Усилитель на микросхеме серии LM. Качественный усилитель звука на LM386 своими руками (схемы) Объективные замеры усилителя на базе LM3886

При создании мультимедийного центра на базе персонального компьютера мною был изготовлен простой и качественный стереофонический усилитель на LM3886 (УМЗЧ для начинающих радиолюбителей) с выходной мощностью по 50 Вт на канал. Свой выбор на LM3886 я остановил, изучив описания и положительные отзывы радиолюбителей на форумах. LM3886 выпускается в двух вариантах: с минусом питания на корпусе (LM3886T) и с изолированным корпусом (LM3886TF). В первом случае желательна электрическая изоляция микросхемы от радиатора.

Эта микросхема обладает очень хорошими параметрами:

Диапазон питающих напряжений от 18 (+-9) до +-42 В;

Номинальная выходная мощность более 68 Вт при Кг 0.1%;

Пиковая выходная мощность до 135 Вт;

Внутреннее ограничение тока 7…11.5 А;

Коэффициент гармоник на мощности 60 Вт не более 0.03%;

Интермодуляционные искажения не более 0.01%;

Скорость нарастания выходного сигнала 8…19 В/мкс;

Полоса усиления 2…8 МГц;

Соотношение сигнал/шум до 110 дБ.

Выходная мощность этой микросхемы ограничена лишь тепловыделением. Безопасный для выходных транзисторов долговременный ток позволяет получить выходные мощности ~68 Вт, а внутреннее ограничение тока (не менее 7 А) защищает микросхему от короткого замыкания на выходе.

В результате макетирования УМЗЧ наиболее приятной на слух оказалась схема с инверсным включением LM3886.

Возможным недостатком данной схемы может быть низкое входное сопротивление равное 10 Ком. Но если учесть, что выходное сопротивление современных звуковых карт редко превышает 4 Ком, это становится преимуществом (низкой чувствительностью к наводкам на соединительные провода). Номинал конденсатора С1 может быть в диапозоне 2 - 4,7 мкФ.

Второй канал стереофонического усилителя собран по этой же схеме.

Схем блока питания усилителя приведена ниже.

Плата усилителя спроектирована с помощью программы Sprint-Layout 6.0. Размер платы 46 х 33 мм.

Изготовлена плата по ЛУТ-технологии.

Из спортивного интереса решил провести замеры искажений LM3886 в зависимости от выходной мощности.

Результаты измерений представлены ниже:

На графике видно, что спектр гармоник достаточно длинный, а уровень гармоник высших порядков практически не зависит от выходной мощности. Тем не менее их уровень оказался менее 120 Дб, т.е. для большинства звуковых карт он просто окажется за уровнем шумовой полки.

Личный опыт показал, что с использованием интегральной микросхемы LM3886 можно собрать очень простой и весьма качественный усилитель мощности звуковой частоты, который удовлетворит запросы большинства начинающих радиолюбителей.

Вложение : 255,28 KB (Скачиваний: 1432)

При построении качественного УНЧ, многие выбирают отлично зарекомендовавшую себя специализированную микросхему LM3886 - высококачественный аудио усилитель мощности, способный выдавать больше 50 ватт непрерывной средней мощности в 4-омную нагрузку и 40 ватт в 8 Ом, при 0.1% THD+N, в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Почему именно LM3886? У неё полностью защищены элементы на выходе от перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузок, в том числе и мгновенных пиков температуры. Тепловая защита срабатывает быстрее, чем разрушается кристалл микросхемы. Здесь имеется отличное соотношение сигнал/шум - более 92 дБ, с низким уровнем шума всего 2 мкВ. Она демонстрирует крайне низкий THD+N, в районе значений 0.03% при номинальной мощности в звуковом спектре, и обеспечивает отличную линейность.

Схема усилителя звука на 50 ватт

По сути, схема похожа на ту, что . Делитель Rf1, Ri определяют коэффициент усиления в данном случае усиление 22k/1k = 22 (27dB). Конденсатор Ci 47uF образует ФВЧ с частотой среза 5 Гц.

Характеристики усилителя на LM3886

• Максимальная выходная мощность: 65 Вт RMS - 108 Вт пиковая
• Коэффициент нелинейных искажений: 0,02% при 50 Вт
• Отношение сигнал-шум: 110 дБ на 50 Вт - 92 дБ на 1 Вт

LM3886 имеет следующие системы защиты:

• от перенапряжения;
• от перегрузки;
• от короткого замыкания выхода;
• от перегрева.

Ещё одна особенность схемы - отсутствие конденсатора времени задержки, что подключен к MUTE. Катушка L1 содержит 15 витков эмалированной проволоки вокруг резистора R7. Диаметр проволоки должен быть не менее 0,5 мм. Вся конструкция дросселя замотана в термоусадочную трубку. Конденсатор C2 может быть электролитическим, но лучше использовать неполярный или биполярный.

Как правило, в звуковых усилителях, используются небольшие по габаритам тороидальные трансформаторы, но такие трансформаторы дорогие и дефицитные. Преимущество тороидального трансформатора в том, что они имеют очень низкую утечку магнитного потока, поэтому они могут быть размещены в одном корпусе с усилителем. В данном проекте используем стандартный трансформатор. Характеристики трансформатора должны быть следующие;

1. Для 8 Ом - стандартный режим: 220/2 х 24 В (со средним выходом) не менее 150 Вт
2. Для 4 Ом - стандартный режим: 220/2 х 18 В (со средним выходом) не менее 150 Вт

Усилитель звука 100 ватт — предлагаю для повторения схему стерео усилителя мощности, с высококачественным звучанием, проверенным в работе. Конструкция собрана на четырех одноканальных усилителях низкой частоты LM3886, производства фирмы National Semiconductor. Микросхемы включены в параллельном варианте, по две на каждый канал. При сопротивлении нагрузки 8 Ом мощность на выходе оконечного каскада составляет около 50 Вт, а на 4 Ом будет 100 Вт.

Между прочим известная компания «Jeff Rowland Design Group» в своих усилителях класса Hi-Fi применяет УНЧ LM3886, при этом имеет отличные рецензии. Поэтому исходя из выше сказанного, бюджетные аппараты такого типа вполне могут обладать высоким качеством звучания!

LM3886 как не инвертирующий усилитель

Усилитель звука 100 ватт на LM3886 работает как не инвертирующий усилитель. Именно такая схема включения обладает устойчивым коэффициентом усиления при нулевой разности фаз относительно входных и выходных сигналов. Значение сопротивления входного тракта усилителя устанавливается подбором постоянного резистора R1-47 кОм. Высокочастотный фильтр установленный на входных коннекторах RCA, состоит из резистора R20-680 Ом и емкости С20-470pF. Для фильтрации звукового сигнала по ВЧ, во входных цепях микросхемы LM3886 предусмотрены конденсаторы C4 и С8 с номиналом 220pF.

В некоторых модулях конструкции были применены конденсаторы высокого качества зарубежных производителей, в частности фирмы Auricap (С1-1uF) и Black Gate. Например: в качестве фильтра постоянного напряжения используется С2, С6, С12, С16 (Black Gate).

На снимке ниже показана схема данного усилителя.

Разводка печатной платы

Разводка печатки выполнялась таким образом, чтобы силовая дорожка «корпус» и сигнальные шины располагаться как можно дальше друг от друга. В то же время сигнальная дорожка идущая на «корпус» расположена в центре, в окружении силовой шины «корпус». Рядом с конденсатором С5 они объединены одним проводника. Разводка печатки выполнялась с помощью PADS PowerPCB 5.0.

Если для кого – то сложно самому заниматься созданием печатных плат, то целесообразнее будет отдать эту работу специалистам. Хотя усилитель звука 100 ватт не так уже и сложен. Но все таки, если есть определенные навыки в изготовлении плат, то можно попробовать и самому.

Готовые печатные платы

Постоянные резисторы с номиналом 1 кОм и 20 кОм желательно устанавливать прецизионные с повышенной точностью ± 0.1%. Выходные резисторы в количестве шести штук нужно ставить однопроцентные с номинальным сопротивлением 1 Ом и мощностью пол-ватта. Так как резистор на три ватта с точностью 1 % найти сложно.

В этой конструкции была использована микросхема в изолированном корпусе LM3886 TF (корпус TO-220-11 Isolated), поэтому крепилась она к радиатору без изоляционной прокладки. Только нужно будет обязательно на нее нанести теплопроводную пасту, например: КПТ-8.

Разделяющий конденсатор

Чтобы исключить возможность появления в тракте переменного тока постоянной составляющей, в цепи установлен фирменный разделяющий конденсатор с номиналом 1uF — 450v. Это конденсатор должен быть высокого качества от зарубежного производителя, так как он применяется в основном сигнальном тракте.

В высокочастотном фильтре задействованы конденсаторы 47pF и 220pF фирмы Silver Mica.

В цепи напряжения питания в качестве фильтра реализована емкость 1000 uF x 50v Black Gate от фирмы Jelmax (Токио)

Повышение качества звучания

Электролитические конденсаторы C2 и C6 с номинальным значением 100uF x 50v также японские Black Gate. Однако для повышения качества звучания следует применить в этой цепи неполярные конденсаторы, если конечно позволяют размеры платы.

Цепочка фильтрующих элементов состоящая из R20-680 Ом и C20-470pF размещена непосредственно на RCA-коннекторе. Такой вариант монтажа компонентов дает возможность убрать высокочастотные шумы, прежде чем они появятся в схеме усилителя.

Также для лучшей фильтрации ВЧ искажений, разделительная емкость по питанию 0.1uF припаяна именно на выводы микросхемы LM3886, только со стороны контактных площадок платы.

УНЧ LM3886 закреплен на алюминиевом теплоотводе, а уже сам радиатор крепится непосредственно к корпусу усилителя. Для увеличения коэффициента рассеивания тепла от микросхем, с внешней стороны корпуса крепится еще добавочные три теплоотвода. В качестве таких теплоотводов использовались ненужные радиаторы охлаждения процессора компьютера. Для эффективного рассеивания тепла выделяемого микросхемами, не забываете везде применять тепло проводимую пасту.

При всех реализованных радиаторах охлаждения, выходной каскад усилителя на номинальной мощности нагревается вполне допустимо.

Блок питания собран с использованием положительного регулируемого стабилизатора LT1083 с низким падением напряжения. В цепи стабилизатора, перед микросхемой установлен конденсатор 1000uF, а после ее 100uF. Данная схема стабилизатора с возможностью регулировать напряжение, позволила практически полностью избавится напряжения пульсаций.

В блоке выпрямителя, диодные мосты собраны на ультра быстрых мощных диодах MUR860 с обратным напряжением 600v.

Хозяин сайта некий Linkor — человек творческий настолько, что иногда сам не знает что творит! Так вот, друзья, не верьте всем его обещаниям насчет, цитирую: «Мягкое, детальное и чистое звучание, прекрасная передача вокала, сцены и объема, простая конструкция, не требует настройки».

Это, так сказать, присказка. Сказка будет впереди.

Связался как-то со мной по электронной почте давний клиент (у него успешно работает усилитель для наушников, переделанный мной) и попросил доделать полностью собранный и готовый к установке в корпус (это по словам другого радиолюбителя, у которого будет куплен готовый комплект плат и трансформаторов) усилитель на микросхеме LM3886 . Почитав объявление в форуме о продаже и описание комплекта, где автор говорил: «Усилитель гибридный 2×40Вт Corsair LM3886+6Н23П ЕВ готов к установке в корпус, но требуется добавить фильтр в БП для устранения фона лампы и немного увеличить время включения нагрузки», я решил взяться за эту небольшую работу. Тем более, что на сайте уважаемый Linkor об этой своей разработке пишет: «Corsair — долгожданный гибридный усилитель на основе двойного триода и LM3886 в инвертирующем включении с Т-образной ООС. Позволяет получить великолепный звук, не похожий ни на что. Очень понравится любителям лампового звука и музыки, заполняющей собой все сознание. Схема проста и не требует настройки. Еще никогда такого качества звучания нельзя было добиться так просто.» Правда последние слова меня несколько насторожили, но я взялся за эту работу.

Как же я ошибался! Я, видимо, доверчивый человек! Потому что как последний лох повёлся на восторженные АВТОРСКИЕ отзывы!

Пока посылка с полусобранным усилителем шла ко мне, я изучил схему сего творения и пришел в ужас, честно говоря. Как это может хорошо работать?!!! WTF???!!!

Поясню. Идея проста. Включить LM3886 в инвертирующем варианте (так действительно лучше и так рекомендует делать производитель микросхем). Но тогда возникают вопросы с входным сопротивлением. Для разгрузки усилителя нужен входной буфер. Обычно его делают на микросхеме ОУ, но лампа — тоже вариант. Теоритически все верно. Но вот практическая реализация в этой схеме просто ужасна.

Катодный повторитель — классика жанра. Но, во-первых, какого черта автор запитал лампу так криво? При таком низком анодном напряжении и токе, как в этой схеме, мы попадаем в самую кривую часть ВАХ! Ответ я нашел на форуме vegalab.ru. Оказывается, что это было нужно для благозвучных ламповых искажений! OMG и LOL!

Во-вторых, зачем эта дурацкая Т-образная обратная связь? Она совершенно не нужна здесь. А коэффициент усиления под 60? Это зачем? Ловить все наводки в округе?

Третий аккорд этой печальной песни. Блок питания.

Зачем выпрямлять и стабилизировать накал для такой лампы как 6Н23П? Это же лампа косвенного накала. При питании от переменки достаточно «упереть» накал в землю через два резистора Ом на 100-150. И все.

Более того, в готовой конструкции стаб. работал в кривом режиме, выдавая под нагрузкой не 6В, как положено, а лишь 5,5В. В такой ситуации и стабилизатор «шумит» и на лампе недостаточное напряжение накала. (За это я и не люблю фиксированные по вольтажу микросхемы-стабилизаторы. Предпочитаю LM317 и им подобные. Там можно настроить все и вся.) И последнее, 10000 мКф на плечо в таком стабилизаторе — маловато.

В-четвертых, схема задержки включения УМ.

В оригинальном варианте она работала стабильно, но включала динамики слишком рано, до окончания очень жестких переходных процессов в катодном повторителе. Если так подключить усилитель к динамикам, то с большой долей вероятности динамики попросту сгорят. Резистор R1 нужно увеличивать по номиналу раза в два.

Что мы имеем в итоге? При включении схемы в таком варианте — неистребимый фон в динамиках, отвратительный по качеству звук и возможность спалить колонки!

В результате пришлось переделать практически всю схему.

Катодный повторитель был полностью изменен. Я его рассчитал сам, но для желающих повторить — вот готовые варианты с сайта vegalab.ru, разработанные Yury Novikov с его же пояснениями:

«Вот три версии катодного повторителя на 6н23п, с разными вариантами смещения, в порядке усложнения. Первая со смещением от делителя в сетке. Просто, мало деталей, но и по параметрам попроще других. Вторая с делителем в катоде. Посложнее, но за счет дополнительного конденсатора-шунта имеет параметры получше. Можно играться со звуком подбирая шунтирующие конденсаторы разных типов. Третья со смещением от батарейки имеет лучшие чем у первых двух частотные и фазовые свойства (и звук по опыту тоже), и меньшее выходное сопротивление, но дает ослабление примерно в 3 дБ (первые две дают меньше 1 дБ ослабления).

Т-образная обратная связь — удалена. Обвязка микросхемы была сделана точно по техническому описанию производителя. (Хороший вариант описания выложен .) Коэффициент усиления был уменьшен до 20.

В блоке питания микросхемы емкость фильтрующих конденсаторов была повышена до 26800 мКф на плечо (в «конструкторе», что прислали мне в каждом плече БП было всего по 6800 мКф). Анодное питание было повышено до 130В, и добавлены фильтрующие ёмкости. Плюс, в цепи анодного питания был поставлен электронный дроссель на полевом транзисторе. (Это еще больше сгладило синус и позволило задать плавную подачу напряжения на анод лампы.)

Выпрямитель и стабилизация накала были убраны за ненужностью.

В результате удалось практически минимизировать наводки по питанию. Схема заработала устойчиво и согласованно. Полностью избавиться от сетевых наводок не удалось только потому, что новый катодный повторитель собран на оригинальной плате. Я бы из разделил и собрал ламповую часть отдельно навесным монтажом. Но это потянуло бы за собой дополнительные переделки.

Несколько фотографий исходного варианта и завершенной конструкции.

Это то, что пришло ко мне по почте.

Усилитель был помещен в корпус от старого кассетного магнитофона. Таков был договор с заказчиком. Я бы, конечно, сделал корпус другим. В конечном варианте на корпус надет кожух, и естественно, поставлена передняя панель.

И напоследок еще раз процитирую господина Linkorа: «Подытожив: Этот усилитель предназначен для музыки, а не для измерительных комплексов. Его объективные свойства сомнительны, однако его звучание и динамический диапазон настолько завораживают, что при слове „векторный измеритель нелинейных искажений“ хочется плеваться.»

Скажу от себя: это просто смешно, господин Linkor!

P.S. Ну а звук. Вполне нормален звук. Хорошее микросхемное звучание. Вот правильная оценка.

Микросхема LM1875 это высококачественный монофонический усилитель мощности низкой частоты, отдающий в нагрузку 25 Ватт. Выходной каскад работает в классе АВ. LM1875 отличается высокими звуковыми параметрами. Динамический диапазон – 90 дБ. нелинейные искажения – 0.015%, полоса воспроизводимых частот 20 – 20000 Гц. Микросхема предназначена для использования в бытовых аудиосистемах, для питания широкополосной акустики или маломощного сабвуфера.
Популярны две стандартные схемы включения LM1875. Типовая – она описана в даташите на микросхему и мостовая. Усилитель на двух LM1875 включенных по мостовой схеме способен развивать до 50 Ватт на выходе.
В этот раз мы предлагаем вам собрать усилитель по стандартной схеме. Маленькая печатная плата, минимальное количество деталей, высокое качество звука – настоящий Gainclone. Дополнительно на плате установлен диодный мост и два электролитических конденсатора большой емкости. Для питания вам нужно будет только подключить трансформатор с двумя обмотками, по 18В каждая.

Технические характеристики

Напряжение питания ±8В … ±25В

Выходная мощность 25Вт

Коэффициент нелинейных искажений при 20Вт* 0.015%

Отношение сигнал/шум 90Дб

*После 20Вт у LM1875 её довольно низкий коэффициент гармоник резко возрастает, поэтому 20Вт это значение максимальной выходной мощности для качественного усилителя.

Схема подключения

Внешний вид

Схему, проект в KiCad можно скачать в разделе техническая документация.

Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется – Creative Commons - Attribution - Share Alike license. Проект выполнен в KiCad. Любые файлы доступны для скачивания.