Усилитель на базе LM3886

Усилитель на базе LM3886 был специально сделан по заказу для участия в тестах сайт. Сравнение с усилителем на LM3886 делается для того, чтобы оценить потенциал усилителя и спрогнозировать, не является ли покупка активных мониторов выгоднее, и не станет ли усилитель узким трактом при покупке пассивных мониторов аналогичного класса. В каждом активном двухполосном мониторе есть встроенный стереоусилитель, где один канал обслуживает НЧ, другой ВЧ, и в мониторах среднего уровня широко распространены усилители на базе LM3886. Усилитель на базе LM3886 сделан Ерофеевым Иваном aka Ivanuch в максимально простом исполнении, специально без выжимания максимального качества.

Принципиальная схема усилителя

Объективные замеры усилителя на базе LM3886

Амплитудно-частотная характеристика RA300

Неравномерность АЧХ близка к идеальной, отклонений практически нет.

Гармонические искажения: 4 Ом — 40 Вт, 8 Ом — 30 Вт.

Искажения достаточно низкие, гармоники высших порядков ниже 120 дБ для основного тона 1 кГц.

Гармонические искажения: 4 Ом — 40 Вт .

В области высоких частот искажения увеличиваются, но при этом высокий уровень только у второй и третьей, а у последующих гармоник амплитуда уменьшается. В целом характер искажений благоприятный.

Расчет питания сделан под 230В и при пониженном питании в сети при 210В реальная итоговая мощность уменьшается, но при этом фиксируется только на длительном тестовом сигнале. При подаче синуса на выходе сначала идет чистый сигнал (за счет запаса энергии в батареях), а как только запас израсходован — появляется клиппинг.

К слову, если делать определение максимальной неискаженной мощности в RMAA то в момент калибровки сигнала нехватка питания не проявится, но будет видна уже в результатах теста.

Общий вид записанного сигнала

Участок без искажений

Участок с искажениями

Субъективные впечатления

Звучание усилителя вполне пригодно для работы, недостатка детальности, искажений, атаки и других проблем не наблюдается. Миф о LM3886, в виде «дешевые автомобильные микросхемки ни на что не годны» не имеет никаких достоверных оснований. Единственное, что можно записать в минус — это ограничение по мощности уже самой микросхемы. Если в мониторах ближнего и среднего поля в bi-amp системах мощности хватит (из расчета двух микросхем на канал), то в отдельном усилителе этого может оказаться недостаточно. Это одна из причин, по которой LM3886 широко не используется в бюджетных усилителях.

Операционник LM386 является отличным базисом для построения усилителей звука. Тем не менее, существует огромное количество схем с участием LM386, но не все они позволяют создать действительно качественный звуковой усилитель.

В этом материале будет продемонстрировано, как создать отличный звуковой усилитель на основе LM386. При этом в таком устройстве можно реализовать возможность усиления басов.

Прежде чем приводить готовые схемы усилителей звука, стоит сначала взглянуть на сам компонент LM386. Он является достаточно универсальным операционным усилителем. Для создания рабочего усилителя требуется только пара сопротивлений и конденсаторов. Микросхема имеет опции для регулировки усиления и повышения баса, а также может быть преобразована в генератор, способный генерировать синусоидальные волны или прямоугольные волны. Существует три разновидности LM386, каждая с разными номинальными значениями мощности: LM386N-1 (0,325 Вт), LM386N-3 (0,700 Вт), LM386N-4 (1,00 Вт). Фактическая выходная мощность, которую вы получите, будет зависеть от вашего напряжения питания и импеданса громкоговорителя. В документации на LM386 есть графики, которые подробнее расскажут вам об этом. В данном случае прикладывалось напряжение питания 9 В, но вы можете питать этот усилитель напряжением от 4 В и до 12 В. Распиновка LM386 показана на схеме ниже.

ОУ LM386 берет входной аудиосигнал и повышает его напряжение в лимитах от 20 до 200 раз. Это число еще именуется как коэффициент усиления по напряжению. Изменение усиления может быть реализовано подсоединением 10 мкФ конденсатора между выводами 1 и 8. При отсутствии конденсатора между выводами 1 и 8 коэффициент усиления будет установлен на 20. При задействовании конденсатора 10 мкФ коэффициент усиления будет установлен на 200. Коэффициент усиления можно изменить на любое значение между 20 и 200 за счет включения сопротивления (или потенциометра) последовательно с конденсатором.

Теперь, когда мы узнали кое-что о LM386, давайте начнем с создания «голого» усилителя на основе LM386 с минимальным числом элементов, требуемых для его работы. Таким образом, потом вы можете сравнить его с усилителем с более качественным звучанием, который мы соберем позже. Принципиальная и макетная схемы подключения показаны ниже.

На приведенной выше схеме подключения заземление аудиовхода соединено с заземленим аудиовыхода. Выходное заземление «шумит» и вызывает искажение входного сигнала при подключении таким образом. Звуковое входное заземление чувствительно к любым помехам, и любой шум, получаемый усилителем, увеличивается через усилитель. Ставьте целью как можно дальше размещать входную землю отдельно от других путей заземления. Например, вы можете подключить заземление для источника питания, входа и выхода непосредственно к контакту заземления (контакт 4) LM386 следующим образом:

Подключение этого типа должно звучать лучше, чем первая схема, но вы, вероятно, все равно заметите какой-то шум. Мы исправим это в следующей схеме, добавив развязывающие конденсаторы и пару RC-фильтров.

Несколько элементов в этой схеме заставляют ее звучать лучше. Конденсатор емкостью 470 пФ между положительным входным сигналом и землей нужен для фильтрации различных помех, полученных с аудиовходамов. Конденсаторы 100 мкФ и 0.1 мкФ между положительными и отрицательными линиями питания нужны для развязки питания. Конденсатор 100 мкФ отфильтровывает низкочастотный шум, а конденсатор 0.1 мкФ будет фильтровать высокочастотный шум. Емкость 0.1 мкФ между выводами 4 и 6 требуется для дополнительной развязки источника питания от операционника. Резистор 10 КОм и конденсатор 10 мкФ, идущие последовательно, между линией 7 и заземлением нужны для развязки входного аудиосигнала. Вот так это выглядит на макете.

Завершающим этапом построения качественного усилителя звука на LM386 является добавление возможности усиления басов. Усиление басов – это в основном простой фильтр нижних частот, и он удаляет большую часть шума, не убираемого развязывающими конденсаторами. Все, что вам нужно для схемы усиления баса – это конденсатор 0.033 мкФ и потенциометр 10 КОм последовательно между линиями 1 и 5.

Схему можно по-быстрому протестировать, подключив какое-нибудь устройство вывода звука. Простой способ подключения аудиовхода в такой схеме - это отрезать 3.5-мм аудиоразъем от старого набора наушников и подключить его к выводам на макетной плате. Таким образом, на основе LM386 можно самостоятельно, быстро и недорого собрать качественный усилитель звука с возможностью усиления басов. LM3886 - безусловно, один из лучших звуковых усилителей, но есть усилители и с более лучшими характеристиками. После экспериментов с LM386 можно начать создание проектов TDA2003, а затем плавно перейти на TDA2050.

Однажды, придя после работы домой, и включив любимую композицию в Foobar , я захотел чего то получше. И ради это чего-то "лучшего", ради интереса сборки электроники, захотел собрать первый усилитель. До этого больше занимался всякими высоковольтными вещами, ну и немного цифровой электроникой. Первым делом, начал искать микросхему, на которой буду собирать усилитель, остановился на LM1875 ().

К ней меня подтолкнуло то, что по своим показателям она значительно превосходит микросхемы аналогичного класса, выпускаемые другими производителями, такие как TDA2030, TDA2050 например. По таким параметрам как КНИ (коэффициент нелинейных искажений), надежность, напряжение питание у LM1875 выше чем у TDA2030, как и мощность. Ну и в среде "Аудиофилов", про нее хорошо отзываются.

После выбора микросхемы, приступил к поиску схемы, почитав разные форумы, пришел к схеме, которая ниже:

Плату Усилителя старался делать максимально компактной, дорожки после пайки хорошо залудил припоем. Питающие провода и входные запаяны в плату, только на выходе поставил клеммный разъем. Фотография платы усилителя:

После сборки усилителя задался вопросом питания, а с чего начинается питания усилителя? Правильно с сети, и по скольку хотел сделать что то качественное, первым делом собрал маленький сетевой фильтр, по схеме, которая ниже:

Получился он достаточно миниатюрным, на нем, нет не какой экзотики, только 2 помехоподавляющих конденсатора С1, С2, по 47 нФ, синфазный дроссель Murata и варистор Epcos 391. Для защиты трансформатора стоит предохранитель, тем более тут есть варистор, по этому предохранитель обязателен. Да и к слову первое что должно быть у сетевого устройства- это предохранитель.

Про трансформатор писать особо не чего, это тороидальный трансформатор, у которого перемотана вторичная обмотка. Мощность у него 50 Ватт, чего для данного усилителя хватит с головой. После перемотки у него 2 обмотки по 15 вольт.

Подключен этот трансформатор к выпрямителю из диодов Шоттки MBRF10100CT, по следующей схеме:

Собственно в этом выпрямителе нет, не чего особенного, тут лишь применил пару вещей, о которых прочел, когда искал себе схему усилителя, а именно: применил в выпрямителе диоды Шоттки, для исключения мультипликативных помех, да и не греются они из-за малого падения напряжения на них. В выпрямителе применил конденсаторы как низкоимпедансные (Low ESR), так и обычные, считается, что такая сборка электролитов хорошо влияет на звук. Зашунтировал питание плеч пленками по 100 нФ. Для исключения мультипликативных помех, так же можно установить конденсатор на 10-47 нФ параллельно катоду и аноду, в диодном мосте, у каждого диода. На плате я под них заложил место, и даже запаял, что бы наверняка этих помех не было. Ниже фотография выпрямителя:

В процессе настройки не нравился переходной процесс, который был слышен в динамиках при выключении и выключении усилителя, было решено сделать задержку подачи сигнала на АС. Поискав решил сразу соединить её с защитой от постоянного напряжения на выходе. Так как АС обычно дороже УМЗЧ, и выгорание микросхемы ничто по сравнению с сгоранием катушки динамика. Для защиты АС и задержки подачи сигнала, была выбрана такая схема:

Развел плату сразу под 2 канала, применил реле на 15 А, с управляющим напряжением 12 В. Для минимизации размеров применил SMD резисторы типоразмера 1206. Ниже фотография получившейся платы:

По скольку защита питается от 12 вольт, нужно было где-то брать эти 12 вольт, мотать обмотку на транс не хотелось. Были даже идеи повесить на одно плечо стабилизатор, и с него брать напряжение нужное. Но так бы я немного просадил это плечо, внес какие не быть искажение в звук, а оно мне надо? Решил сделать на отдельной платке БП на 12 вольт, для этого взял трансформатор, залитый, герметичный на 4 Ватта 9 вольт, и по стандартной схеме: трансформатор - выпрямитель - LM1812, сделал стабилизатор. При такой нагрузке трансформатор не греется, чему я рад. В прочем чему там греться?

Фотография БП на 12 вольт, для защиты:

Питается он, как и тот трансформатор, напоминающий желтенький пончик, от сетевого фильтра, который на этой фотографии можно увидеть под стабилизатором 12 вольт, точнее краешек его платы.

Теперь насчет дросселя, который на платках усилителей есть, в нем нет не чего особо сложного. Мне правда немного повезло с тем, что у меня в радиомагазине продаются пластиковые каркасы под них. Называются B-P36/22-1 у них внутренний диаметр 22 мм а внешний 36 мм. Нам нужно намотать 20 витков проводом 0.8 мм. Ниже фотография такой шпули под намотку с намотанным проводом:

Что могу сказать про звук, как по мне нормально звучит, доволен даже:) Может и правда Hi-Fi, если использовать для колонок у компа, то вполне оправдывает свою цену на постройку. Колонки пока стоят от музыкального центра, 6 Ом Kenwood, думаю позже займусь его внутренним фильтром, Лично меня устраивает, а это самое главное. Хотя... уже даже сейчас, стал подумывать о сборке чего ни будь транзисторного, сравнить.

Список радиоэлементов

Интегральная микросхема LM317 представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения, который активно используют не только в промышленных электронных устройствах, но и в радиолюбительских кругах. Простая схема включения, широкий диапазон рабочих напряжений и доступные программы расчетов дали возможность радиолюбителями активно использовать микросхему в самых разных самодельных устройствах.

Не многим известно, что эту микросхему можно использовать в качестве усилителя мощности, звук вполне достойный. Сама микросхема способна отдавать в нагрузку ток до 1.5А, в таком подключении греться будет довольно сильно, поэтому понадобиться серьезное охлаждение.

Крайне не советую поднимать номинал входного напряжения больше 9 Вольт, дальше уже начинаются сильные искажения даже если питать от аккумулятора или стабилизированных блоков питания.

Схема на данный момент активно собирается иностранными радиолюбителями и вертится в интернете как усилитель разряда «Hi-End» довольно часто, хотя реальные возможности микросхемы в качестве УНЧ сильно преувеличены, и ничего «хай-эндовского» я не наблюдал. Звук не плохой, но искажения есть, наравне с TDA2003 — старая и добрая микросхема, на которой многие из нас строили свои первые усилители, поначалу звук нравиться, но когда собираешь более серьезные схемы, то становиться ясно, что старая TDA2003 звуком не блестит.

Вернемся к нашему усилителю. После сборки схемы нужно выставить половину питающего напряжения на второй ноге стабилизатора. Делают это с помощью переменного резистора 5кОм.

К сожалению, измерять выходные параметры и оценить реальное качество звука увы, нечем, скажу только, что чувствительность по входу довольно большая, можно подавать сигнал от звуковой карты ПК, при напряжении 9 Вольт усилитель способен развивать выходную мощность до 1,2 ватт, отличный вариант усилителя для наушников, довольно неплохого качества. Заграничные радиолюбители так оценили эту схематику, что стали собирать варианты в классе «А» с ламповыми предусилителями, попробовать думаю стоит.

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.