Тест, обзор, осциллограммы

Двухканальный (стерео) усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7377 (2 x 30 W) - недорогой, но хороший звук
 

Обзор посвящен одноплатному усилителю мощности звуковой частоты (УМЗЧ, УНЧ) класса AB на основе микросхемы TDA7377 номинальной мощностью 2 x 30 Вт.

В обзоре будут приведены технические характеристики микросхемы усилителя низкой частоты TDA7377, кратко разобрана схемотехника тестируемого одноплатного усилителя, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.

Купить плату усилителя на основе TDA7377 можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора - около $9.

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158

(тестируемый усилитель низкой частоты на TDA7377; изображение с официального сайта AliExpress)

Несколько слов о микросхеме TDA7377.

Микросхема построена по 4-канальной схеме с независимыми каналами, из них два канала - с инвертирующими входами и ещё два канала - с неинвертирующими. Благодаря такой конфигурации она может работать и как 4-канальная с "обычными" выходами, и как 2-канальная с мостовыми выходами (BTL).

В тестируемой плате используется конфигурация с двумя мостовыми выходами, что гораздо полезнее с точки зрения схемотехники, частотной характеристики и КПД. Далее усилитель будет именоваться двухканальным.

Усилитель (микросхема) TDA7377 - технические характеристики:

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

Микросхема выпускается в двух модификациях в зависимости от направления изгиба выводов: TDA7377V - с вертикальной ориентацией (как в тестируемой версии) и TDA7377H - с горизонтальной ориентацией.

Полностью все характеристики и типовая схема включения TDA7377 приведены в техническом описании (datasheet) TDA7377 (PDF, 400 Kb).

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

Внешний вид и конструкция одноплатного 2-канального усилителя класса AB на микросхеме TDA7377 с однополярным питанием

Плата усилителя была упакована в коробку из тонкого картона. Коробка слегка помялась в пути, но содержимое нисколько не пострадало:

На упаковке есть орфографическая ошибка: в нижней строке вместо слова STEREO написано слово STERED. Но не будем слишком строгими: для китайцев латиница - такая же тарабарщина, как для нас - иероглифы. :)

Кроме того, на коробке и на самой плате написано, что мощность усилителя - 2x40 Ватт. Ну, это производитель немного погорячился и накинул к паспортной мощности микросхемы TDA7377 ещё по 10 Ватт на каждый канал от своих щедрот. :)

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

Посмотрим на плату усилителя в двух наклонно-диагональных ракурсах; сначала - вид слева (кликнуть для увеличения, откроется в новом окне):

Главная микросхема усилителя прижата к радиатору с помощью пружинящей скобы. Тепловой контакт получается очень хорошим, одобряем.

Большой электролитический конденсатор 2200 мкФ 25 В припаян слегка с перекосом. Перекос - небольшой, перепайка не требуется.

В комплекте усилителя есть три ручки для переменных резисторов. Это - хорошо; а вот то, что для этих резисторов не положили гаек и шайб - плохо.

Теперь - вид справа:

В этом ракурсе заметно небольшое количество белой термопасты, выдавленной из-под микросхемы усилителя мощности. Факт наличия термопасты также одобряем от всей души!

Произведённые расчёты показали, что поверхность радиатора составляет около 200 кв. см. Это - неплохо для "спокойной" работы усилителя, но маловато для длительной работы усилителя в максимальном режиме. По "канонам" радиолюбительства для этого требуется 10 кв. см на Ватт мощности, итого - 600 кв. см.

Как вариант, можно для такой работы использовать принудительную вентиляцию.

Теперь - вид сзади:

Слева находятся разъёмы-"тюльпаны" для входного аудиосигнала. Разъёмы такого типа требуют значительных усилий для соединения и разъединения, в связи с чем крайне желательно планку разъёмов на плате укрепить дополнительно; например, прикрутив её к задней панели конструкции всего усилителя в целом.

Вблизи середины заднего края платы находятся зелёные клеммники для подключения колонок.

Эти клеммники держатся на плате только за счет пайки собственных контактов. В данном экземпляре платы клеммники были припаяны с зазором относительно платы, из-за чего могли покачиваться из стороны в сторону. Желательно перепаять их, полностью прижав к плате.

Справа находится разъём для подключения питания. Разъём - стандартный цилиндрический 5.5/2.1 мм.

Вид платы снизу:

Флюс отмыт отмыт хорошо, придраться не к чему.

Четыре отверстия для прикрепления платы в используемой конструкции расположены на плате несимметрично вблизи переднего и заднего края. Ладно, спасибо, что о них не забыли!

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

Схемотехника одноплатного 2-канального усилителя класса AB на микросхеме TDA7377

Посмотрим на плату усилителя вертикально сверху и разберёмся, что здесь зачем:

Элементов на плате много, но большинство из них относятся не к микросхеме усиления мощности, а к регуляторам тембра.

Сигнал со входов попадает на переменник регулятора громкости. Внимание: разделительных конденсаторов во входной цепи нет, постоянная составляющая должна быть "отрезана" ещё до прихода сигналов на плату усилителя!

После регулятора громкости сигнал попадает на сдвоенный операционник 4558D, ничем не примечательный по своим параметрам.

Здесь сигнал усиливается и подаётся на регуляторы тембра, представляющие собой простые пассивные фильтры.

После регуляторов тембра сигнал попадает на "главную" микросхему - усилитель мощности TDA7377.

Цепь питания состоит из блокировочного конденсатора (большой электролит вблизи левого нижнего края) и диода "защиты от дурака" (от обратной полярности питания), расположенного сверху над большим электролитом.

Этот диод - "обычный", а не диод Шоттки; и при работе усилителя на большой мощности он может "съедать" существенную часть мощности источника питания; и при этом ещё и перегреваясь.

В связи с этим рекомендуется либо заменить его на диод Шоттки, либо просто закоротить (но после этого ошибаться в полярности питания нельзя!).

На плате имеется индикатор подачи питания. Это - зелёный светодиод, расположеный чуть выше и правее большого электролита.

Немного рассуждений о возможных схемах включения микросхемы TDA7377.

Схема применения микросхемы из даташит на микросхему TDA7377 такова (блок-схема и примеры принципиальной схемы):

Микросхема TDA7377 состоит из 4-х независимых каналов, два из которых - с "прямыми" входами (контакты 4 и 12), а два другие - с инвертирующими (контакты 5 и 11).

Соответственно, возможны и два варианта применения микросхемы. Первый (очевидный) - в качестве 4-канального усилителя:

У такого подключения есть два недостатка.

Первый недостаток - для "отрезания" постоянной составляющей от выходов усилителя требуются "большие" электролиты. Они же ещё и портить АЧХ в области низких частот будут!

Второй недостаток состоит в том, что два канала будут "прямыми", а два другие - инвертирующими. Звуковая картина может оказаться странной... Как вариант, можно перевернуть входы двух их четырёх звуковых колонок, но тут важно будет ничего не перепутать.

Другая схема усилителя на TDA7377 - мостовая двухканальная. Для этого достаточно попарно замкнуть "прямые" и инвертирующие входы:

Такая схема - значительно лучше. Тут уже не требуются "большие" электролиты; мощность на выходе увеличивается, АЧХ улучшается.

Именно такая схема и применена в тестируемом одноплатном усилителе. "Всё правильно сделали!"©.

Из условных недостатков - теперь нельзя подключать к выходам 2-омную нагрузку: будет превышен максимально-допустимый ток выхода.

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

Микросхема снабжена различными видами защит: от перегрева, от короткого замыкания на землю или на питание, от перегрузки по току и др. "Сжечь" её будет трудно, но, при желании, ничего невозможного нет. :)
 

Испытания УНЧ на микросхеме TDA7377

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).

Внимание! При испытаниях диод "защиты от дурака" на плате был закорочен! Это было необходимо для достоверности измерений: чтобы напряжение на источнике питания совпадало с напряжением на "главной" микросхеме TDA7377. В принципе и "по жизни" рекомендуется так делать для увеличения КПД и уменьшения нагрева платы, но с гарантией со стороны пользователя, что он никогда не перепутает полярность питания.

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 - 50 мА
   12 В - 70 мА
   18 В - 80 мА.
   Такие значения тока покоя - небольшие даже с учётом того, что на плате - несколько потребителей: помимо самой TDA7377, ток потребляют операционник и светодиод.

При напряжении питания ниже 7.6 В терялась работоспособность усилителя: сигнал полностью пропадал.

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

Переменный резистор регулировки громкости оказался чувствительным к наводкам: если поднести к нему руку, то наводки были слышны из колонок. Проблема полностью решается соединением корпуса переменника с "землёй" платы. С остальными переменниками полезно сделать то же самое.

Испытания при напряжении питания 12 В, нагрузка 4 Ом

Синус 1 кГц, амплитуда на грани ограничения (клиппинга):

Отдаваемая в нагрузку мощность в таком режиме - 13.5 Вт.

Потребляемая мощность при этом - 19.2 Вт, КПД = 70% (возможна ошибка в несколько процентов из-за неточности измерений с помощью осциллографа).

Далее - сигнал треугольной формы, частота 5 кГц, амплитуда ~0.5 от максимума:

Линейность треугольника - очень хорошая, вершины - острые.

Следующий сигнал - прямоугольник, частота 5 кГц, амплитуда ~0.5 от максимума; положение регуляторов тембра подобрано таким образом, чтобы вершина была плоской:

Теперь - фронты прямоугольного сигнала в увеличенном виде.

Передний фронт:

Задний фронт:

Передний и задний фронты можно назвать практически идеальными.

Сигнал - синус 100 кГц:

Усилитель успешно справился с воспроизведением сигнала с частотой 100 кГц, который в общем-то не обязан был воспроизводить; и притом со вполне благопристойной формой. Записываем в "плюсы".
 

Испытания при напряжении питания 18 В, нагрузка 4 Ом (предельный режим)

Теперь переходим к испытаниям в максимально-допустимом режиме: с питанием 18 Вольт (по замерам на блокировочном конденсаторе 2200 мкФ) и с нагрузкой 4 Ом (нагрузка - только в испытуемом канале, второй канал - без нагрузки).

Начинаем, как обычно, с синуса; частота - 1 кГц; амплитуда - максимальная на грани искажений (клиппинга):

Мощность на нагрузке в таком режиме составила 28.9 Вт.

Потребляемая мощность от источника питания - 42.1 Вт, КПД = 69%.

При длительном прогоне этого теста радиатор усилителя нагревался очень сильно, но срабатывания термозащиты не происходило. Вероятно, помогли хороший термоконтакт TDA7377 с радиатором и открытый (бескорпусной) тестовый стенд.

Тем не менее, в условиях реального корпуса ситуация с нагревом может быть значительно хуже. Для длительной работы с максимальной мощностью может потребоваться радиатор с увеличенной поверхностью или принудительная вентиляция.

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

Линейность слегка нарушена в районе вершин, они закруглены.

И, наконец, запускаем прямоугольник на максимальной амплитуде:

Мощность на нагрузке в этом режиме составила 57.8 Вт.
 

Испытания при напряжении питания 18 В, нагрузка 8 Ом

Для порядка была проверена работа с нагрузкой 8 Ом при максимально-допустимом для TDA7377 напряжении питания (18 В):

За счет снижения нагрузки уменьшилось "остаточное" напряжение на транзисторах и повысилось напряжение на нагрузке (по сравнению с нагрузкой 4 Ом).

Мощность на нагрузке составила 17.2 Вт, мощность от источника питания - 26.5 Вт, КПД = 65%.

Главный итог - существенное снижение нагрева.
 

Амплитудно-частотная характеристика (напряжение питания 12 В, нагрузка
 4 Ом)

АЧХ здесь будет не простым тестом, так как есть регуляторы тембра, и нужно будет проверить АЧХ при разных их положениях.

Данный тест является не тестом микросхемы TDA7377, а тестом всей платы.

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, оба регулятора (тембра по НЧ и ВЧ) - в максимальном положении, диапазон 10 Гц - 40 кГц:

Один период повторения сигнала с линейно-нарастающей частотой отмечен красной рамкой, он и представляет собой АЧХ в диапазоне 10 Гц - 40 кГц.

Масштаб графика по горизонтали - 3.6 кГц/деление.

Просто бросается в глаза, что при установке тембров на максимум подъём высоких частот значительно превосходит подъём низких частот.

Минимум АЧХ находится в интервале 400 - 1200 Гц.

Посмотрим в увеличенном масштабе на интервал 10 Гц - 400 Гц:

Масштаб - 36 Гц/деление. Максимум подъёма низких частот приходится на диапазон 40 Гц - 300 Гц (нормально), но сама величина подъёма - небольшая.

Следующий эксперимент - оба регулятора тембра (НЧ и ВЧ) - в минимальном положении, полоса 10 Гц - 40 кГц:

Здесь - всё нормально: присутствует подъём средних частот с уверенным подавлением нижних и высоких. Причём подавление высоких продолжается и за пределами слышимого диапазона (20 кГц). Туда им и дорога!

В увеличенном виде - участок до 4 кГц:

Если слушать музыку через тестируемый усилитель на колонках среднего (не аудиофильского) уровня, то для комфортного звучания приходится регулировку тембра по низким частотам всегда устанавливать на максимум.

При этом регулировкой тембра ВЧ можно пользоваться весьма активно, подбирая уровень под колонки и/или под текущую мелодию.

Далее - АЧХ усилителя при установке тембра НЧ - в максимум, а тембра ВЧ - на средний уровень;
    диапазон 10 Гц - 20 кГц:

Цена деления - 1.8 кГц/деление.

В целом можно сказать, что регулировка тембра не вполне сбалансирована; диапазона регулировки по низким частотам может не хватить, если используемые колонки не слишком хорошо их воспроизводят.

При этих настройках тембра было проверено усиление на частоте 1 кГц; коэффициент усиления составил 15.
 

Окончательный диагноз одноплатного 2-канального усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7377

Микросхема TDA7377 как таковая (в отдельном рассмотрении от платы в целом) по итогам тестов показала себя с самой наилучшей стороны.

Она имеет минимум искажений во всём диапазоне частот и при любой форме сигнала.

Благодаря использованию в мостовом включении из неё можно "выжать" значительную мощность даже при низковольтном питании.

К относительным недостаткам можно отнести невозможность работы в мостовом включении с нагрузкой 2 Ом (не хватит силы тока на выходе). Но и 4 Ома - тоже очень неплохо; колонки с таким сопротивлением встречаются очень часто.

Если же нужна высокая мощность именно на нагрузке 2 Ома, то здесь больше подойдёт микросхема TDA7850 с выходами на MOSFET-ах (обзор).

Что же касается всего одноплатного усилителя, то здесь не обошлось без недостатков, естественно.

Критичными их назвать нельзя, но знать о них нужно:

- несбалансированная регулировка тембра (диапазон регулировки высоких частот значительно шире диапазона регулировки низких);

- недостаточно эффективный радиатор для длительной работы на максимальной мощности;

- если планируется использование усилителя на максимальной мощности, то весьма желательно диод "защиты от дурака" заменить на диод Шоттки или закоротить.

Области применения

Наибольшую популярность микросхема TDA7377 получила в автомагнитолах (благодаря прекрасной работе со штатным автомобильным напряжением 12 В).

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

Рекомендации

Блок питания 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.
 

Где купить УНЧ на TDA7377

Протестированную плату усилителя на основе TDA7377 можно купить на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора - около $9.

Благодаря удобному для ручной пайки расположению выводов микросхемы TDA7377, можно приобрести отдельно микросхему и установить её в полностью своё устройство. Цена при поштучной продаже - менее $1, купить можно здесь (+стоимость доставки).

Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
 

Обзоры других усилителей класса AB - здесь.
 

Обзоры усилителей класса D - здесь.
 

Весь раздел "Сделай сам! (DIY)" - здесь.

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

   Искренне Ваш,
   Доктор
   24 сентября 2020 г.

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