СмартПульс - держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал!
Характеристики, тесты, обзоры смартфонов, планшетов, электронных книг, плееров и другой мобильной техники. Разборка, ремонт, решение проблем.

 


   Главная - DIY (Радиолюбителям) -  TDA7388 (усилитель класса AB)




Новости

Статьи

Обзоры:

DIY электроника (Сделай сам!)

SSD и HDD

 Смартфоны, планшеты и ноутбуки

Аудио

Электронные книги

Фото- и видеокамеры

Мини-компьютеры

Внешние аккумуляторы

Электротранспорт


Обзоры РУНЕТа

 TDA7388 (усилитель класса AB)

 Тест, обзор, осциллограммы


Четырёхканальный усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7388 (4 x 41 W) - мощный УНЧ класса AB
 

Обзор посвящен одноплатному усилителю мощности звуковой частоты (УМЗЧ, УНЧ) класса AB на основе микросхемы TDA7388 номинальной мощностью 4 x 41 Вт.

В обзоре будут приведены технические характеристики микросхемы усилителя низкой частоты TDA7388, кратко разобрана схемотехника тестируемого одноплатного усилителя, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.

Купить плату усилителя на основе TDA7388 можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора - около $10.

Схема подключения тестируемого одноплатного усилителя (вид сверху):

Одноплатный усилитель низкой частоты 4x41 Вт на TDA7388 - схема подключения

(тестируемый усилитель низкой частоты на TDA7388; изображение с официального сайта AliExpress)

Примечание: величина питающего напряжения на изображении (12-28 V) указана с ошибкой. Напряжение в 28 Вольт - это не рабочее, а предельно-допустимое в режиме покоя. Рабочий диапазон напряжений составляет 8 - 18 Вольт. Напряжение 28 В нельзя подавать на плату даже в состоянии покоя, поскольку на плате под напряжением питания находится электролитический конденсатор с номинальным напряжением в 25 В.

Усилитель (микросхема) TDA7388 - технические характеристики:

Максимальная выходная мощность на канал  4 x 41 Вт (RL = 4 Ohm)
Максимально-допустимая рассеиваемая мощность  80 Вт (при температуре корпуса до 70 градусов)
Подключение нагрузки  Мостовая схема, 4 независимых канала
Максимально-допустимый ток выхода 4.5 А (5.5 А для одиночных импульсов до 0.1 мс)
Номинальное напряжение питания  8...18 В
Рекомендуемое сопротивление нагрузки  >= 4 Ом
Коэффициент нелинейных искажений < 0.15% (PO=4 W, RL = 4 Ohm)
Шум на выходе  100 мкВ (макс.), 70 мкВ (тип)

Здесь надо обратить внимание, что, хотя согласно первой строке таблицы, микросхема может отдавать одновременно по 4-м каналам суммарно 164 Вт, этот режим - кратковременный. Во 2-ой строке таблицы указано, что рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать 80 Вт; а это, при типовом КПД усилителей класса AB до 70%, делает невозможной длительную работу при суммарной мощности в нагрузке свыше 100 - 120 Вт.

Полосу пропускания производитель не указал. Видимо, предполагается, что полоса частот не хуже стандартного звукового диапазона 20 Гц - 20 кГц.

Полностью все характеристики и типовая схема включения TDA7388 приведены в техническом описании (datasheet) TDA7388 (PDF, 210 Kb).

Теперь - углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого усилителя.
 

Внешний вид и конструкция одноплатного 4-канального усилителя класса AB на микросхеме TDA7388 с однополярным питанием

Никакой документации в комплекте усилителя не было, но на плате и на странице продавца на Алиэкспресс всё подписано достаточно подробно, поэтому с подключением проблем не было.

Единственное замечание: в комплекте, к сожалению, не было кабелей для подключения входного сигнала. Лично у меня подходящий кабель нашелся; но тем, у кого подходящего кабеля нет, следует заранее озаботиться этой проблемой (или подключить входной сигнал банальной пайкой).

Посмотрим на плату усилителя в различных ракурсах (кликнуть для увеличения, откроется в новом окне):

Тест и обзор усилителя мощности звуковой частоты (4x41 W) класса AB на микросхеме TDA7388

Подробно назначение элементов будет описано позднее, а пока только отметим, что номинал "большого" электролита в центре платы составляет 4700 мкФ * 25 В; что вполне соответствует предельно-допустимому напряжению для микросхемы и всей платы (18 В).

Следующий ракурс:

Тест и обзор УМЗЧ (4x41 W) класса AB на микросхеме TDA7388
 

Все внешние подключения осуществляются без помощи пайки - с помощью клеммников под винт и разъёмов для входящих аудиосигналов и управления. По крайней мере, так задумано. Реальность же будет упираться в отсутствие надлежащих кабелей в комплекте.

Теперь - вид сзади (на радиатор):

Тест и обзор УНЧ (4x41 W) класса AB на микросхеме TDA7388
 

Обратная сторона платы:

Обратная сторона платы УНЧ на TDA7388

Обратная сторона платы почти полностью покрыта слоем металлизации, соединённым с "землёй" - это очень полезно для защиты от помех.

Но плохо то, что печатный проводник, идущий от положительного клеммника питания к микросхеме, довольно узкий и длинный. А ведь по нему при высокой мощности на выходе могут течь большие токи от всех 4-х каналов сразу! Возможно, есть смысл в параллель этому печатному проводнику припаять дополнительно обычный провод.

Флюс отмыт хорошо.

По углам платы видны отверстия для прикрепления платы в используемой конструкции.

Несмотря на весь гламур платы, обнаружился и недостаток в теплоотводе от микросхемы. Откручивание радиатора показало, что между ним и микросхемой TDA7388 нет никакого термоинтерфейса.

В связи с этим перед дальнейшими испытаниями задняя поверхность микросхемы была слегка зачищена и на неё было нанесено немного термопасты для процессоров.

В следующей главе разберём, что к чему и зачем на этой плате усилителя.
 

Схемотехника одноплатного 4-канального усилителя класса AB на микросхеме TDA7388

Посмотрим на плату усилителя вертикально сверху:

Тест и обзор УНЧ на микросхеме TDA7388 (XH-M231)
 

Теперь посмотрим на саму плату без радиатора и разберёмся, что на ней для чего.

Тест и обзор УНЧ на микросхеме TDA7388 (XH-M231) - печатная плата с элементами

По краям слева и справа - клеммники для подключения 4-х выходов усилителя. Если нужно использовать только два или три выхода, то лишние можно не подключать, но запараллеливать с "рабочими" выходами для повышения мощности их нельзя.

Элементов на плате - не много.

В центре - электролит 4700 мкФ * 25 В, необходимый для сглаживания пульсаций питания, предотвращения самовозбуждения и т.п.

Керамические конденсаторы C2, C11...C13 соединены в параллель между собой и в параллель электролиту. Их задача - подавление высокочастотных помех и, опять же, подавление самовозбуждения.

Конденсаторы C6...C8 служат для отрезания постоянной составляющей от входного сигнала.

Резистор R2 и светодиод в нижней части платы (на снимке) отвечают просто за индикацию факта подачи питания.

Электролит C4 - времязадающий для функций плавного включения/выключения усилителя.

Белый двухконтактный разъём "MUTE" предназначен для кратковременного прерывания звука (активизируется замыканием контактов).

Два белых разъёма (IN1 и IN2) справа внизу - входы для 4-х каналов, L (левый), G (земля), R (правый).

Сдвоенный микропереключатель над ними запараллеливает каналы L-L и R-R, если сигнал - не четырёхканальный, а двухканальный (стерео). Прослушивать его в таком режиме можно аж на 4-х колонках (по две на каждый канал, но не параллельно, а каждая на своих выходах).

На фотографии микрики показаны в состоянии "замкнуто".

Белый двухконтактный разъём с обозначением DCout предназначен для передачи питания с платы на другие устройства, например, на темброблок или предусилитель.

И, наконец, трёхконтактный клеммник слева внизу, предназначенный для подачи питания: у него есть особенность.

Эта особенность - третий контакт, обозначенный как REM, и выполняющий функцию "Stand-BY", т.е. перехода в "спящий" режим с малым потреблением. Активизируется низким уровнем (соединением с "землёй" или низким уровнем цифрового сигнала). Если управление этим сигналом не требуется, то следует соединить его с плюсом питания.

Важное замечание: на плате нет диода "защиты от дурака" в цепи питания, в связи с чем перепутывать полярность питания нельзя ни разу!!!

Схема применения микросхемы из даташит на микросхему TDA7388 такова (блок-схема и пример принципиальной схемы):

Схема усилителя (УНЧ) на TDA7388
 

Схема усилителя (УНЧ) на TDA7388

Микросхема снабжена различными видами защит: от перегрева, от короткого замыкания на землю или на питание, от перегрузки по току и др.

Примечание: нумерация элементов "обвязки" на схеме не совпадает с нумерацией на плате.

Остальную "мелочёвку" на плате рассматривать не будем.
 

Испытания УНЧ на микросхеме TDA7388

При измерениях использовались лабораторный блок питания LW-K3010D (обзор), генератор FY6800 (обзор), цифровой осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).

Испытания проводились при двух напряжениях питания: 12 В (наиболее распространённый вариант в автомобилях и при аккумуляторном питании) и 18 В (максимально-допустимое).

Сначала было замерено потребление платы усилителя без подачи сигнала. Ток потребления холостого хода менялся в зависимости от напряжения питания и составлял следующие значения (округлённо):
     8 В - 170 мА
   12 В - 180 мА
   18 В - 200 мА.
   Такие значения тока покоя - умеренные, но назвать их пренебрежимо-малыми нельзя (имеется небольшой нагрев радиатора даже в состоянии покоя).

При напряжении питания ниже 8.0 В терялась работоспособность усилителя: искажалась форма сигнала, падала амплитуда даже для небольших сигналов.

Шумы усилителя оказались очень малы и практически не заметны (можно услышать, только вплотную приблизив ухо к колонке).

 

Испытания при напряжении питания 18 В, нагрузка 4 Ом

Эту часть испытаний проводим в максимально-допустимом режиме: с питанием 18 Вольт и с нагрузкой 4 Ом (нагрузка - только в испытуемом канале, остальные каналы - без нагрузки).

Начинаем, как обычно, с синуса. Частота сигнала, где это не оговорено особо, составляет 1 кГц.

Осциллограмма TDA7388 - синус 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

На осциллограмме показан предельный уровень сигнала, когда искажения синуса малы и находятся на грани обнаружения. Мощность на нагрузке в таком режиме составила 30.8 Вт.

Потребляемая мощность от источника питания - 43.2 Вт, КПД = 71% (возможна ошибка в несколько процентов из-за неточности измерений с помощью осциллографа).

Ещё немного добавляем уровень сигнала. Искажения уже становятся хорошо заметны "невооруженным глазом" (изменён масштаб по оси времени):

Осциллограмма TDA7388 - синус 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

При длительном прогоне этого теста радиатор усилителя нагревался очень сильно, корпус микросхемы разогрелся до 79 градусов (измерено инфракрасным термометром Benetech GM531).

Теперь - сигнал треугольной формы для оценки линейности в предельном режиме.

Первая картинка - при сигнале, близком к ограничению, но не доходящем до него:

Осциллограмма TDA7388 - треугольник 1 кГц, нагрузка - 4 Ом
 

Осциллограмма - вполне благопристойная.

Следующая картинка - треугольник, но немного превышающий уровень ограничения:

Осциллограмма TDA7388 - треугольник 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

Вблизи вершин наблюдается клиппинг, но в окрестностях клиппинга никаких нештатных явлений нет.

Для красоты - ещё картинки с пилой и обратной пилой (без клиппинга):

Осциллограмма TDA7388 - пила 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

Осциллограмма TDA7388 - пила 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

Линейность - на очень хорошем уровне.

Теперь запускаем прямоугольник 10 кГц на максимальной амплитуде, близкой к клиппингу:

Осциллограмма TDA7388 - прямоугольник 10 кГц, нагрузка - 4 Ом

Мощность на нагрузке в этом режиме составила 58.5 Вт. Это кажется превышением максимально-допустимой мощности по спецификациям, но в спецификациях мощность указана для синуса (прямоугольник более выгоден энергетически).

Фронты прямоугольного сигнала:

Фронты крутыми на назовёшь, но они вполне приемлемы.

Далее исследуем поведение усилителя на синусоидальных сигналах высокой частоты (>= 20 кГц). Они выходят за границы слышимости, но интересны для анализа работы усилителя.

При небольших амплитудах синусоидальный сигнал 20 кГц сохраняет чистоту, но чем ближе к ограничению, тем сильнее искажается форма:

Осциллограмма TDA7388 - синус 20 кГц, нагрузка - 4 Ом
 

Ещё сильнее этот эффект проявляется на частоте 50 кГц:

Осциллограмма TDA7388 - синус 50 кГц, нагрузка - 4 Ом

На этой осциллограмме заметна сильная несимметричность вершин: острая верхняя вершина и тупая нижняя.

Теперь изучим форму сигнала отдельно на положительном и отрицательном плечах выхода (выход там - мостовой, поэтому нагрузка подключается не между выходом и землёй, а между положительным и отрицательным плечами выхода).

Осциллограмма TDA7388 - синус 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

При небольших уровнях сигнала его форма на разных плечах строго симметрична, но при подходе к уровню ограничения симметричность теряется: верхняя вершина заостряется, нижняя - затупляется.

Но, тем не менее, на нагрузке за счёт "взаимоуничтожения" этих искажений результирующий сигнал (разность между плечами) получается симметричным:

Осциллограмма TDA7388 - синус 1 кГц, нагрузка - 4 Ом

 

Испытания при напряжении питания 12 В, нагрузка 4 Ом

Напряжение питания в 12 Вольт - одно из самых распространённых в природе, поэтому хотя бы одно измерение при таком напряжении сделать надо.

Синус 1 кГц, амплитуда выше уровня ограничения (клиппинга):

Осциллограмма TDA7388 - синус 1 кГц, питание 12 В

Эта осциллограмма приведена просто для того, чтобы показать, какую мощность можно "выжать" из усилителя при стандартном питании в 12 Вольт.

Отдаваемая в нагрузку мощность в таком режиме составила 17.1 Вт.

 

Амплитудно-частотная характеристика (напряжение питания 18 В, нагрузка
 4 Ом)

АЧХ снималась с помощью подачи на вход усилителя сигнала с линейно-нарастающей частотой; а затем фиксировалась осциллограмма, снятая по максимумам сигнала. Она и представляет собой АЧХ усилителя.

Первый проход, диапазон 10 Гц - 50 кГц:

Амплитудно-частотная характеристика усилителя на TDA7388

Один период повторения сигнала с линейно-нарастающей частотой отмечен красной рамкой, он и представляет собой АЧХ в диапазоне 10 Гц - 50 кГц.

Масштаб графика по горизонтали - 4.3 кГц/деление.

Падение АЧХ к концу измеряемого диапазона - заметное, но в допустимое отклонение минус 3 дБ вполне укладывается. А в диапазоне до 20 кГц - тем более.

Второй проход, диапазон 10 Гц - 1000 Гц (для более детального просмотра нижних частот):

Масштаб графика по горизонтали - 87 Гц/деление.

В начале полосы частот (вблизи 10 Гц) заметен существенный спад; граница по уровню минус 3 дБ проходит на частоте 32 Гц.

Эта проблема поправима, если заменить конденсаторы во входных цепях на более ёмкие (можно повысить в 2-3 раза, не более).

 

Окончательный диагноз одноплатного 4-канального усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7388

В целом усилитель показал себя положительно, но не без оговорок.

Вблизи уровня ограничения (клиппинга) его поведение не идеально.

Кроме того, он искажает форму сигнала на высоких частотах. Формально они находятся за пределом порога слышимости; но, тем не менее, можно сказать, что "что-то здесь не так".

В "плюсы" можно записать высокую отдаваемую мощность и хорошую работу на уровнях сигнала, находящихся на уровне хотя бы на 10% ниже уровня клиппинга.

Благодаря необходимости в лишь самой минимальной обвязке, микросхема TDA7388 может использоваться во многих малогабаритных аудио-устройствах с низковольтным и автономным питанием.

Надо сказать, что у микросхемы TDA7388 есть близкий аналог, совпадающий даже по цоколёвке: это - микросхема TDA7850 (обзор).

TDA7850 имеет более высокую отдаваемую мощность и улучшенные характеристики в области высоких частот; а её выход построен на транзисторах MOSFET, имеющих малое остаточное напряжение в открытом состоянии.

В то же время, общий вклад цены микросхемы в окончательную стоимость устройства не слишком высок; поэтому использование TDA7850 будет предпочтительнее TDA7388 (если есть выбор).

Рекомендации

В первую очередь, помним о теплоотводе. При использовании этого одноплатного усилителя на мощности вблизи максимума (особенно - по всем каналам одновременно) штатного теплоотвода может быть недостаточно.

В таких случаях рекомендуется заменить теплоотвод на другой с большей эффективной поверхностью, либо создать принудительную вентиляцию.

Также следует помнить и о том, что микросхема имеет относительно небольшой коэффициент усиления (26 дБ, т.е. 20 раз). В связи с этим необходимо позаботиться о предварительном усилителе, желательно, с темброблоком.

Кроме того, для усилителей на основе этой микросхемы подойдёт не всякий блок питания. Он должен быть способным отдавать на усилитель достаточно высокий ток, рассчитанный на максимальный сигнал по всем используемым каналам одновременно.

Для стационарных устройств можно использовать, например, достаточно мощный импульсный блок питания (банальный трансформатор с выпрямителем - далеко не лучший вариант).

При питании от автономного источника это должен быть аккумулятор (или батарея) с высоким током выхода.

Купить протестированную плату усилителя на основе TDA7388 можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора - около $10.

Если у других продавцов эта плата найдётся дешевле, то тоже можно брать - товар одинаковый.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
  
28 ноября 2020 г.

 

                Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам                      

 

 

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!

  
     
  Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
  Группа SmartPuls.Ru  Контакте - анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них