08%
- Выключение нагрузки по тепловой защите и от короткого замыкания, а также подавления шума, при включение / выключении питания
Блок питания и внутренняя схема STK4050
Печатная плата усилителя
Доработка схемы на STK4050
Таблица характеристик ГИС STK40XX
П О П У Л Я Р Н О Е:
Как обеспечить громкоговорящей связью, скажем, два пункта, удаленных друг от друга на значительное расстояние? Подобная задача возникает в школе, пионерском лагере, в небольшом поселке или далеко удаленных комнатах дома. И во всех подобных случаях приходит на помощь переговорное устройство.
Светово́й меч (англ. Lightsaber) - это фантастическое оружие многим известно по фантастической саге «Звёздные войны». Его можно встретить в научно-фантастических фильмах и рассказах.