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.
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
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Схема 1. | |||||||
| Аудио усилитель | LM1875 | 1 | В блокнот | ||||
| С1, С2 | 470 мкФ | 2 | В блокнот | ||||
| С3 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С4 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Электролитический конденсатор | 22 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С6 | Конденсатор | 220 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С7 | Конденсатор | 2.2 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 2.2 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R2 | Резистор | 10 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R3, R6 | Резистор | 22 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5, R7 | Резистор | 2.2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| L | Катушка индуктивности | 0.7 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| In, GND | Входной разьем | 2 | В блокнот | ||||
| Out, GND | Выходной разьем | 2 | В блокнот | ||||
| Двухполярный блок питания | +20 В, -20 В | 1 | В блокнот | ||||
| Схема 2. | |||||||
| С1, С2 | Конденсатор | 0.047 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| VDR1 | Варистор | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Сглаживающий трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| F1 | Предохранитель | 1 | В блокнот | ||||
| 220 in, 220out | Сдвоенный клеммный зажим | 2 | В блокнот | ||||
| Схема 3. | |||||||
| Выпрямительный диод | MBRF10100CT-E3 | 4 | В блокнот | ||||
| HL1, HL2 | Светодиод | 2 | В блокнот | ||||
| С1-С6 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 6 | В блокнот | |||
| С7, С8 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 3 кОм | 2 | В блокнот | |||
| F1, F2 | Предохранитель | 3 А | 2 | В блокнот | |||
| Тройной клеммный зажим | 2 | В блокнот | |||||
| Схема 4. | |||||||
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ315Г | 1 | В блокнот | |||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ3107Б | 1 | ||||
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;
- Для 8 Ом - стандартный режим: 220/2 х 24 В (со средним выходом) не менее 150 Вт
- 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.
