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七月 30 2019

基于TDA7294的功放电路设计

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TDA7294TDA7294意法半导体AB类1声道(单声道)100Wx1@8Ohm

  TDA7294是欧洲著名的SGS-THOMSON意法微电子公司于90年代向中国大陆推出的一款颇有新意的DMOS大功率的集成功放电路。它一扫以往线性集成功放和厚膜集成的生、冷、硬的音色,广泛应用于HI-FI领域:如家庭影院、有源音箱等。该芯片的设计以音色为重点,兼有双极信号处理电路和功率MOS的优点。具有耐高压、低噪音、低失真度、重放音色极具亲和力等特色;并且具有静音待机功能,短路电流及过热保护功能使其性能更完善。本文将介绍几种基于TDA7294的功放电路设计

  一、OOL电路

  OCL电路图见图1,本电路是用两片TDA7294组成的双声道70W 功放。外围元件少,电路简单,当电源电压为土35V时,在8欧负载上可获得70W的连续输出功率。非常适合30平方米以下的环境放音,如音箱阻抗小于8欧,电源电压应相应降低。

OCL电路图

  图1 OCL电路图

  二、BTL电路

  BTL电路见图2,利用两片TDA7294桥接组成BTL功放电路,输出功率可达150W 以上,适合歌舞厅等需要大功率的地方,立体声时需要4块TDA7294。当电源电压为土25V时,在8欧姆负载上可获得150W的连续输出功率。当电源电为±35V时,在16欧姆负载上可获得180W的连续输出功率。用TDA7294作BTL功放,负载不得低于8欧姆。

BTL电路图

  图2 BTL电路图

  三、恒流功放

  本功放电路与前面两种结构有些不同,其反馈电路为电流取样、电压求和负反馈。这种电路结构就是人们常说的恒流功放,电路的具体分析不作详述,只介绍与传统恒压功放相比后较突出的优点。

  ①功放输出电流与负载阻抗无关,即使负载短路,也不会造成功放块过热现象。

  ②输出功率随着负载阻抗的增大而增大,在一定功率储备之内推动扬声器负载,可以很好地保证原来音乐信号的低音力度和高频解析力。③作用在扬声器音圈上的力只依赖于电流。用流控振荡方式推动扬声器必然要快于压控振荡方式,使扬声器振动系统④输入、输出阻抗容易做到匹配。恒流功放电路实际上是一个受输入信号电压控制的受控电流源。它的内部反馈电路为电流取样,电压求和负反馈,具有输入、输出阻抗均高的特点。输入阻抗高,正好是前级恒压放大电路所需要的,有利于信号电压无损失地送到功放输入端。而输出阻抗高,能减少

  内阻对信号的分流,有利于把输出信号电流都加在负载上。图3中,电源电压选择为±35V,其放大倍数由扬声器与R6的比值决定。

恒流功放电路图

  图3 恒流功放电路图

  四、Hi-Fi集成功放

  欧洲著名SGS-THOMSON意法微电子公司推出一款Hi—Fi大功率DMOS集成功放电路TDA7294,电路见图4。它综合现代功放电路最佳设计,兼具双极信号处理电路和功率MOS的优点,具有低噪声、低失真度特色;待机及静音电路彻底消除了电源通断引起的冲击噪声,免去扬声器保护电路;过热及短路电流保护等功能使其性能更加优异,该器件适用于家庭影院及Hi—Fi放大器。主要参数为:VS(电源电压)±10~±40V(无信号最高电压±50V);Io(输出电流峰值)10A;Po(RMS连续输出功率)在vs=±35V 8Ω时为70W;vs=±27V 4Ω时为70W;(音乐输出功率有效值)VS=±38V 8Ω时为100W;VS=±29V 4Ω时为100W。

Hi-Fi集成功放电路图

  图4 Hi-Fi集成功放电路图

  图4电路闭环增益为30dB,增大R3可提高增益,反之降低,但放大器增益应≥24dB,以R1=R3时放大器性能最佳。R7、C4和R5+R6、C3决定待机和静音时间常数,值大则时间延长,当控制端接低电位地时为静音和待机状态;当控制端接vs时,因(R5+R6)》R7,⑩脚比⑨脚后升到高电位,而关机时则先变为低电位,这就使待机和关机过程均在静音状态下进行,保证了放大器开、关机无噪声。

BTL功放成品板

  图5 BTL功放成品板

  对于歌舞厅等大功率专业应用领域,可选图5的BTL功放成品板,两只TDA7294均配各自专业散热器,在vs=±25V8Ω时,最大连续输出功率达150W;在±35V 16Ω时,最大连续输出功率达170W。

  我们用TDA7294标准应用电路与马兰士PM80及YAMAHAA-592作了听音对比,前者为中价位Hi—Fi名机,具有甲类、甲乙类状态切换开关,后者是三千元级具有Ac-3输入的AV功放,音源为音乐传真E60CD,音箱为丹拿5号。感觉TDA7294的声音取向具有鲜明的欧洲风格,柔美、圆润、细腻,富弹跳感,与甲乙类状态的马兰士PM-80有异曲同工之妙,但PM-80处于纯甲类工作时声场更深,控制力也略胜。与YAMAHA A-592相比则区别较大,A-592的低频似乎略有提升,感觉力度好,但较硬,线条模糊;TDA7294则甜美自然,解析力较高,真似泼墨山水与工笔花鸟,各有其无穷韵味。

  五、有源低音炮功放增加待机功能

  本电路是对使用集成电路TDA7294的音响电路进行改进的,电路图如图6所示。TDA729410脚具有静音功能,当外部提供一直流高电平时,集成块处于工作状态;低电平作用时,集成块则处于截止状态,此时电路耗电微小,IC1 14脚无输出,即“待机”形式。一般的电路都是给10脚提供高电平使其处于导通状态,其实开发此脚功能可满足某些特殊的工作要求。本电路就是据此使有源低音炮功放增加待机功能,其电路工作可靠、反应灵敏。

有源低音炮功放增加待机功能电路图

  图6 有源低音炮功放增加待机功能电路图

  六、高保真功率放大器

  电路如图7所示,推动级采用了TDA7294,该芯片内部推动级和输出级均使用了场效应管,用±40V供电,输出功率可达70W(RL=8Ω;THD=0.005%),音色细腻、听感极佳。功率输出VT1、VT2采用山肯大功率对管2SA1394、2SC3858。

  电路原理如下:信号经C1、R1输入TDA7294正相输入端③脚。R7和IC第②脚的R3、C3、C4构成负反馈网络,本放大器的闭环增益约34倍。⑨、⑩脚分别是待机、静音端,由于第⑩脚RC网络时间常数比第⑨脚大,使得开关机均在静音下进行,避免了开关冲击声,C7为自举电容。

TDA7294推动的高保真功率放大器

  图7 TDA7294推动的高保真功率放大器

  制作要点:

  1.TDA7294的金属帽与散热片之间要加绝缘云母片(金属帽与⑧脚相通)。

  2.电源变压器用环形300W双20V的,50V/10000μF的滤波电容四只、50V/100μF两只、100V/0.1μF两只。对电源部分要单独测试,先不接功放,测量电源正、负输出电压是否对称,误差应在0.6V以内。

  3.试机时,为安全起见,应先使用较低的电压实验(如±25V),不加信号,测输出端对地直流电压,正常应在20mV以内。

  4.由R8、R9、R10、D1组成了末级偏置电路,这种偏置使得输出管VT1、VT2在工作时均不截止,因此静态电流可取得较小(约5mA)。

  5.功率管要严格配对(3%以内)并选用正品。输出端电阻R14采用5W无感型的,电感L则用直径1.5mm漆包线在R14上密绕10匝而成。TDA7294使用60mm&TImes;85mm&TImes;20mm十二槽的散热片,输出对管则要用专业散热片。印板上有大电流的路段要进行滚锡处理,这于放音的透明度和力度极有益处。

TDA7294推动的功率放大器PCB

  图8 TDA7294推动的功率放大器PCB

  七、AB类功率放大器

  TDA7294集成电路是用作高保真的音频AB类功率放大器。它可以驱动4欧姆或8欧姆扬声器,连接8欧姆扬声器时将提供50瓦输出功率,0.1%的THD。

AB类功率放大器电路图

  图9 AB类功率放大器电路图

  你必须为TDA7294安装一个足够大的散热器。引脚10是静音输入,引脚9提供了待机模式。选择待机模式下静音应该总是发生。该IC具有内部热保护,在145℃导致静音削减,在150°C放大器进入待机状态。TDA7294集成电路散热器内部连接到负电源轨,如果该模块被安装在一个接地的金属外壳内,然后IC必须从散热片绝缘。如果没有,负电源轨将被短路到地。

  八、双声道功放

  TDA7294大功率集成电路IC是专门为组装高性能音频放大器而设计的,采用两片TDA7294就可以做成一台功率强劲的双声道高保真功率放大器。电路原理如图10所示,整体电路由两块TDA7294核心部件组成,外围包括一些电阻、电容元件。两声道的电路几乎是完全相同的设计,都是采用TDA7294官方发布的标准线路,接成同相放大电路,电压增益30.5dB,输出功率每声道最大70W,并采用双电源对称方式供电电压±35V。其中Cl5、Cl6为输入耦合电容,原始电路中采用0.47μF,这里加大到lμF,可以改善电路的低频响应效果,推荐采用聚丙烯材质的音频专用电容,如WIMA的MKT4系列电容等,能大幅度改善声音的解析度。R3、R4是输入电阻,决定TDA7294在同相放大状态的输入阻抗,此处取22kΩ比较适中,取值太大固然可以减轻前级信号源的负担,但是可能影响TDA7294的稳定性,使得输出中点电压漂移增大,取值太小又会影响对低频的响应能力。反馈电阻R7、R8理论上数值应当等于输入电阻R3、R4,这样可以保证TDA7294输入差动电路的偏置电流平衡,减小信号失真。反馈落地电阻R5、R6配合R7、R8设置电路增益,这里使用了反馈隔直电容Cl3、Cl4,形成交流负反馈,抑制直流电压输出,能起到对扬声器的保护作用。

双声道功放电路图

  图10 双声道功放电路图

  TDA7294具有启动静音功能,配合外部电路实现通断电源时的无冲击声效果,原理图中的R9、R1O、R11、Rl2和Cl7、Cl8以及VD5、VD6组成外部静音控制电路,在接通电源瞬间给TDA7294的9、10脚延时通电,实现软启动的作用。

  电源整流滤波电路也很简单,由4个欧速整流二极管VD1-VD4组成全桥整流电路,电容C1、C2为主滤波电容,要求采用大容量高电流音响专用滤波电容,比如ELNA的FORAUDIO系列或BHCAerovox工业等级电容。

  设计

  PCB一般都是业佘制作中的瓶颈,使很多优秀的原理图没有转化成为实际可以用来组装的成品PCB。这里笔者采用流行的Protel99se设计软件绘制出了对照原理图10的印制线路板,见图11,采用2mm厚的FR-4板基的双面PCB,铜箔加厚到70mm,用在大电流功放电路非常适合。整体PCB走线采用一点接地方式,有效杜绝地线干扰噪声。在某些大电流走线还采取镀锡措施,可以增加额外的电流通行能力。电源输人和功率输出结构采用大电流的螺丝接线端子,保证充足的过电流能力和反复接线的耐久性能。

印制线路板

  图11 印制线路板

  九、100W功率放大器电路

TDA7294构成的100W功率放大器电路图

  图12 TDA7294构成的100W功率放大器电路图

  图12是由单片音响功放集成电路TDA7294构成的100W功率放大器。TDA7294内部包含前置运放、末级功放、温度保护、短路保护、静音控制等电路。末级采用双极DMOS功率晶体管,具有输出功率大、频带宽、失真小、通用性好等特点。该集成电路还具有完善的防过载、防短路和温度保护电路,在芯片温度过高时,自动切断音频信号,保护芯片不致烧毁。用TDA7294构成的功放电路,具有外围电路简单、易于制作的特点。电路输入阻抗20k,输入灵敏度750mV,电压增益32dB,电源电压范围±(25~40)V,静态电流50mA。当负载阻抗为8Ω时输出功率1OOW;负载阻抗为4Ω时输出功率可达180W。实际制作时,TDA7294应加装足够的散热片。配套电源电路应有足够的容量。如需提高电路电压增益,可适当改变R3与R2的比值,电压增益A=201g(R3/R2)(dB)。但不宜片面追求本级电压增益,过高的电压增益易引起电路自激,解决的办法是提高前置级的电压增益。

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