基于TDA7294的功放電路設(shè)計介紹|壹芯微

TDA7294是歐洲著名的SGS-THOMSON意法微電子公司于90年代向中國大陸推出的一款頗有新意的DMOS大功率的集成功放電路。它一掃以往線性集成功放和厚膜集成的生、冷、硬的音色，廣泛應(yīng)用于HI-FI領(lǐng)域：如家庭影院、有源音箱等。該芯片的設(shè)計以音色為重點，兼有雙極信號處理電路和功率MOS的優(yōu)點。具有耐高壓、低噪音、低失真度、重放音色極具親和力等特色;并且具有靜音待機功能，短路電流及過熱保護功能使其性能更完善。本文將介紹幾種基于TDA7294的功放電路設(shè)計

1.OOL電路

OCL電路圖見圖1，本電路是用兩片TDA7294組成的雙聲道70W功放。外圍元件少，電路簡單，當(dāng)電源電壓為土35V時，在8歐負載上可獲得70W的連續(xù)輸出功率。非常適合30平方米以下的環(huán)境放音，如音箱阻抗小于8歐，電源電壓應(yīng)相應(yīng)降低。

圖1OCL電路圖

2.BTL電路

BTL電路見圖2，利用兩片TDA7294橋接組成BTL功放電路，輸出功率可達150W以上，適合歌舞廳等需要大功率的地方，立體聲時需要4塊TDA7294。當(dāng)電源電壓為土25V時，在8歐姆負載上可獲得150W的連續(xù)輸出功率。當(dāng)電源電為±35V時，在16歐姆負載上可獲得180W的連續(xù)輸出功率。用TDA7294作BTL功放，負載不得低于8歐姆。

圖2BTL電路圖

3.恒流功放

本功放電路與前面兩種結(jié)構(gòu)有些不同，其反饋電路為電流取樣、電壓求和負反饋。這種電路結(jié)構(gòu)就是人們常說的恒流功放，電路的具體分析不作詳述，只介紹與傳統(tǒng)恒壓功放相比后較突出的優(yōu)點。

①功放輸出電流與負載阻抗無關(guān)，即使負載短路，也不會造成功放塊過熱現(xiàn)象。

②輸出功率隨著負載阻抗的增大而增大，在一定功率儲備之內(nèi)推動揚聲器負載，可以很好地保證原來音樂信號的低音力度和高頻解析力。③作用在揚聲器音圈上的力只依賴于電流。用流控振蕩方式推動揚聲器必然要快于壓控振蕩方式，使揚聲器振動系統(tǒng)④輸入、輸出阻抗容易做到匹配。恒流功放電路實際上是一個受輸入信號電壓控制的受控電流源。它的內(nèi)部反饋電路為電流取樣，電壓求和負反饋，具有輸入、輸出阻抗均高的特點。輸入阻抗高，正好是前級恒壓放大電路所需要的，有利于信號電壓無損失地送到功放輸入端。而輸出阻抗高，能減少

內(nèi)阻對信號的分流，有利于把輸出信號電流都加在負載上。圖3中，電源電壓選擇為±35V，其放大倍數(shù)由揚聲器與R6的比值決定。

圖3恒流功放電路圖

4.Hi-Fi集成功放

歐洲著名SGS-THOMSON意法微電子公司推出一款Hi—Fi大功率DMOS集成功放電路TDA7294，電路見圖4。它綜合現(xiàn)代功放電路最佳設(shè)計，兼具雙極信號處理電路和功率MOS的優(yōu)點，具有低噪聲、低失真度特色;待機及靜音電路徹底消除了電源通斷引起的沖擊噪聲，免去揚聲器保護電路;過熱及短路電流保護等功能使其性能更加優(yōu)異，該器件適用于家庭影院及Hi—Fi放大器。主要參數(shù)為：VS(電源電壓)±10～±40V(無信號最高電壓±50V);Io(輸出電流峰值)10A;Po(RMS連續(xù)輸出功率)在vs=±35V8Ω時為70W;vs=±27V4Ω時為70W;(音樂輸出功率有效值)VS=±38V8Ω時為100W;VS=±29V4Ω時為100W。

圖4Hi-Fi集成功放電路圖

圖4電路閉環(huán)增益為30dB，增大R3可提高增益，反之降低，但放大器增益應(yīng)≥24dB，以R1=R3時放大器性能最佳。R7、C4和R5+R6、C3決定待機和靜音時間常數(shù)，值大則時間延長，當(dāng)控制端接低電位地時為靜音和待機狀態(tài);當(dāng)控制端接vs時，因(R5+R6)》R7，⑩腳比⑨腳后升到高電位，而關(guān)機時則先變?yōu)榈碗娢?，這就使待機和關(guān)機過程均在靜音狀態(tài)下進行，保證了放大器開、關(guān)機無噪聲。

圖5BTL功放成品板

對于歌舞廳等大功率專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，可選圖5的BTL功放成品板，兩只TDA7294均配各自專業(yè)散熱器，在vs=±25V8Ω時，最大連續(xù)輸出功率達150W;在±35V16Ω時，最大連續(xù)輸出功率達170W。

我們用TDA7294標準應(yīng)用電路與馬蘭士PM80及YAMAHAA-592作了聽音對比，前者為中價位Hi—Fi名機，具有甲類、甲乙類狀態(tài)切換開關(guān)，后者是三千元級具有Ac-3輸入的AV功放，音源為音樂傳真E60CD，音箱為丹拿5號。感覺TDA7294的聲音取向具有鮮明的歐洲風(fēng)格，柔美、圓潤、細膩，富彈跳感，與甲乙類狀態(tài)的馬蘭士PM-80有異曲同工之妙，但PM-80處于純甲類工作時聲場更深，控制力也略勝。與YAMAHAA-592相比則區(qū)別較大，A-592的低頻似乎略有提升，感覺力度好，但較硬，線條模糊;TDA7294則甜美自然，解析力較高，真似潑墨山水與工筆花鳥，各有其無窮韻味。

5.有源低音炮功放增加待機功能

本電路是對使用集成電路TDA7294的音響電路進行改進的，電路圖如圖6所示。TDA729410腳具有靜音功能，當(dāng)外部提供一直流高電平時，集成塊處于工作狀態(tài);低電平作用時，集成塊則處于截止狀態(tài)，此時電路耗電微小，IC114腳無輸出，即“待機”形式。一般的電路都是給10腳提供高電平使其處于導(dǎo)通狀態(tài)，其實開發(fā)此腳功能可滿足某些特殊的工作要求。本電路就是據(jù)此使有源低音炮功放增加待機功能，其電路工作可靠、反應(yīng)靈敏。

圖6有源低音炮功放增加待機功能電路圖

6.高保真功率放大器

電路如圖7所示，推動級采用了TDA7294，該芯片內(nèi)部推動級和輸出級均使用了場效應(yīng)管，用±40V供電，輸出功率可達70W(RL=8Ω;THD=0.005%)，音色細膩、聽感極佳。功率輸出VT1、VT2采用山肯大功率對管2SA1394、2SC3858。

電路原理如下：信號經(jīng)C1、R1輸入TDA7294正相輸入端③腳。R7和IC第②腳的R3、C3、C4構(gòu)成負反饋網(wǎng)絡(luò)，本放大器的閉環(huán)增益約34倍。⑨、⑩腳分別是待機、靜音端，由于第⑩腳RC網(wǎng)絡(luò)時間常數(shù)比第⑨腳大，使得開關(guān)機均在靜音下進行，避免了開關(guān)沖擊聲，C7為自舉電容。

圖7TDA7294推動的高保真功率放大器

制作要點：

(1)TDA7294的金屬帽與散熱片之間要加絕緣云母片(金屬帽與⑧腳相通)。

(2)電源變壓器用環(huán)形300W雙20V的，50V/10000μF的濾波電容四只、50V/100μF兩只、100V/0.1μF兩只。對電源部分要單獨測試，先不接功放，測量電源正、負輸出電壓是否對稱，誤差應(yīng)在0.6V以內(nèi)。

(3)試機時，為安全起見，應(yīng)先使用較低的電壓實驗(如±25V)，不加信號，測輸出端對地直流電壓，正常應(yīng)在20mV以內(nèi)。

(4)由R8、R9、R10、D1組成了末級偏置電路，這種偏置使得輸出管VT1、VT2在工作時均不截止，因此靜態(tài)電流可取得較小(約5mA)。

(5)功率管要嚴格配對(3%以內(nèi))并選用正品。輸出端電阻R14采用5W無感型的，電感L則用直徑1.5mm漆包線在R14上密繞10匝而成。TDA7294使用60mm&TImes;85mm&TImes;20mm十二槽的散熱片，輸出對管則要用專業(yè)散熱片。印板上有大電流的路段要進行滾錫處理，這于放音的透明度和力度極有益處。

圖8TDA7294推動的功率放大器PCB

7.AB類功率放大器

TDA7294集成電路是用作高保真的音頻AB類功率放大器。它可以驅(qū)動4歐姆或8歐姆揚聲器，連接8歐姆揚聲器時將提供50瓦輸出功率，0.1%的THD。

圖9AB類功率放大器電路圖

你必須為TDA7294安裝一個足夠大的散熱器。引腳10是靜音輸入，引腳9提供了待機模式。選擇待機模式下靜音應(yīng)該總是發(fā)生。該IC具有內(nèi)部熱保護，在145℃導(dǎo)致靜音削減，在150°C放大器進入待機狀態(tài)。TDA7294集成電路散熱器內(nèi)部連接到負電源軌，如果該模塊被安裝在一個接地的金屬外殼內(nèi)，然后IC必須從散熱片絕緣。如果沒有，負電源軌將被短路到地。

8.雙聲道功放

TDA7294大功率集成電路IC是專門為組裝高性能音頻放大器而設(shè)計的，采用兩片TDA7294就可以做成一臺功率強勁的雙聲道高保真功率放大器。電路原理如圖10所示，整體電路由兩塊TDA7294核心部件組成，外圍包括一些電阻、電容元件。兩聲道的電路幾乎是完全相同的設(shè)計，都是采用TDA7294官方發(fā)布的標準線路，接成同相放大電路，電壓增益30.5dB，輸出功率每聲道最大70W，并采用雙電源對稱方式供電電壓±35V。其中Cl5、Cl6為輸入耦合電容，原始電路中采用0.47μF，這里加大到lμF，可以改善電路的低頻響應(yīng)效果，推薦采用聚丙烯材質(zhì)的音頻專用電容，如WIMA的MKT4系列電容等，能大幅度改善聲音的解析度。R3、R4是輸入電阻，決定TDA7294在同相放大狀態(tài)的輸入阻抗，此處取22kΩ比較適中，取值太大固然可以減輕前級信號源的負擔(dān)，但是可能影響TDA7294的穩(wěn)定性，使得輸出中點電壓漂移增大，取值太小又會影響對低頻的響應(yīng)能力。反饋電阻R7、R8理論上數(shù)值應(yīng)當(dāng)?shù)扔谳斎腚娮鑂3、R4，這樣可以保證TDA7294輸入差動電路的偏置電流平衡，減小信號失真。反饋落地電阻R5、R6配合R7、R8設(shè)置電路增益，這里使用了反饋隔直電容Cl3、Cl4，形成交流負反饋，抑制直流電壓輸出，能起到對揚聲器的保護作用。

圖10雙聲道功放電路圖

TDA7294具有啟動靜音功能，配合外部電路實現(xiàn)通斷電源時的無沖擊聲效果，原理圖中的R9、R1O、R11、Rl2和Cl7、Cl8以及VD5、VD6組成外部靜音控制電路，在接通電源瞬間給TDA7294的9、10腳延時通電，實現(xiàn)軟啟動的作用。

電源整流濾波電路也很簡單，由4個歐速整流二極管VD1-VD4組成全橋整流電路，電容C1、C2為主濾波電容，要求采用大容量高電流音響專用濾波電容，比如ELNA的FORAUDIO系列或BHCAerovox工業(yè)等級電容。

設(shè)計

PCB一般都是業(yè)佘制作中的瓶頸，使很多優(yōu)秀的原理圖沒有轉(zhuǎn)化成為實際可以用來組裝的成品PCB。這里筆者采用流行的Protel99se設(shè)計軟件繪制出了對照原理圖10的印制線路板，見圖11，采用2mm厚的FR-4板基的雙面PCB，銅箔加厚到70mm，用在大電流功放電路非常適合。整體PCB走線采用一點接地方式，有效杜絕地線干擾噪聲。在某些大電流走線還采取鍍錫措施，可以增加額外的電流通行能力。電源輸人和功率輸出結(jié)構(gòu)采用大電流的螺絲接線端子，保證充足的過電流能力和反復(fù)接線的耐久性能。

圖11印制線路板

9.100W功率放大器電路

圖12TDA7294構(gòu)成的100W功率放大器電路圖

圖12是由單片音響功放集成電路TDA7294構(gòu)成的100W功率放大器。TDA7294內(nèi)部包含前置運放、末級功放、溫度保護、短路保護、靜音控制等電路。末級采用雙極DMOS功率晶體管，具有輸出功率大、頻帶寬、失真小、通用性好等特點。該集成電路還具有完善的防過載、防短路和溫度保護電路，在芯片溫度過高時，自動切斷音頻信號，保護芯片不致燒毀。用TDA7294構(gòu)成的功放電路，具有外圍電路簡單、易于制作的特點。電路輸入阻抗20k，輸入靈敏度750mV，電壓增益32dB，電源電壓范圍±(25～40)V，靜態(tài)電流50mA。當(dāng)負載阻抗為8Ω時輸出功率1OOW;負載阻抗為4Ω時輸出功率可達180W。實際制作時，TDA7294應(yīng)加裝足夠的散熱片。配套電源電路應(yīng)有足夠的容量。如需提高電路電壓增益，可適當(dāng)改變R3與R2的比值，電壓增益A=201g(R3/R2)(dB)。但不宜片面追求本級電壓增益，過高的電壓增益易引起電路自激，解決的辦法是提高前置級的電壓增益。

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