90后女孩做功放_TDA7293并联 2x170W功放DIY

90后女孩 · 发表于 2020-8-11 10:50

女子是做软件编程的，硬件不是我的专业，这点三脚猫的硬件技术是当年读书的时候，利用假期勤工俭学，去我家老头子上班的公司打工学的。
今年新冠疫情，工作不忙，准备利用业余时间自己动手DIY一个功放，把我闲置已久的音箱用起来。
功率放大器预期技术要求
输出功率：大于2x100（4Ω）
谐波失真：小于0.1%
电路模式：集成电路
工作类型：AB类
1. 器件选型
首先考虑的是LM3886，大公司的产品，音质不错，性能有保障。
很可惜,LM3886的输出功率有点小，达不到预期要求，两块芯片并联对器件的精度有特别要求，市场上很难买到这些高精度的器件，如果专门为做一个音频放大器去找这些器件，我认为没这个必要。
TDA7293的输出功率比LM3886要大一些，勉强100W（4R）,感觉功率还是有点小，尤其是大动态音乐信号，有点力不从心。
仔细研究分析TDA7293的技术资料，发先它的并联模式很有意思。前级小信号部分是共用其中的一块芯片的前级电路，后级大信号放大部分是两块芯片并联，这就相当于分立器件功放电路，末级多个功放管并联模式。
也就是说TDA7293并不是简单的两块芯片并联，前级小信号部分只用了其中的一块芯片的前级部分，只把两块芯片的后级功率放大部分并联，这样做完全等同于分立器件功放电路，将末级多个功放管并联提高输出功率，只要买同一批次的芯片，不用担心人们常说的多个芯片并联出现“粗声”的问题。
TDA7293两块并联，+/-40V电源供电，不削顶输出功率可以到180W（4R），完全满足我的需求，那就选她吧。
如果你想更大的输出功率，可以把三块TDA7293并联，+/-47V电源供电，输出功率每一个声道可以达230W。
不过三块芯片并联，要慎重处理PCB布局，布局不合理，可能会导致性能达不到芯片的原设计性能。
三块TDA7293并联，前级只用其中一块芯片的电路，第三块芯片远离第一块芯片，PCB走线的信号线和输出线拉的很长，由于电路传输有阻抗特性，信号传输有一点延时，容易出现三个信号不能同时到达输出端，最后导致的结果是人们常说的“粗声”问题。我还没找到三块并联的最佳PCB布线方案，暂时还不考虑三块芯片并联的玩法。
2. 电路图和PCB
电路图完全照抄TDA7293技术资料上的应用电路，这个电路是经过厂家验证反复测试过的，能保证芯片的性能，不用担心有错误和挖坑。
另外有一块前置放大板，用NE5532组成的双声道4倍同相放大电路，电源用+/-40V电源串联电阻降压后，再经三端稳压输出+/-15V，为NE5532供电，这个电路很简单，就不介绍了。
PCB是一个声道一块PCB，没有将两个声道做在一起，这样做有利于机箱结构布局，也减少了PCB布线的复杂程度。
电源部分另外设计一块PCB，采用两个整流桥的电路。
画原理图很很简单，先做好器件和封装，然后照搬TDA7293技术资料上的电路图，半天就搞完了。
PCB布线是在我家老头子的指导下完成的，他老人家做了20几年的硬件，已经退休了，老花眼基本上看不清元器件，我画好了后让他检查，找出不合理的地方让我改。
应用资料的PCB输入耦合电容用的是小封装，不能安装我手上的苏伦大S电容，这个部分作了一点小改动，为了节省PCB面积，苏伦大S电容只用了半边封装。
这种设计习惯也是以前跟老头子打工学的，在他们专业设计领域，为了压缩设计成本，一般不浪费PCB面积，在满足性能和功能要求的情况下，尽量压缩PCB面积，降低PCB成本。
PCB电源部分的走线尽量走宽一些，最大限度降低铜箔电阻。
信号输入部分把几个小信号接地集中后，再一点接地，避免大信号串扰。
第二块芯片的信号输出走线比较长，受到PCB结构的限制，没办法加宽，特别做了开绿油处理，手工镀一层锡，降低铜箔电阻。
喇叭地线不接放大板，直接接到电源板的输出中间地。
PCB设计过程一共做了两版，第一版验证原理图的功能，测试没问题后再进行第二版，主要是对第一版的不足进行纠正。

补充内容 (2020-8-11 12:09):

3. 器件收集
机箱和散热片
机箱和散热片是在家里杂物间的翻出来的，感觉放在那里有很多年，可能是我家老头子以前DIY什么东西用剩下的，有几个。
散热片很大，180x140x60,拿秤秤一下，1.6公斤，完全够了。颜色还是氧化黑的，不错。
电子料
电子料全部来自网购，TDA7293来自某商城，买10个，虽然贵点，可以保证不是翻新的。
储能电解电容是朋友给的，朋友自己开个公司，专门做开关电源的，用的全部是红宝石YXF低阻抗电解电容，我跟她说要做一个功放，帮我找几个电容，几天后收到一个箱子，打开才发现整整一百个2200uF/50V的红宝石YXF系列，我要给钱，她说这点小事，给什么钱呀，当年我开公司，你家老头子帮我不少忙，难不成我也要给钱。好吧，既然这样说我就恭敬不如从命了。
2200uF容量有点小，估计是朋友公司容量最大的电解电容，我采用多个并联的方式，正负两路一共用了14只2200uF/50V,这样算下来总容量有28000uF,完全够了。
有朋友说不是30000uF吗？怎么是28000uF呢？这是朋友告诉我的，红宝石的电解电容几乎都是走负公差，2200uF的容量只有2000uF左右，这样算总容量就只有28000uF了。
变压器是某宝上定做的，2x30V AC，总功率大约300W，功率有点偏小。

补充内容 (2020-8-11 12:09):
4. 测试设备
示波器
家里有一台双踪示波器，是老头子以前用的，放在箱子里很多年无人问津，我费了老劲才从角落里翻出来，通电看看工作正常，拿到朋友公司，让他们的工程师帮忙校准一下，也就是跟他们的高级示波器对比一下测试误差。
音频信号发生器
手上没有音频信号发生器，从卖仪器的朋友那里借来的，安捷伦的白噪声信号发生器，双路输出，最高工作频率30MHz, 蛮不错设备。
音频失真分析仪
很遗憾，没有借到音频失真分析仪，到处找都没找到，自己买又嫌太贵，以后很少用，买了也只用这一次，太浪费了。
万用表
万用表家里有，还是FLUKE的15B+，自动量程，很好用。
测试衰减器
2x100W（2x400W强制风冷或水冷）测试假负载，功率衰减500倍。
我测试的时候旁边放一台台式风扇直吹，没有风扇可以用脸盆装半盆水，把衰减器的散热片放在水里面，露出上面的四分之一就行了。
衰减器是自己做的，每声道用12个无感功率电阻并联，后面再接一个电阻平衡衰减网络，把功率衰减500倍后再接音箱监听，在放大器进行调试的时候，即使是满功率输出，经过衰减后送到音箱的功率也不超过1W，满功率测试音箱发出的声音不会很吵。

补充内容 (2020-8-11 12:09):
5. 组装调试
自己动手焊板,一个晚上就搞定了。
板子焊好后仔细检查元器件有没有插错，有没有短路，在装配功放芯片之前，用万用表仔细检查测试电路板上电阻的阻值，确认无误后再装功放芯片通电调试。
为了防止电路板有问题烧坏功放芯片，在功放板电源输入的正负极各串联一个3W 47Ω的限流电阻来做保护，等通电后功放板工作正常再拆掉电阻，恢复直接供电。
TDA7293的散热片是电源负极，不能接地，要垫导热硅胶片，我买的导热硅胶片不是很理想，中功率输出，芯片很快烫手，估计超过60度，反复安装调整芯片的安装温度也降不下来，最后只好在芯片上面倒扣一块散热片，才解决了芯片温升问题，
调试过程很顺利，通电就响了。
论坛里都是高手，具体的测试过程我就不再这里班门弄斧了。

补充内容 (2020-8-11 12:10):
6. 测试数据

直流测试数据
电源电压: +/-42V静态
整机静态电流: 219mA
末级静态电流: 90mA
输出端对地失调电压: 0mV
输入端对地失调电压: 2.8mV

交流测试数据，右声道
额定工作电流: 3.14A (VCC+/-39.5V输出172W 4Ω)
最大增益: 111倍，41dB，(输入240mV 输出26.7V，包括前置放大级)
不削顶输出功率: 26.3Vrms/172W(4Ω)
最大输出电压: 74.5Vp-p
效率: 70.7% 耗散功率246W，输出功率172W
效率: 52.6% 耗散190W，输出100W
输出级饱和压降:2.25V x2 （电源电压-输出电压p-p）
频率响应: 11Hz-112KHz (-0.5dB OUT20W 4Ω)
频率响应: 10Hz-75KHz(-0.5dB OUT56W 4Ω)
频率响应: 10Hz-62KHz(-0.5dB OUT100W 4Ω)
频率响应: 10Hz-50KHz(-0.5dB OUT156W 4Ω)
输入灵敏度: 240mV(输出26Vrms)
前置放大级（NE5532）上升速率: 22.8V
上升速率: 8.0V/1uS *
下降速率: 10.0V/1uS
信噪比: 94dB(输出26.3Vrms/1KHz，静态0.5mV)

备注：信号源方波上升速率:69.4V/us(示波器性能影响了上升速率测试数据，用R&S示波器测试有385V/us)