Усилитель на TDA7294 своими руками. Часть 1. Блок питания.

КВИНТЭССЕНЦИЯ
Цикл материалов о самостоятельной постройке усилителя мощности начального уровня. В нескольких частях рассказаны все этапы создания усилителя. В последней части — практическая часть с реальными фотографиями построенного аппарата, который может вполне быть сравним по звучанию с фабричным усилителем Yamaha A-S300 или аналогичным. Выполнив нехитрые инструкции в данном материале вы сможете стать обладателем неплохого усилителя начального класса, вкусить прелести радиолюбительства, и понять вектор своих желаний в походе за настоящим «суровым» Hi-Fi более высокого класса, избежав трат на бюджетку на начальном этапе.
Стоит ли верить всему, что здесь написано? Я не обладаю специальным радиотехническим образованием (самоучка), я дилетант в этой сфере, просто среднеарифметический любитель качественного аудио. Тем не менее я самостоятельно собрал несколько усилителей начального класса, как на микросхемах, так и на лампах и написал эти материалы на основе этого практического опыта. Поэтому, если вы знаете как сделать лучше, как что то исправить или если что-то объяснено не так как нужно, если что то непонятно — пишите в комментариях, дополняйте, подсказывайте, исправляйте — будет здорово
Если вас все это не запугало, то читаем дальше.

ВМЕСТО ВСТУПЛЕНИЯ
Никогда нам не дадут в нашей стране жить хорошо. То надо помогать каким то далеким странам, которые нам никогда не помогали и не собираются, то списывать им долги, то терпеть реформы и тд — это бесконечный процесс и это вероятно аксиома.

Учитывая совокупность факторов возникает дилемма — хочется хорошего звука, но денег нет. Каждый любитель аудио когда то начинает свой крестовый поход в Hi-Fi и поверьте, по моему опыту, не бывает безоблачных историй — накопил-купил-счастлив. Бывает — захотел настоящий Hi-Fi, обошел все супермаркеты, задолбал всех манагеров, которые нихера все равно не понимают в звуке и аппаратуре и купил какую то херню за 10-20 тр (обычно низкобюджетный ресивер), первая неделя-месяц-год эйфории проходит и понимаешь, что тебя облапошили.
Я с огромным трудом в 2011 году накопил 11000 руб, пошел и купил свои первые «Hi-Fi» АС — Yamaha NS-555.
Какие они были красивые — глаз не оторвать. Рояльный лак, выгибонистый псевдо-рупор на ВЧ… Я руки все сорвал пока прикручивал ножки к 20 кг махинам. Но вот звук… Я пытался себя уговорить, что просто пока не понимаю в хай-фае его звук и все потом само собой образуется — не образовалось. В начале все ищут конечно низы в колонках. Их в NS-555 доложить забыли.
Короче, спустя год, наконец дошло, что я купил дрова, которые по звуку выделялись от моих полочников Электроника 128, которые я слушал 20 лет подряд, только тем что они напольники. Но с другой стороны я за 11000 руб (300 долларов кажется на тот момент) ничего кроме дров и не мог купить. Умиляли отзывы на яндексе и тд, где фанаты с соплями по пояс с восхищением рассказывали, как классно звучат эти красивые Yamaha, моя прелесть.
После этого настала очередь усилителя. Я посчитал что мой старый усилитель Амфитон 002 Hi-Fi стерео, который я слушал последние 25 лет, три раза капитально ремонтировал, купил лично с рук в 1987-м году в какой то общаге, не настолько хорош. Волей случая я приобрел Akai AM-2250.

Амфитон У-002 — усилитель высшего класса

Это очень приятный начальный усилитель, приятные высокие. Только вот я сразу отметил обеднение тембров по сравнению с Амфитон. Я не скажу, что АМ-2250 был хуже или лучше. Он имел немного другой звук, и просто иначе звучал, но сопоставимо по классу. По сути поменял шило на мыло.

Akai AM-2250 — своей красотой сводил с ума

Все эти ностальгические бредни к тому, что пока вы в начальном классе, а в начале пути вы всегда в начальном классе — все потраченные деньги — это деньги потраченные впустую. Ни одна начальная покупка не оправдала возложенных на нее надежд и была позднее продана. Попытка купить что то на 3-5000 руб дороже, чтобы уж был звук — обречена на провал — это все одно и тоже, что за 20, что за 23 тысячи рублей. Нужно оперировать двух-трех кратной разницей в цене. Было за 20, выше классом хотите, смотрите за 40-60000.
Из этого следует, что весь начальный этап можно было легко пропустить пересидев на Амфитоне, а в варианте, если ранее вообще небыло никакого усилителя, на самодельном усилителе.

 

УСИЛИТЕЛЬ СВОИМИ РУКАМИ

Как изготовить усилитель самостоятельно я постараюсь рассказать ниже. Вы сэкономите денежку (как раз подкопив на что то действительно вменяемо звучащее) и сможете перепрыгнуть начальный этап напрасных трат.
Весь начальный этап может компенсировать самодельный усилитель на микросхеме TDA7294.

TDA7294

Я собирал несколько таких аппаратов на TDA7294 и могу сказать, что они вполне сравнимы с такой бюджетной моделью, как усилитель Yamaha A-S300 например, уже не говоря про барахло класса D.
Tda7294 — это интегральная микросхема. Можно собрать и лучше, на транзисторах, но это будет сложнее и не каждому под силу.
А вот на 7294 — это легко, так как по сути вся схема усилителя уже и засунута внутрь одной микросхемы. Остается только обеспечить минимальную обвеску — несколько резисторов и конденсаторов и аппарат готов.
Но быстро сказка сказывается, но небыстро дело делается.
Поэтому начнем.

ЭТАП 1. БЛОК ПИТАНИЯ

С чего начинается «конструирование» усилителя?
Вы можете не верить, но и при построении лампового, и при построении интегрального усилителя я во всех случаях начинал с блока питания.
Чтобы усилитель начал работать, ему нужно подать требуемое питание. В розетке 220 вольт и примерно 16 ампер переменного тока, напрямую накормить усилитель таким напряжением не придется, так как у каждой конструкции свои требования к питанию.
Сердцем нашего усилителя выбрана микросхема TDA7294. Узнаем про нее подробнее из даташит.

Документ описывающий параметры микросхемы и схемы подключения

В этом документе мы узнаем, что TDA7294 — это 100 ватный (на канал) усилитель класса AB для использования в аппаратах класса Hi-Fi, который требует питание +-40 вольт (т.е. двуполярное — об этом ниже). Одна микросхема = 1 канал. Т.е. для стерео-усилителя нужно две таких микросхемы.
Это означает, что питание больше 40 вольт подать нельзя — микросхема сгорит, а меньше можно, но тогда будет мощность не 100 ват, а менее.

Стоит одна микросхема, держитесь за стулья, в среднем 150-250 руб (для совсем нетерпеливых — можно купить уже готовую плату усилителя c этой микросхемой TDA7294 за 400 руб — но тогда где интерес?).

В даташит указано, что у микросхемы очень низкие искажения и очень низкий шум, встроена защита от короткого замыкания и перегрева.
Нагрузка может быть от 4 до 8 Ом — это очень хорошо.
Итак, мы знаем, что микросхема TDA7294 хочет +-40 вольт.
Как из розетки, где 220 вольт, получить 40 вольт, да еще и + и -.
Про плюс и минус пока отложим вопрос и сосредоточимся на том, как из 220 вольт в розетке получить 40 вольт
Для этого необходим трансформатор. Бывают понижающие, бывают повышающие. В усилителях мы имеем дело с понижающими.
Технически конструкция трансформатора следующая — рассмотрим торообразный вариант.

Тороидальный трансформатор

Есть сердечник из особого металла, так называемое трансформаторное железо в виде пластин, получаемое методом обжига, по виду — большое кольцо.

Сердечник из трансформаторного железа

Сверху кольцо заизолировано каким то материалом.
Далее на это кольцо наматывается первичная обмотка.

Она наматывается лакированным проводом. Лакированным потому что иначе было бы просто короткое замыкание. По разным формулам учитывающим параметры сердечника высчитывается сколько витков нужно намотать — этим мы заниматься не будем. Важно только запомнить, что первичная обмотка втыкается в итоге именно в розетку.
Допустим 1 виток у нас равен 1 вольт (что может быть верно только при определенном сердечнике и толщине проволоки), соответственно имеет 220 витков.
Когда намотали — у нас торчит два конца провода — начало, откуда мы начинали мотать, и конец. Вот эти 2 конца и суются в розетку.

Это отводы первичной обмотки. На само деле к ним будет припаян цивильный провод кончающийся вилкой. Но логика думаю понятна.
Изолируем первичную обмотку каким то материалом — стеклоткань, бумага и тд.
А теперь наматываем поверху первой (первичной) вторичную обмотку.
Так как провод тоже лаковый, он никак не спорикасается с первой обмоткой.
Если предположим, что мы так и сделали в начале, что 1 виток = 1 вольт, то вторичная обмотка должна состоять из 40 витков, чтобы нам получить 40 вольт требуемых микросхема TDA7294 (и вот тут уже первая ошибка, но ее объясню чуть позже).
Да, мы намотали 40 витков второй обмотки и получили 40 вольт, но вспомним, на нужно не просто 40 вольт, а +-40 вольт.
А это во первых значит, что питание двухполярное — т.е. должен быть провод с которого идет +, должен быть провод с которого идет — и должен быть третий провод — земля.
Но как нам это получить, ведь у обмотки всего два конца — начало и конец.
Чтобы получить двуполярное питание — мотаем 40 витков, потом отводим в сторону провод, пусть на 10 см, сгибаем его на 180 градусов и продолжаем им мотать дальше еще 40 витков. Т.е. у нас получился неразорванный отвод.

в итоге завершив мотать — мы намотаем на самом деле 80 витков, но между 40 и 40 витками у нас торчит отвод наружу, т.е. получили 3 конца.
Первый конец, пусть +, средний конец — земля, третий конец минус.
Так делается двуполярное питание.
Но ошибка о которой я говорил никуда не исчезла, так как на самом деле мы намотали больше витков чем нужно (об этом опять позже, чувствуете как нарастает напряжение).
Дело в том, что в трансформаторе не может быть такого, что с первого провода идет +, со второго земля, а с третьего минус. В трансформаторе всегда переменный ток, то есть по одному проводу скачет то плюс, то минус (как и в розетке).

Чтобы рассортировать это безобразие — плюс к плюсу, минус к минусу, нужно ток выпрямить.

 

БУДЕМ ВЫПРЯМЛЯТЬ

Выпрямляется ток с помощью диодов из которых нужно собрать простенькую схему «диодный мостик» или просто купить готовый диодный мостик.

Диод — это такой элемент, который с одной своей стороны, где нарисована черточка или находится шляпка пропускает только минус, а с другой стороны только плюс.
Вот так он обозначается на схемах:

Серебристая полоска на конце диода обозначает минус

Вот так вот выглядит схема диодного моста в виде символов.

А так в реальности:

О готовом диодном мостике:

Выглядит диодный мост вот так или вот так:

Какой именно диодный мостик вам продадут в радиомагазине я не знаю, а вот покупая диоды вы можете сделать такое серьезное лицо, нахмурится и сказать — дайте диоды Шоттки.
Диоды Шоттки — это ооочень быстрые диоды — это все, что нужно знать.
Еще у диодов есть параметры. Так как микросхема TDA7294 умеет потреблять в пике до 10А, и кушает до 40 вольт, то диоды нам тоже нужны не менее, чем на 10А и не менее 40 вольт. Но по вольтам обязательно делайте запас, т.е. не 40 вольт, а 60 например или больше.
Диоды обладают одним свойством, в одну сторону они пропускают только +, а в другую, только минус.

Собрав простенькую диодную схему в виде ромбика вы получите с нее + и -.

После этого обязательно нужно использовать электролитический полярный конденсатор (соответственно больше 40 вольт (63в), и чем больше микрофарад, тем лучше — 6800-10000 мФ), он выступит сглаживающим фильтром и обеспечит качественное питание.

В идеале ток нужно стабилизировать еще лучше с помощью стабилизаторов, но это усложнит схему, поэтому это опустим.

Что значит электролитический полярный конденсатор — это конденсатор в виде бочока из которого торчат две ноги. Но со стороны одной ноги написано —- (это минус), с другой + .

Если со схемой диодного мостика вам все слишком сложно, просто купите готовый диодный мост на 10 ампер — он обойдется в 10-20 рублей.
На средние ноги подадите ток с трансформатора, а с крайних получите + и — (на мостике подписано, что именно откуда). Землю просто возьмете с трансформатора, она не имеет ни плюса, ни минуса.
Третий раз упоминаю об ошибке при намотке числа витков.
Она заключается вот в чем.
При выпрямлении тока, напряжение вырастает в 1,4142 раза, т.е. чтобы получитть на выходе именно 40 вольт, нужно намотать

40/1,4142=28,3 витка.

Теперь о радостном — врятли начинающий любитель будет сам мотать трансформатор — конечно же он его просто купит.
Давайте посмотрим, какие трансформаторы нам подойдут, на примере интернет-магазина Чип и Дип. Сразу скажу, что магазин дорогой, доставка из него тоже не дешевая, заказ должен стоить больше 500 руб и тд. Это просто пример — ищите варианты подешевле.
Пишем на их сайте в поиске «транформатор ТПП».
Я нашел наиболее подходящий
ТТП250 (2х25В, 4А), Трансформатор тороидальный, 2х25В, 4А

Посчитаем его мощность: (2*25)*4=200 ват.
Наш усилитель в пике, в теории способен выдать до 100 ват на канал. На самом деле столько не выйдет, так что этот 200 ватный транформатор самый оптимальный вариант для TDA7294.
Почему я выбрал именно его.
Во первых он имеет две отводки по 25 ват. Т.е. я соединю провод одной отводки с проводом другой и получу средний провод, т.е. землю. А крайние провода будут для + и -.
Еще потому что нам требуется напряжение на отводах 40/1,4142=28,3 вольта, а в продаже были только либо на 25 вольт, либо на 30.
Но 30 вольт — это — 30*1,4142=42,4 вольта — это выше чем способна выдержать наша микросхема.
Поэтому самое оптимальное — это 25.
25*1,4142=35,3 вольт.
Да, не 40 вольт. Мы не получим по 100 ват на канал. Ну и что. Получим ват 70-80 на канал. Зато микросхема никогда не будет работать на пределе.
Что еще можно сделать лучше — можно купить два 150 ватных трансформатора, чтобы у каждого канала было свое независимое питание. Но при первой сборке вы врятли на это пойдете.
Поэтому вернемся к варианту усилителя с 1 трансформатором.
Вот схема диодного моста + электролитический конденсатор для сглаживания при обычном питание.
Но у нас оно двуполярное.
Поэтому схема чуть поменяется — нужно будет 2 конденсатора, но тоже все несложно:

Левая завитушка — первичная обмотка трансформатора, что включается в розетку 220 вольт. Правая завитушка — вторичная обмотка на 28,3 вольта с отводом по середине (земля). Ромбик в середине — диодный мостик. Горизонтальные палочки — графическое обозначение конденсатора — черная палочка — минус, белая — плюс.

Просто в обычной однополярной схеме мы поместили бы конденсатор так: к минусовому выходу диодного моста мы припаяли бы минусовую ногу конденсатора, а к плюсовому выходу — плюсовую ногу конденсатора. И с этих же ног дальше припаяли проводки по которым уже идет выпрямленное напряжение + и -.
Так же конденсатор можно зашунтировать неполярным пропиленовым кондесатором малой емкости от высокочастотных помех.
Берется такой неполярный (т.е. у него + и — на ногах не различается) емкостью 0,1 мФ допустим и одна нога припаивается к минусовой ноге электролитического полярного конденсатора (например к минусу), а вторая нога к плюсу. Мы как бы замыкаем электролитиечский конденсатор через неполярный конденсатор — это называется шунтированием.

Итак подытожим, что у нас в итоге получается:

Теоретически несложный блок питания для будущего усилителя готов. Практический отчет с фотографиями смотрите в последней части.
Переходим ко второму этапу — схема усилителя.