Какая микросхема лучше для усилителя звука

6

Подборка плат усилителей на микросхемах для сборки своего усилителя мощности

Хочется самому собрать усилитель мощности для домашней акустики с хорошим звуком, но не знаете на каком варианте остановится? Для начала нужно попробовать плату усилителя на микросхемах. Это недорого, и будет достаточная мощность для бытовой акустики и низкие искажения. Рассмотри китайские решения на популярных микросхемах усилителей звука.

Но в любом случае до готового усилителя, помимо плат необходимы:

• Блок питания (сетевой трансформатор + выпрямитель с конденсаторами питания) Он играет важную роль.
• Защита акустики на реле (при необходимости, если нет на плате)
• Софт-старт для плавного пуска (при необходимости, при высокой мощности)
• Регулировка громкости (например самая простая на сдвоенном переменном резисторе)
• Селектор входов (при необходимости подключать много устройств)
• Корпус с радиаторами охлаждения или с хорошей конвекцией

Рассмотрим варианты плат усилителей на микросхемах на площадке AliExpress у надежных продавцов.

LM1875

Открывает подборку простой вариант LM1875 от AIYIMA. В лоте набор для самостоятельной сборки.

На удивление качественный звук с низкими искажениями, и есть защита акустики на реле.

Вариант с небольшой мощностью (до 30 Вт) и компактного размера 99х63 мм.

Питание платы 12-22 В переменного напряжения со средней точкой.

Защита от КЗ и тепловая. Комплектующие хорошего качества.

TDA7294

Небольшая плата с простой обвязкой на паре известных микросхем TDA7294. Максимальная мощность 70 Вт на канал на 4 Ом.

Плата небольшая (106х55 мм), потому что к ней нужен блок питания (выпрямитель + конденсаторы по питанию) с двухполярным напряжением 35 В. Сетевой трансформатор необходим со вторичными обмотками 15-28 В.

В этом лоте на выбор:

• Только печатная плата без деталей
• Собранная плата усилителя

TDA7293 DC servo

Теперь более навороченный вариант на паре TDA7293. Максимальная мощность до 100 Вт. Схемотехника «DC servo» (нулевой уровень постоянного напряжения на выходе поддерживается интегратором) на OP07+NE5534. Так же на плате организована защита акустики на чипе UPC1237 и реле.

Плата крупная (150х135 мм), но оно и понятно, там и выпрямитель и конденсаторы и интегратор. Трансформатор для питания нужен со вторичной обмоткой 12-28 В.

В этом лоте выбор:

• Собранная плата с радиатором охлаждения
• Собранная плата без радиатора
• Набор для сборки с радиатором
• Набор для сборки без радиатора

LM3886

Нельзя обойти стороной знаменитую микросхему LM3886. Качественный, детальный звук. 68 Вт максимальной мощности.

Эта небольшая плата (118х71 мм), но на ней уместились пара электролитов емкостью 10000 мкФ и защита акустики на UPC1237 с реле. Трансформатор для питания нужен со вторичными обмотками максимум 24-0-24 В.

Качественные комплектующие. Обещают оригиналы LM3886TF (в пластиковом корпусе, не нужна прокладка для установки на радиатор).

LM3886 DC Servo

Продвинутая версия платы на паре LM3886. Она же изображена на заглавном фото топика. Добротный вариант. Размер платы 155 х 80 мм. Схемотехника DC Servo. Операционники 5534 в кроватках.

На плате «все включено», и выпрямитель и защита акустики. Трансформатор необходим со вторичными обмотками 15-28 В.

В лоте выбор: набор для сборки/собранная плата и вариант с радиатором или без. Если брать без радиатора, микросхемы можно монтировать без прокладок.

Много положительных отзывов.

LM4766

Вариант который не у всех на слуху, в отличии от популярных предыдущих микросхем. LM4766 — микросхема средней мощности, выдает максимально 40 Вт на канал. Одна на плате. Звучание вполне пригодное для настольных систем. Я делал на ней усилитель, звучал и измерялся неплохо.

Плата «все в одном» (112X68 мм) с выпрямителем, конденсаторами и защитой на реле. Питание — трансформатор со вторичной обмоткой 15-22 В.

В лоте на выбор или набор для сборки или собранная и протестированная плата.

STK401-110

Завершает подборку вариант с высокой выходной мощностью и на гибридной микросхеме. Да, да сделаем некое допущение. STK — это гибридные микросхемы, выполненные на бескорпусных транзисторах по толстопленочной технологии в достаточно крупном корпусе. Что-то среднее между транзисторным и микросхемным усилителем.

STK401-110 это реально мощный вариант, переваривает до 42 В питания, и выдает реальных 100+ Вт на канал на 4 Ом. Есть даже разъем под вентилятор охлаждения.

Вариант STK433-260 — когда хочется гибридную микросхему, но много «дури» на выходе не нужно. Вот она идеальна для этого, там 2х50 Вт и такая же качественная плата с выпрямителем и защитой.

Надеюсь, подборка плат усилителей на микросхемах для DIY аудио проекта, была полезна и Вы выберете себе вариант на свой вкус (слух) и бюджет.

Приятных покупок! Не забывайте применять купоны и скидки площадки AliExpress.

Лучшие операционные усилители для звуковых схем

Выбор операционного усилителя (ОУ) для аудио применений

Условные обозначения, принятые для этой страницы:

• Треугольник используется для обозначения операционного усилителя
• Вывод подключения напряжения питания положительной полярности (+V) расположен слева от треугольника и направлен вверх.
• Вывод подключения напряжения питания отрицательной полярности(-V) расположен слева от треугольника и направлен вниз.
• Неинвертирующий вход расположен слева и обозначен знаком «+».
• Инвертирующий вход расположен слева и обозначен знаком «-».
• Выход ОУ изображается справа в вершине треугольника и направлен вправо
• Выводы частотной компенсации или регулировки напряжения смещения справа от контактов питания и направлены вверх или вниз.
• Названия корпусов соответствуют стандартизированным обозначениям.

Простой Операционный Усилитель в корпусе DIL8 (V1)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : 709, 748, CA3130 , LT1028, NE5534 , OPA121 , AD797

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V2)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : 741 , AD711 , LF351 , LM301 , OPA606 , TL061 , TL071 , TL081 , OPA604 , OPA627 (более специализированные приборы, предназначенные для схем сбора данных, но иногда используются и для аудио)

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V3)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : EL2030

Одиночный ОУ в корпусе DIL8 (V4)

Контакт 4 = -V
Контакт 7 = +V
Примеры : OP07 , OP27, OP37, OPA134

Сдвоенный ОУ в корпусе DIL14

Контакт 4 = -V
Контакт 13 = +V
Примеры : 747, NE5533 (двойной NE5534 )

Сдвоенный АОП в корпусе DIL8

Счетверенный АОП в корпусе DIL14

Самые популярные ОУ

Некоторые ОУ стали очень популярны и использовались в тысячах конструкций. Кто из электронщиков последних десятилетий не знает uA741 ? Но uA741, конечно, не единственный сверх — популярный ОУ. У него есть множество «инкарнаций», такие как например uA747 (сдвоенный 741), MC1458 (сдвоенный 741), LM348 (счетверенный 741).

Также стали очень популярными чипы серии TL0xx ( TL071 , TL072 , TL074 , TL081 , TL082 , TL084 ) и CA3140 . Микросхемы LM324 , LM358 и CA3140 очень часто применяются в схемах с однополярным питанием. Серии TL07x и TL08x в основном используются для схем с симметричным питанием.

Самые известные, но не обязательно лучшие для аудио…

LM741 и LM324 очень популярны и используются повсеместно, то это главным образом благодаря тому, что они внесли огромный вклад в небольшую революцию в области интегральных усилителей. LM741 и LM324 были «лучше» и стабильнее своих предшественников LM709, но их характеристики вряд ли предназначались для усиления слабых звуковых сигналов. Тем не менее, они все таки для этого использовались, порой даже в схемах микрофонных усилителей.

NE5532 и NE5534 — отличное соотношение цена/качество. Очень подходят для изготовления небольших микрофонных предусилителей или даже предусилителей RIAA (RIAA — сертификация американской ассоциации звукозаписывающей индустрии Recording Industry Association of America). Эти чипы имеют небольшую склонность к нестабильности на высоких коэффициентах усиления (паразитные автоколебания на высокой частоте, обычно неслышимые и видимые только на осциллографе, приводящие однако к искажению звукового сигнала при прослушивании). Однако это явление легко устранить, обеспечив хорошую развязку по питанию и и добавив небольшую емкость в несколько пФ в цепи обратной связи.

Кроме того, иметь четыре ОУ в одном корпусе (например L M324 ) было и остается весьма практичным, даже при сомнительной линейности и уровне шума этих чипов.

Мое любимые ОУ для аудио

Кое-кто осуждает использование развязки источника питания, так как это может привести к увеличению шума. Лично я выступаю за использование локальной развязки по питанию. Я всегда буду защищать её использование, пока сам не увижу неблагоприятный эффект.

Существует версия NE5534N с более низким уровнем собственного шума, чем у NE5534 . Честно говоря, я пробовал оба и не заметил никакой разницы на слух или на осциллографе. Но, возможно, мои тесты были недостаточно «чистыми», чтобы заметить разницу…

TL071 , TL072 , TL074 — я использовал их много раз для схем усиления сигналов линейного уровня и даже для микрофонных предусилителей (хотя для последних я предпочитаю NE5534 ). Они дают очень хорошие результаты, а также имеют очень хорошее соотношение цена/качество.

AD797 — эта схема идеальна для изготовления малошумящих микрофонов или предусилителей RIAA. Я использовал этот чип один раз для реализации предусилителя RIAA. Результат меня полностью удовлетворил. На тот момент у меня не было возможности провести сравнения с NE5534 (или 5532 ), но мне кажется, что последний все же лучше. Однако, это был единичный опыт, и не стоит принимать его за правило.

OPA2134 — используется в микрофонных предусилителях или предусилителях RIAA, а также во входных каскадах некоторых звуковых устройств (микшерных пультов, радиопередатчиков).

OP27 и OP37 — считается «лучше», чем NE5534 , особенно с точки зрения уровня шума. И правда, эти микросхемы менее «шумны», чем NE5534 , но большая разница в цене между ними и последними мне не кажется оправданной, по крайней мере, для звуковых схем.

Общее правило выбора «правильного» ОУ для звука

Я не знаю никаких магических правил. Вообще говоря, ОУ с биполярными транзисторами на входе всегда предпочтительнее, чем с входами на полевых транзисторах. Тем не менее, OPA2134 (FET) имеет «всего» на 6 дБ больше шума, чем NE5534 (биполярный). Время нарастания ( скорость нарастания выходного напряжения) является важным параметром, который дает хорошее представление о том, что можно ожидать от сигнала большой амплитуды и высокой частоты (скажем, выше 10 кГц для аудио).

Если ОУ недостаточно быстр, не ожидайте от него слишком многого… TL07x (FET) имеет довольно высокий уровень шума (18 нВ/rHz), но его время нарастания 13 В/мкс достаточно хорошее, в любом случае, намного выше, чем у LM741 (0,5 В/мкс)! Кстати, необходимо иметь в виду, что время нарастания около 2 В/мкс достаточно для обработки сигнала частотой 20 кГц с полной амплитудой.

Хорошая репутация, но лично не пробовал

LT1028 — эта довольно старая микросхема, которая всегда считалась одной из лучших в области аудио и много раз использовалась в микрофонных предусилителях, предусилителях RIAA и NAB. К сожалению, ни разу не держал в руках.

LM4562 — более новый чип, чем LT1028 , с очень хорошими характеристиками.

LM6172 — может работать на более высокую емкостную нагрузку, чем средние ОУ, и имеет низкий уровень искажений.

OPA2211 и OPA2827-

Разные производители одних и тех же чипов

NE5534 не обязательно имеет те же звуковые качества, что и другой NE5534, выпущенный другим производителем. Один и тот же образец интегральной схемы могут предлагать разные производители, они не обязательно будут изготавливаться по одним и тем же технологиям, каждая отрасль имеет свои предпочтения и «секреты» производства. Я не претендую на то, что один бренд лучше другого. Тем не менее, похоже, что аудиофилы предпочитают бренд JRC, а не Signetic, Philips или Texas Instruments. Burr Brown — еще один бренд, заслуживший солидную репутацию благодаря высокому качеству в области аудиотехники. Однако мы должны оставаться скромными в этих суждениях и помнить, что есть схемные решения, в которых звуковые различия слышны меньше, чем в других.

Замена операционных усилителей

Безопасно ли менять одну микросхему на другую? Если корпуса содержат одинаковые функциональные блоки (например, два ОУ), то да. Существуют корпуса DIL8, содержащие только один ОУ (например, NE5534), и корпуса DIL8, содержащие два ОУ (например, NE5532). Таким образом, NE5534 и NE5532 имеют идентичный корпус (DIL8), но поскольку их внутренняя структура (распиновка) различается, замена одного на другой может просто привести к их полному выходу из строя!

С другой стороны, замена TL084 (корпус DIL14) на TL074 (также в корпусе DIL14) вполне возможна, поскольку разводка четырех ОУ, которые они оба содержат — идентична.

Обратите внимание, что вы можете использовать для замены ОУ с отличающейся распиновкой, используя сделав ( или купив ) небольшую плату — перходник. Ничто не мешает вам заменить NE5532 (двойной ОУ в корпусе DIL8) двумя NE5534 (каждый в корпусе DIL8), используя небольшую печатную плату, обеспечивающую механический «интерфейс»

TDA7294 vs LM3886 — объективное сравнение

Я уже проводил пробное сравнение этих двух микросхем, но тогда оно было больше по даташитам и немного на слух. Вторая попытка сравнения была неудачной — подвела плохая разводка печатной платы LM3886. Третья попытка сравнить эти две микросхемы наконец оказалась более успешной.

Я собрал на каждой из микросхем инвертирующий усилитель. Почему инвертирующий? Причин несколько:

• у меня уже был собран такой усилитель на TDA7293;
• в инвертирующем усилителе нет электролитического конденсатора в цепи сигнала;
• зачастую инвертирующий усилитель чуть лучше, т.к. в нем отсутствует синфазная составляющая на входном дифференциальном каскаде.

Схемы обоих усилителей практически одинаковы за исключением собственных нюансов каждой из микросхем, чтобы усилители были максимально одинаковыми, и разница определялась только лишь используемыми микросхемами. Кстати, TDA7293 я использовал потому, что она лучше, чем TDA7294. И если есть лучшее, то зачем пользоваться худшим?

Разница в схемах небольшая. В TDA7293 присутствуют конденсаторы вольтодобавки С5-С6, другое управление режимом Mute и разделение земель резистором R10. В LM3886 добавился резистор R3, уменьшающий постоянку на выходе (в TDA7293 он не нужен) и катушка на выходе (необходимая согласно даташиту). Опыта по разделению земель в LM3886 у меня нет, поэтому нет и разделительного резистора (чтобы ничего не ухудшить ненароком). Хотя входная и силовые земли все равно надежно разделены монтажно.

В прошлом неудачи в сравнении были вызваны плохой монтажной схемой усилителя на LM3886. Я так и не нашел времени придумать свою, но обнаружил нечто пригодное в интернете. И тут возникла небольшая закавыка: исходная разводка не моя, и было бы хорошо объявить вслух, чью разводку я взял за исходную. Но проблема в том, что в ней была пара мелких бяк, и один довольно крупный косяк, поэтому это может послужить антирекламой автору. Так что я промолчу об авторе разводки, тем более что я ее довольно сильно изменил. Скажу сразу – это далеко не идеал, особенно по габаритам, но в плане правильности она получилась очень хороша.

В обеих схемах земля разделена, но у LM3886 без разделительного резистора (поскольку я не уверен, что с ним будет лучше). Если с моей платой все понятно и все ОК, то разводку платы LM3886 немного поясню. Низковольтная земля (вход, ООС) разведена на «полупятак» в центре платы. Слева платы разведена силовая земля – питание и нагрузка. Туда же входит и сравнительно тонкий проводник, соединяющий эти разделенные земли. Ток по нему, в общем-то, не течет (условно), а нужен проводник для задания потенциала земли. На силовой земле лежат 2 медных проводника диаметром 0,8 мм. Они соединяют между собой выводы электролитических конденсаторов фильтра питания и служат для уменьшения сопротивления дорожки. В середине этих проводников (посередине между электролитами) подключается провод земли источника питания. Так что выходит, что провод питания и электролиты соединены примерно в одной точке. «Межземельный» провод подходит примерно в эту же точку, но перпендикулярно, так что не затрагивает ток, питания протекающий по силовой земле. Примерно также перпендикулярно, но с другой стороны, подходит провод земли нагрузки. В результате токи питания, нагрузки и «межземельный» взаимно независимы. На самом деле нагрузка подключена немного несимметрично, но сопротивление этой несимметрии мало – дорожка нагрузки входит в широченную дорожку земли – и несимметрия влияет очень мало.

На плате LM3886 слева две черные линии – отрезки провода диаметром 0,8 мм, припаянные к земляному проводнику для того, чтобы получить соединение конденсаторов С4 и С7 «в одной точке» с минимальным сопротивлением.

Детали я использовал абсолютно одинаковые в обоих схемах (под них и разводил 3886). Наиболее важными считаются конденсаторы. На входе полипропиленовые EPCOS, на выходе (в цепи Цобеля) полипропиленовые К78-19, в цепи питания лавсановые EPCOS. После первых экмпериментов, я в усилителе на LM3886 заменил и электролиты в питании на фирменные LOW ESR.

Обе платы я установил на общий радиатор от усилителя «Орбита» (микросхема LM3886Т в изолированном корпусе, взаимного соединения не произойдет).

Рис 4. Платы усилителей вид сверху.

Рис. 5. Платы усилителей вид снизу.

Все это я подключил к стабилизированному источнику питания Matrix 2х31,6 вольт. Сигнал подавался и обрабатывался звуковой картой EMU-0404. Выходной сигнал контролировался цифровым осциллографом RIGOL с использованием режима цифровых измерений. Для компьютерных измерений использовались программы ARTA и SpectraPlus (бывшая SpectroLab).

Рис. 6. Измерительный стенд. Слева на столе – 2 блока нагрузок, имеющих активные и комплексные сопротивления.

Как показала практика, на частотах ниже 500 Гц эти источники питания вносили искажения из-за того, что ток, потребляемый усилителем, приближался к пределу срабатывания защиты (имеется ввиду ток в импульсе, средний ток был довольно маленьким). Поэтому я использовал нестабилизированный источник 2х28 вольт. Это очень хороший источник, но у него маловато напряжение, а я хотел нагрузить микросхемы посильнее, выжав максимальную мощность. Тем не менее, и с ним все получилось. В процессе работы выяснилось, что микросхема LM3886 перегревается и у нее срабатывает тепловая защита. Пришлось поставить ее на отдельный радиатор и добавить 80-мм компьютерный кулер, запитанный от напряжения 5 вольт, иначе искажения здорово росли прямо в процессе измерений.

Рис.7. С таким охлаждением перегрев микросхемы на результаты не влияет.

Каждая из микросхем подключалась по отдельности.

В одном варианте нагрузки я использовал мощные проволочные резисторы ПЭВ (очень линейные, кроме того, они нагружались не более чем на 1/4) в различных комбинациях. Измерения показали, что их индуктивность мизерна и начинает сказываться на частотах выше 100-200 кГц. Такую нагрузку я буду обозначать R. Например, R = 4 Ома. Другая нагрузка имеет сложный комплексный характер. Это довольно трудная, но достаточно реальная нагрузка. АЧХ и ФЧХ ее импеданса показаны на рис. 8. Ее я буду обозначать Z.

Некоторые справедливо ругают коэффициент гармоник Кг (THD) за то, что он имеет смысл «средней температуры по больнице». Ну что поделаешь, что до сих пор о нелинейности усилителя судят по этому сильно упрощенному показателю. Я придерживаюсь мнения, что на звук сильно влияет не только величина нелинейности, но и ее порядок (характер) – чем выше порядок, тем хуже звук. В просторечии это называют так: «высшие гармоники более вредные, чем низшие». Поэтому кроме стандартного Кг, я буду использовать нормированный к номеру гармоники параметр Кг’, который вычисляется так:

где k – номер гармоники.

Интересно, что некоторые люди, критикующие стандартный Кг за его равноправие по отношению к номерам гармоник, Кг’ совершенно не приемлют, несмотря на то, что он все же лучше. Кг’ тоже далеко не идеал, но в отсутствии идеала ИМХО лучше пользоваться коэффициентом хоть и приближенным, но более точным. Типа из двух зол выбираем менее неточное. А они говорят: «пока не дадите нам идеальную меру, будем пользоваться самым неточным коэффициентом Кг». Но ведь известно, что «заметность гармонических искажений третьего порядка вдвое выше, чем искажений второго порядка, заметность искажений от пятого порядка и выше в 6…10 раз выше, чем второго». Так что Кг’ пусть и не идеально, но все же учитывает тот факт, что «высшие гармоники звучат хуже». Хотя в качестве рекламы Кг гораздо лучше, чем Кг’ – ведь его значение значительно меньше…

Некоторые считают меня апологетом микросхемы TDA7294-TDA7293. Типа я ее люблю, а все остальные ненавижу. Это неправда. Просто так вышло, что я начал работать именно с этой микросхемой, и не видел веских причин переходить на какие-то другие. Поэтому я торжественно клянусь, что не буду никому подсуживать. Что получится, то и получится. Пускай победит сильнейший, а я занимаю позицию: «Платон мне друг, но истина дороже».

Тест №1. Максимальное выходное напряжение-ток-мощность. Я подключил на выход нагрузку R = 2 Ом, чтобы максимально нагрузить усилитель выходным током. И посмотрел, какое максимальное выходное напряжение (и мощность) дает каждый из усилителей при Кг = 1%.

У TDA7294 небольшой выигрыш – 0,5 вольт действующего значения. В общем-то, мелочь, около 5% по напряжению или примерно 10% по мощности. Но учтите, что микросхема 3886 при этом стоЯла на большом радиаторе и обдувалась (хоть и не сильно) вентилятором.

Тест №2. АЧХ усилителей. АЧХ снимались в режиме большого сигнала: выходное напряжение 10 вольт RMS, сопротивление нагрузки R = 6 Ом. Т.е. в реальных боевых условиях, а не в тех тепличных, которые иногда используют для получения красивых рекламных чисел.

Небольшое несовпадение АЧХ на частоте 20 Гц — следствие разброса емкости входного конденсатора.

У TDA7293 частота среза порядка 110 кГц, у LM3886 порядка 90 кГц. На самом деле четкого ответа, что лучше здесь нет. Обе микросхемы хороши. У более высокой частоты среза (TDA7293) есть как «за», так и «против». Поэтому тут полная ничья. Более того, такой широкий диапазон рабочих частот в реальности не очень-то и нужен (если не считать рекламы). Поэтому после следующего теста на скорость нарастания я в оба усилителя установил конденсатор в цепь ООС так, как описано здесь. В результате частота среза упала до примерно 70 кГц. Причины установки конденсатора описаны по ссылке выше. Но еще одна причина там не указана, а она тоже довольно важная.

Существует формула (это так называемый критерий динамической линейности) для вычисления требуемой скорости нарастания выходного напряжения усилителя. Если условие, указанное в формуле выполняется, то в усилителе динамические искажения не возникнут никогда:

Секрет в том, что при вычислении требуемой скорости нарастания выходного напряжения усилителя в формулу правильно подставлять в качестве частоты fmax не максимальную звуковую частоту 20 кГц, а максимальную рабочую частоту усилителя. В смысле частоту среза. Именно в этом случае не будет динамических искажений. Поэтому усилитель с верхней рабочей частотой в 120 кГц потребует вдвое большей скорости нарастания, чем усилитель с верхней частотой 60 кГц. А ведь скорость нарастания у микросхем не такая уж и большая! Вот поэтому и неплохо ограничить максимальную частоту усилителя значением 40…70 кГц.

Хотя, есть еще один вариант объяснения различий в АЧХ, я его правда не проверял: у 3886 на выходе стоИт катушка, так что на самых высоких частотах спад АЧХ может давать именно она.

Тест №3. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения усилителя. На вход усилителя подаю с функционального генератора Matrix меандр частотой 10 кГц. Нагрузка по-прежнему есть, активная R = 6 Ом – то есть условия остаются боевыми (хоть и не самыми плохими).

Тут есть один нюанс. Он заключается в методике измерений. Одна из них такая: подать входной меандр разумной амплитуды, в пределах номинального входного напряжения. На выходе будет сигнал, соответствующий реальности – просто усиленный входной (ну и с немного растянутыми фронтами). Такой сигнал может на самом деле встретиться в звуковой программе (или в тестовом сигнале).

Второй метод: на вход усилителя подают прямоугольный сигнал огромной (лишь бы ничего не сгорело) амплитуды. И тогда уже измеряют скорость нарастания, которая получается максимально возможной. И цифирки при этом тоже получаются красивые. Но к реальной жизни это отношения не имеет: ведь при таком входом сигнале на выходе творится полный беспредел. Искажения просто сверхъестественные. И поэтому на практике такая ситуация не встречается (встречается в цифровой технике, но нам туда не надо). Но обычно все пользуются вторым способом — реклама прежде всего.

Я использовал оба метода. При этом были отключены все цепи, вносящие задержку: ФНЧ на входе, конденсатор в цепи ООС и катушка на выходе усилителя на LM3886 (и это правильно). На рисунках слева — первый (мягкий) способ измерений, справа — второй (жесткий). Кстати, сравните, как реклама выигрывает от смены метода измерений!

Слева при выходном напряжении меандра 15 вольт (амплитудных). Справа при подаче на вход напряжения в 5 раз выше максимального.

Слева при выходном напряжении меандра 15 вольт (амплитудных). Справа при подаче на вход напряжения в 5 раз выше максимального.

Результаты сводим в таблицу:

LM3886 побеждает с хорошим счетом… Но в «преувеличенном» тесте. Т.е. микросхема вдвое обгоняет конкурента по скорости нарастания, но в реальной работе это произойдет при пятикратной (!) перегрузке. Не все любят слушать музыку в таких условиях. Вот только в этой бочке меда небольшая ложка дегтя: посмотрите, LM3886 не дает на выходе напряжения выше 20 вольт (осциллограф показал 19,4 в положительном направлении), тогда как TDA7293 загоняет луч за пределы экрана. Можно было бы сказать, что нет смысла в большой амплитуде, если скорости нарастания недостаточно. Но все же вряд ли в реальном сигнале будет такое количество высоких частот, что TDA7293 не справится с ними по скорости нарастания – если высоких и вправду будет так много, то они мгновенно сожгут пищалку в колонках и не будет слышно, что микросхема лажает .

Кстати, а на тесте таким сигналом, какой бывает в реальных условиях, микросхемы одинаковы. Разница в 0,4 В/мкс незначима — ведь у микросхем существует разброс.

Тест №4. Измеряем Кг и Кг’ на частоте 1 кГц при выходном напряжении 10 В RMS и нагрузке либо R = 4 Ома (Рвых = 25 Вт), либо R = 8 Ом (Рвых = 12,5 Вт) Два разных сопротивления позволят оценить влияние сопротивления нагрузки (и опять же выходного тока) на искажения. Т.е. рассматриваем вопрос «кто более чувствителен к нагрузке»? Вот спектры выходных сигналов, ограниченные первыми 20-ю гармониками.

Искажения LM3886 заметно выше. Но в спектре преобладает «красиво звучащая» 2-я гармоника. Так что можно предположить, почему эта микросхема некоторым нравится больше, чем TDA7294: возможно, что «более сладкое» звучание LM3886 перевешивает «неправильности», вызванные бОльшими искажениями. Но пока это только предположение.

Посмотрим, как влияет нагрузка на каждую из микросхем.

В общем-то влияние небольшое, но меня не оставляет мысль о том, что я недогрузил микросхемы. Возможно, в следующем сравнении надо будет повторить измерения, но при Rнагр = 2 Ома.

А пока сведу результаты в таблицу для большей наглядности.

Почему-то LM3886 ведет себя аномально: при росте выходного тока Кг’ уменьшается. Возможно это случайность, пока я не знаю, почему такое может быть и как это проверить.

Тест №5. АЧХ Кг и Кг’. APTA почему-то не хочет измерять гармоники выше частоты 22 кГц (несмотря на то, что я установил Fд=96 кГц). Поэтому графики не доведены до частоты 20 кГц, а оборваны там, где начинает теряться точность из-за того, что некоторые гармоники уже не измеряются. Выходное напряжение 10 вольт RMS. Активная нагрузка R = 4 Ом.

1. Комплексность нагрузки влияет не так уж и сильно (особенно на «правильный» Кг’).
2. У LM3886 основные искажения приходятся на 2-ю гармонику, поэтому при довольно заметном различии в «обычном» Кг, нормированный Кг’ обеих микросхем не так уж и различается. Наверное поэтому они звучат примерно одинаково.

Тест №6. Интермодуляционные искажения IMD. Они очень хорошо показывают нелинейность, особенно на высоких частотах, где гармоники бывает трудно измерить. Итак, подаем синусоиды 18 кГц и 19 кГц одинаковой амплитуды. Нагрузка R = 4 Ом и комплексная, выходное напряжение 12 вольт амплитудного значения.

Рис. 19. Интермодуляционные искажения микросхемы TDA7293 при нагрузке R = 4 Ом.

Рис. 20. Интермодуляционные искажения микросхемы TDA7293 при комплексной нагрузке Z.

Рис. 21. Интермодуляционные искажения микросхемы LM3886 при нагрузке R = 4 Ом.

Рис. 22. Интермодуляционные искажения микросхемы LM3886 при комплексной нагрузке Z.

На «простой» нагрузке LM3886 демонстрирует результаты лучшие, чем TDA7293 (хотя это не совпадает с АЧХ Кг). Хотя основную роль в этом играет разностная частота 1 кГц. На частотах интермодуляций 2, 3, 4 кГц побеждает TDA7293, только неизвестно, влияет ли это на что-нибудь – уж очень маленькие амплитуды.

А вот на трудной нагрузке LM3886 сразу «дохнет». Кстати, и выходное напряжение 12 вольт амплитуды было выбрано потому, то большее напряжение (16 вольт) микросхема LM3886 «не тянула» (похоже шла в разогрев – искажения росли во времени до ужасных величин). TDA7293 выдавала напряжение 16 вольт вполне спокойно.

На мой взгляд причина в разных выходных транзисторах этих микросхем. У TDA7293 и TDA7294 на выходе используются полевые транзисторы. Их входной ток практически не зависит от сопротивления (и тока) нагрузки. У LM3886 на выходе транзисторы биполярные. Их ток базы пропорционален выходному току, причем с ростом выходного тока коэффициент передачи транзисторов h21 падает, и ток базы может расти быстрее, чем растет выходной ток. И вполне возможно, что этот повышенный ток базу нагружает драйверный каскад, который и создает дополнительные искажения. Также может быть, что микросхема хуже охлаждается (из-за изолированного фланца), и искажения вызывает разогрев ее кристалла. В общем-то этот тест довольно жесткий.

Заключение.

В общем, практически по всем параметрам побеждает TDA7293, но с небольшим отрывом. LM3886 со своей стороны может привлечь сторонников «красивого» звучания своей большой 2-й гармоникой.

На самом деле, я и этим сравнеием недоволен. Причины:

1. В инвертирующем включении не видно разницы в свойствах входных дифференциальных каскадов микросхем. Так что если они заметно различаются — то мы этого не увидели.

2. Слишком большие получились коэффициенты гармоник. Раз в 10 больше, чем в даташите. Даже с учетом того, что в даташите публикуют результаты при самых «удобных» измерениях (например, могут использовать стабилизированный источник питания). Но особое подозрение вызывает тот факт, что эти мои измерения микросхемы TDA7293 не совпали с другими (правда сделанными для других экземпляров усилителя). Может все же я где-то промахнулся?

3. И измерить АЧХ и зависимость от амплитуды первых пяти гармоник. А потом уж сводить в кучу, используя Кг и Кг’.

4. Измерять, а главное публиковать искажения до 20-й гармоники… И какая муха меня укусила? Не, прибор-то что-то показывает, но насколько это соответствует реальности?

5. Может мне попалась неудачная микросхема. А может что-то из элементов, установленных на этих платах. Надо сделать еще по одной плате с другими микросхемами (купленными в другом месте и в другое время) и сравнить.

6. Интересно измерить скорость нарастания на «трудной» нагрузке.

Усилители в Android-магнитолах

Качество звука. Одна из статей формирования себестоимости автомагнитолы – это именно используемый тип микросхемы Усилителя Низкой Частоты в выходном каскаде магнитолы (УНЧ). Именно эта микросхема, в основном, будет влиять на качество звучания. Безусловно, на звук так же влияет и акустика, и проводка, и внешний усилитель (если такой имеется), и многое другое – но если изначально использовался дешевый УНЧ, то уже никакого кардинального улучшения в звуке добиться будет нельзя. Поэтому, если Вы любитель качественного звучания, перед покупкой обязательно поинтересуйтесь, какой тип микросхемы используется в магнитоле.

Мощность звука. Полностью зависит от используемой микросхемы. И чем этот параметр больше, тем в итоге лучше, так как УНЧ воспроизводит без искажений только в начале своей Амплитудно-Частотной Характеристики (АЧХ) — линейный режим работы. Именно поэтому акустику с сопротивлением 2 Ом любят устанавливать в автомобили премиум-класса.

MOSFET. Можно иногда увидеть на магнитолах эту надпись. Если производитель не обманывает, то в его изделии используется микросхема УНЧ, которая изготовлена по технологии MOSFET: на одной подложке размещаются два типа транзисторов – биполярный и полевой. Не вдаваясь в подробности, скажем, что этот симбиоз дает ряд преимуществ: меньший нагрев микросхемы, как следствие меньше паразитных шумов, отсутствие высокочастотных помех. Микросхемы MOSFET обладают наилучшим показателем параметра соотношение сигнал/шум.

Прямое сравнение усилителей

• акустика с нагрузкой 4 Ом — 4×40 Вт МАХ (номинал 4х20 Вт/4 Oм 14.4 V, 1КГЦ, 10 %);
• акустика с нагрузкой 2 Ом — не поддерживается.

Вывод: усилитель воспроизводит звук достаточно посредственно. В звуковой картине отсутствуют чистые высокие и нет «мягкости низов». Если у Вас хоть немного присутствует «звуковой слух», эта модель УНЧ Вам не понравится.

В защиту чипа: штатные заводские магнитолы в автомобилях массового сегмента имеют на борту усилитель либо подобного класса, либо еще хуже. А это значит, что купив стороннее головное устройство с чипом TDA7388 вы ничего не потеряете, а, возможно, даже приобретете, так как в настоящее время устройства продаются на современной ОС Андроид, который дает возможность «поиграться» более расширенным встроенным эквалайзером или закачать сторонние плееры аудио/видео со своими «улучшалками».

• акустика с нагрузкой 4 Ом — 4×50 Вт МАХ (4х30 Вт/4 Oм 14.4 V, 1КГц, 10 %);
• акустика с нагрузкой 2 Ом — 4×80 Вт МАХ (4х55 Вт/2 Oм 14.4 V, 1КГц, 10 %).

Вывод: усилитель с хорошим демпинг-фактором — ему комфортно работать с акустикой 2 Ом. Имеет низкий уровень паразитных шумов, высокий показатель соотношения сигнал/шум, который соответствует классу HI-FI. Дает насыщенную звуковую картину. По сравнению с чипом TDA7388 звук чётче и басовитее, присутствуют качественные низы.

Доп.информация: на данный момент 90% производителей перешли на скошенный по мощности чип TDA7851L. Причина: магнитолы "тонкозадые" (корпус планшетного типа) — нужно снижать общий нагрев в ограниченном пространстве.
Один из немногих производителей, поставляющих магнитолы на рынок РФ с честным усилителем TDA7850 — Redpower.

• акустика с нагрузкой 4 Ом — 4×40 Вт МАХ (4х28 Вт/4 Oм 14.4 V, 1КГц, 10 %);
• акустика с нагрузкой 2 Ом — 4×72 Вт МАХ (4х52 Вт/2 Oм 14.4 V, 1КГц, 10 %).

Вывод: отличная передача звука, четкие фронты в низком сегменте звучания, нет «эффекта замыленности звука» и «слипания частот» — все гармоники ярко выраженные. В усилитель встроены различные виды защит, в том числе и тепловые, осуществляется контроль токов смещения между каналами и адаптация под изменения в питающем напряжении.

Доп.информация: чип TDA7851 производители ставят на автомагнитолы с «горячими процессорами» (например, RockChip PX5) для снижения общего тепловыделения. Также данным чипом оснащаются SLIM-планшеты — китайские автомагнитолы с тонкой задней частью. Там теплоотвод физически ограничен и сильный нагрев превращает магнитолу в «утюг». В связи с этим снижение тепловыделения по каждому компоненту на плате — необходимость.

Обратите внимание!
Чип TDA7851 китайцы стали массово менять на чип TDA7838 не предупреждая (об этом ниже). В лучшем случае указывают размытую информацию "либо 7851 либо 7838". По факту в 90% случаев будет стоять 7838.

Доп.информация: в виду дефицита у производителей чипа TDA7851 китайцы переходят на свои "реплики". Именно такой копией и является TDA7838. По нашему мнению, звучит чуть хуже 7851. Но ничего критичного для массового использования нет.

В нашем интернет-магазине можно купить автомагнитолы на усилителе TDA7838 — лидеры продаж, очень хорошие по цене/качеству:
1) RITMA: мощная серия D800
2) TEYES: серия CC3 2K

Есть установка автомагнитол в Москве (в нашем СЦ или с выездом к вам), а также доставка по России за 2-4 дня.

Что имеем по итогу. Критерий оценки звука сильно индивидуален. И если один слушатель в восторге, то не факт, что другому тоже понравится. Поэтому нужно слушать самому, ведь в конечном итоге большую часть времени в автомобиле будете проводить именно Вы — Вам и выбирать.