Около года назад для популяризации своего хобби, пользовавшегося в стародавние (советские) времена популярностью, я написал одну статью (вот ссылка ). Писал от всего сердца, надеясь максимально вовлечь читателя и раскрыть сразу все прелести интересного хобби, но получилось в итоге, что я попытался объять необъятное, поместив в одну статью все то, что нужно было разделить на 3-4. Доводы в пользу моего хобби Вы можете прочитать там, не стану повторяться.
В ответ на статью я получил гору критики от хейтеров, пишущих, что Д-класс им заменил все и вся. Я, однозначно, рад за них и тут уж точно не буду спорить, тем более, что в 3-й статье (ссылка) сам себе сделал усилитель Д-класса, послушал, удивился, послушал подольше и вернулся к АБ. Теперь прислушавшись к тем, кто по делу комментировал статью, а главное, к тем немногим, кто повторил проект усилителя и все еще питая надежду популяризации этого хобби, я решил детально остановиться на том, что вызвало у них какие-либо трудности.
Итак, начнем сразу со схемы усилителя. В той статье я разместил только ее костяк, оставив часть питания «в уме», подумав, что так как это для меня не представляло сложности, значит и для других не станет подводным камнем.
Оказалось, я сильно заблуждался. Многие просили выложить полную схему усилителя и объяснить по возможности подробнее каждый узел. Что ж – я нарисовал полную схему, немножечко переработав - вот она.
Пройдемся подробно на ее частях, которые в той или иной степени вызвали затруднения в понимании. Начнем со входа.
В моем усилителе сигнал с RCA гнезд сразу попадает на разделительный конденсатор. В прошлой статье его номинал указан 2,2мкф (на данной схеме его не рисовал), что вместе с регулятором громкости, следующим за ним (номиналом в 10кОм) даст, в зависимости от положения регулятора, частоту среза нижних часто 7-14Гц. Сразу скажу, что в реальности очень мало басовых динамиков, способных воспроизвести частоту даже 20-30Гц с хорошим давлением в просторном помещении (не в автомобиле, внутренний объем которого во много раз меньше). А раз так, многие считают, зачем усилитель и акустическую систему грузить лишними низкими частотами, которых мы не услышим. (Многие считают 0,47мкф достаточным номиналом. Тут, правда, есть маленькая проблемка – конденсатор сдвигает фазу, чем его номинал меньше, тем сильнее, но об этом не будем, пожалуй, здесь…) Зная, что в источнике на выходе нет постоянного напряжения, я часто не устанавливаю этот конденсатор. Если же нет уверенности в этом, лучше его установить.
После регулятора громкости сигнал попадает на следующий фильтр, который в век беспроводных устройств, крайне необходим усилителю. Он защищает его от высоких частот, которые могут наводиться на сигнальные проводники от всевозможных роутеров и прочих беспроводных передающих устройств. На данной схеме фильтр представлен резистором R1=1кОм и конденсатором C1=470pf, имеет частоту среза 338кГц. Частоту фильтра выбрал исходя из увиденных схем различных заводских аппаратов. Некоторые тоже убеждают снижать ее до уровня восприятия слуха или немного дальше (50-70кГц). Но во избежание какой-либо зажатости звучания на высоких частотах и тому подобных аудиофильских заморочек, я тогда выбрал такую величину.
Попав в операционный усилитель, являющийся буфером для основной микросхемы, который очень желателен для ее инвертированного включения, сигнал усиливается в три раза операционным усилителем. Коэффициент усиления задается резисторами R4=10kОм и R3=5,1кОм. Вычисляется для не инвертированного включения по формуле R=R4\R3+1. Резистор R4 называется резистором в обратной связи. Поскольку не все операционные усилители спокойно воспринимают включение с малым коэффициентом усиления, для «успокоения» их (ограничение усиления на высоких частотах) применен конденсатор C 2=22пф параллельно резистору обратной связи.
Усиленный операционным усилителем сигнал попадает на резистор R5=5,1кОм. На такую величину нормально не перегружаясь могут работать много операционных усилителей (ведь на плате можно установить кроватку для их смены и слушать различные операционные усилители, подбирая себе на слух понравившийся). После данного резистора сигнал, усиленный в двадцать раз (рассчитывается по формуле K= (R6+R7)\R5) поступает на выход. Резистор обратной связи поделен на два R6 и R7 для увеличения мощности и снижения тепловых искажений (чем больше величина резистора, тем выше и они), а также упрощения подбора суммарной величины из имеющихся в распоряжении. На выходе С16=100нФ и R15=6,8Ом составляют цепочку Цобеля-Буше, выравнивающую сопротивление динамика на различных частотах и добавляющую стабильности в работе усилителя.
Конденсаторы С9=220мкФ и С6=100нф – вольт добавка, для получения максимального выходного напряжения. Напряжение должно быть примерно в полтора раза выше напряжения питания.
В микросхеме ТДА7293 есть выводы управления режимами «mute» (отключение входа микросхемы от выхода) и «stand-by» (включение «mute» с одновременным отключением потребления выходных транзисторов). Режимы отключаются подачей на соответствующие выводы (ножки микросхемы) питания превышающего 3.5в. Данное условие можно реализовать, как с помощью резисторов, так и с помощью стабилитрона, например, на 4,7в. В схеме платы из предыдущего обзора отключение режима «stand-by» реализовано с помощью резисторов R6=33кOм, R7=12кОм и конденсатора 47мкФ, создающего небольшую задержку для исключения возникновения в динамиках звука переходного процесса зарядки/разрядки емкостей питания. Режим «mute» выключен с помощью резистора R8=33кОм.
Питание усилителя состоит из диодного моста, преобразующего переменный ток трансформатора в постоянный, включает четыре высокоскоростных диода (лучше Шоттки) и емкости питания. Два больших конденсатора большой емкости, два конденсатора небольшой емкости и малого эквивалентного последовательного сопротивления (ESR ), расположенные непосредственно у микросхемы ТДА7293. Снизу под ними прямо к их выводам можно припаять пленочные конденсаторы емкостью 0.1мкф для улучшения характеристик на высоких частотах. Питать плату рекомендовал бы двухполярным трансформатором с напряжением не выше 25-28в. при учете, что сопротивление акустики известно и оно не ниже 8Ом. В случае, если акустическая система имеет сопротивление 4Ома, рекомендуется трансформаторы с напряжением 18-22в.
От этого, назовем его основным, питания через резисторы номиналом 1кОм, стабилитроны напряжением 12в. и конденсаторы емкостью 330мкф (или выше) шунтируемые пленкой 0,1мкф питание шло к операционному усилителю. Выше скриншот платы с «географией» расположения компонент. Плату я немного модифицировал по сравнению с прошлой, сделав нормальные надписи наименований компонент и немножко подвигал их расположение. Выложил гербер, по которому можно там же заказать пять плат за пару долларов (ссылка), вдруг кто-то еще захочет повторить. Уверен, он останется доволен звуком.
Большинство резисторов и пленочных конденсаторов продублировано с обратной стороны для возможности при желании использовать детали поверхностного монтажа (SMD ). Как оказалось "не так страшен черт"… Резисторы и конденсаторы поверхностного монтажа (SMD ) размера 1206 или даже 0805 паяются довольно легко обычным паяльником и пинцетом. Там вовсе не обязательно использование паяльной пасты, станции с нижним подогревом и прочих профессиональных приборов. Моток олова с оловом, помещенным внутрь проволоки позволяет припаять SMD деталь без особого труда.
Вот такая простая плата вызвала множество вопросов у начинающих коллег по хобби. Плата была сделана в 2018 году под мои желания и исходя из моих знаний на тот момент. На данный момент усилитель на этих платах до сих пор радует меня звучанием в помещении на работе вместе с переделанными колонками Sven Stream первой ревизии (выкинут сгоревший встроенный усилитель, заменены твиттеры).
Разрабатывая плату сейчас, я бы сделал ее совсем не такой, добавив еще одну ступень CRC фильтрации в каждую часть питания. Дополнительная ступень CRC в питании операционного усилителя, отдельное питание, отфильтрованное CRC входной части микросхемы ТДА7293 (ноги 7 и 8) и для полного спокойствия основное питание тоже разделил бы резистором, также получив дополнительный фильтр. Сама плата располагалась бы горизонтально поверхности радиатора и микросхема была бы припаяна вниз и ноги согнуты на 90 градусов для расположения параллельного радиатору. Выглядело бы это, как американский авианосец, зато создавало бы впечатление мощности и исключительности, автоматически рождая атмосферу Hi -End . Скриншот такой платы представлен ниже. Заказать можно тут.
Впрочем, для себя лично, я бы оставил только SMD детали. Как сказал бы широко известный в узких кругах Audiokiller: «Отличный получился усилитель, выжал из микросхемы все!» (Привет ему, если вдруг читает). Но я, конечно, так не скажу, потому что есть еще варианты уменьшения искажений. Это уменьшение коэффициента усиления микросхемы, благодаря чему увеличивается глубина обратной связи. А также композитное включение. Возможно когда-нибудь у меня появится больше свободного времени, и я сделаю и такие.