Инструменты пользователя

Инструменты сайта


Боковая панель

Викизона
FAQ
Вегалаб
Форум


Справка

faq:lm3886-faq

LM3886-FAQ

В последнее время все большую популярность у радиолюбителей приобретают интегральные микросхемы для построения усилителей мощности. Вызвано это многими причинами. В первую очередь это простота схемы, а следовательно и конструкции усилителя, и хорошее качество звучания, которое сопоставимо с большинством конструкций на дискретных элементах, но значительно проще в изготовлении. Но даже при кажущейся простоте остается ряд вопросов, с которыми сталкивается каждый новичок при изготовлении такого усилителя. Вот на основных моментах и тонкостях при создании такого усилителя и хочется остановиться. Прежде всего, выбор микросхемы – На рынке представлено огромное множество микросхем различных производителей. Рассмотрим усилитель на очень перспективной серии микросхем усилителей мощности серии Overture LM4780, которые пришли на замену отличной серии интегральных усилителей LM3886/7 от компании National Semiconductor.

Микросхема LM3886 относится к семейству Overture, разработанному фирмой National Semiconductor. С ее помощью можно получить 135 Вт допустимой мгновенной пиковой мощности. Гармонические искажения - не более 0,06% в диапазоне частот 20 Гц…20 кГц. Типичное подавление пульсаций напряжения питания составляет 120 дБ, поэтому конструкция сетевого блока также не представляет никаких проблем(кроме требований к монтажу). Отношение сигнал/шум - в звуковом диапазоне 98…120 дБ. Таким образом, с помощью этой ИМС можно достичь хорошего качества звуковоспроизведения.

ИМС имеет следующие системы защиты:

  • от перенапряжения;
  • от перегрузки (короткого замыкания выхода на «землю» или на питание);
  • от перегрева.

Микросхемы LM3886/4780 представляют собой монолитные (одночиповые) усилители мощности звуковой частоты с функцией Mute(временного отключения звука). На практике, многие радиолюбители делают усилители на микросхемах по упрощенной схемотехнике, невзирая на рекомендации производителей по подбору элементов и выбору схемы. А потом начинается куча вопросов… гудит, сгорает, хрюкает…. И так - на анализе типовой схемы включения, попробуем разобраться - что и для чего. Повторяю - это описание для новичков. Те, кто и «сами с усами», да еще и со знанием английского – изучать даташиты на микросхемы и общую теорию использования операционных усилителей в усилителях мощности звуковых частот.

Типовая схема включения

Это как раз и есть то, что советует производитель в варианте неинвертирующего усилителя.

Описание внешних компонентов по схеме.

КомпонентыФункциональное назначение
1RbЗащищает неинвертирующий вход усилителя по току. Этот импульс тока может пройти к нагрузке (через микросхему) в момент выключения системы, из-за низкого входного импеданса усилителя, когда внутренняя система защиты от пониженного напряжения питания выключена. Это явление происходит, когда V+ и V- ниже 1.5V.
2RiСопротивление в инвертирующем входе усилителя. Совместно с Rf, определяют коэффициент усиления по напряжению всего усилителя.
3RfРезистор обратной связи – соответственно вместе с Ri определяют коэффициент усиления.
4Rf2*Резистор обратной связи. Совместно с Cf и Rf создают фильтр НЧ, что ограничивает усиление на высоких частотах. Уровень -3dB достигается когда (Rf-Ri)/2=Rf/[1/(2пfcCf)+Rf2) для неинвертирующей схемы.
5 Cf*Компенсационный конденсатор. Вместе с Rf и Rf2 работает как фильтр среза высоких частот (напомню – гораздо выше звукового диапазона).
6Cc*Компенсационный конденсатор. Так же фильтрует входящий сигнал от высокочастотных помех. Ну, там скажем от люминесцентных ламп, прочих ВЧ преобразователей, а так же от ВЧ помех от включения холодильников, сварочных трансформаторов, сотовых телефонов и прочей бытовой техники. Все это обрезание сделано для того, чтобы защитить микросхему, и ее выходные каскады от « quasi-saturation oscillations» - если быть проще, то от самовозбуждения, выгорания или звона. Тоже не совсем обязательный элемент. Кроме того, к применению этого элемента стоит прибегать крайне осторожно, так как и он и Cf обладают малым внутренним сопротивлением на высоких частотах и неправильный выбор номинала может сильно обрезать ВЧ (будет ВЧ как в Веге 101). Но если усилитель «ловит» радио – то наличие этого конденсатора необходимо.
7Ci*Конденсатор, который увеличивает устойчивость удержания нуля по постоянке на выходе, а так же в комплекте с Ri образует ФВЧ с частотой среза на fc=1/(2πRiCi). Его бы сделать неполярным и низкоимпедансным и с малым коэффициентом абсорбции в общем хороший неполярный электролит.
8CsНу это просто конденсатор фильтра питания (но вот его номинал, тип и расположение на печатке и расположение дорожек на плате не так просто). В общих чертах, требования к установке этих конденсаторов очень просты - как можно ближе к выводам микросхемы, кроме того, желательно зашунтировать эти конденсаторы высокочастотными, что особенно полезно при эксплуатации усилителя на повышенных мощностях. Если основные конденсаторы блока питания соединены с микросхемой проводами, то имеет смысл дополнительно, непосредственно у выводов микросхем поставить электролитические конденсаторы емкостью не менее 1000 микрофарад и зашунтировать их высокочастотными керамическими или пленочными.
9RvРегулятор громкости
10RinЭтот резистор определяет входное сопротивление всего усилителя и совместно с Cin образует фильтр ФВЧ на входе усилителя с частотой среза fc=1/(2пRinCin). Если величина этого сопротивления Rin слишком велика, усилитель может и возбуждаться. Рекомендуемые значения от 10 кОм до 47 кОм. Эта цепочка необходима, так как некоторые радиолюбители любят пальцами тыкать на входы усилителя, когда к ним ничего не подключено.
11CinВходной конденсатор, или проходной – как хотите. Это защита усилителя от постоянного напряжения по входу. Кроме того, совместно с Rin образует фильтр ФВЧ, обрезающий супернизкие частоты, и предотвращает генерацию в выходных каскадах микросхемы, когда ко входам усилителя ничего не подключено. От качества именно этого конденсатора зависит звучание усилителя. В инвертирующей схеме, 1 мкФ можно раскошелиться и на импортный полипропиленовый. В неинвертирующей 3.3 мкФ будет достаточно.
12Rcn*Вместе с Csn образует фильтр среза ВЧ, для увеличения стабильности работы усилителя.
13Csn*Соответственно добавочка к элементу №12, частота среза fc=1/(2пRsnCsn).
14 15LR*Защита микросхемы от возбуждения при работе на высокоемкостную нагрузку (большая длина проводов и сложные фильтры в акустике, если очень грубо). Если не ставить - то влияние АС на работу усилителя может и не понравиться последнему, он возбудится. Резисторы МЛТ мощностью 2 Вт. Для изготовления выходной индуктивности L необходимо намотать 12 витков провода диаметром 0,5…0,6 мм с эмалевой изоляцией на трубку или карандаш такой же толщины, как и сопротивление. Затем в нее вставляется резистор - так, чтобы он нигде не прикасался к ней.
16RmРезистор в цепи Mute (источник тока 0,5 мA) для управления выхода MUTE Rm рассчитывается по формуле Rm < (VEE-2.6V)/I, где I > 0.5mA. ВНИМАНИНЕ!!!!! Если выход Mute не подключен через этот резистор к минусу питания, а висит в воздухе или на землю – то микросхема играть не будет – это самая распространенная ошибка начинающих.
22Сm* Этот конденсатор в цепи сигнала Mute определяет величину времени задержки подачи сигнала при включении усилителя.
23SiПереключатель Mute. Когда открыт или замкнут на GND, усилитель переходит в режиме Mute (полная тишина).
*- элементы, которые устанавливаются при необходимости.

Теперь рассмотрим столь популярный на западе вариант включения этих микросхем в инвертирующем включении Gain Clone. Чем лучше эта схема? Если в двух словах, как сказал производитель - меньше гармонических искажений. Почему – это уже читайте в трактате о применении операционных усилителей - там много сказано, в двух словах не получится.

Инвертирующая схема включения Gain Clone

Схема проще, вроде, но за кажущейся простотой, есть пара моментов. Единственное отличие элементов от классической схемы в неинвертирующем включении Rb= Rf*(Ri+Rin)/(Rf+Ri+Rin) .

В таком включении усилитель имеет довольно низкое входное сопротивление. Чем это плохо? Требуется дополнительный буфер, который разгрузит по току предварительный усилитель, так как суммарное входное сопротивление такой схемы будет маленьким.

Заграничные умельцы идут по пути увеличения номиналов Ri и Rf до значения 10 и 200 кОм соответственно. НО в таком варианте 0 по постоянке на выходе будет удерживаться нестабильно, а это ничего хорошего. А у Конкере есть печатная плата под инвертирующее включение с буфером на операционном усилителе и сервоконтролем по постоянке, дающим возможность обойтись без переходного конденсатора… но IMHO не знаю что хуже – Серво или переходной конденсатор - решайте каждый для себя.

Второй вариант - это буфер хоть на лампе, хоть на микросхеме, хоть на транзисторе, но это уже усложняет конструкцию. Кроме того, обратите внимание - инвертирующий вход микросхемы посажен не на землю, а через сопротивление Rb это делать обязательно - это и есть защита от сквозных токов при включении – выключении усилителя, когда напряжение питания микросхемы еще не достигло +-1,5 или уже опустилось до этих самых +-1,5 вольт.

Есть еще один момент, на котором хочется остановится подробнее в свете последних обсуждений на форуме (всем принявшим участие респект большой - делаю компиляцию обсуждения) . Дело в том, что индуктивная нагрузка в виде катушки динамика производит выброс энергии противо-ЭДС пропорционально подведенной мощности, но с противоположным направлением. Теоретически, этот импульс сливается через нулевое сопротивление выходного каскада на землю усилителя, НО особенно после клиппинга усилителя, эта заряженная током катушка индуктивности может дать выброс больше питания… и тогдже есть вероятность выжечь выходные транзисторы, так как можно вылететь за пределы параметров безопасной работы… (ОБР) и когда есть большая вероятность работы усилителя в режиме ограничения в выходном каскаде необходимо принять меры, чтобы слить этот всплеск разгрузив транзисторы выходного каскада. Для этого нужно использовать диоды параллельно выходным транзисторам с выхода на питание - для «слива» всплеска противо-ЭДС от катушки АС в цепи питания. Максимальный импульсный ток должен быть (для самого - пресамого и исключительно теоретического предельного случая) больше, чем Uпит(одно плечо)/Rн(активное), т.е. порядка максимум 10…15А. Такой импульсный ток обеспечивает практически любой диод на 1…2А среднего тока. Обратное напряжение диодов должно быть выше всего напряжения питания - т.е. суммарного для 2-х плеч.

Выходной каскад

На крутом фронте в момент закрытия верхнего транзистора через нижний защитный диод начинает течь ток и наоборот (самоиндукция, однако). Без диодов переход Э-К выходных транзисторов переполюсовывается. Диоды выполняют роль рекуперативных диодов в импульсных блоках питания, по аналогии. При индуктивной нагрузке эти диоды надо ставить без разговоров. Особо не рассуждая, когда и как они сработают. Такая нагрузка если вдруг сподобится что-то выплюнуть, то нас не спросит, и одного раза может быть достаточно. У диодов серии FR и подобных время обр. восст. довольно большое и открываются они с задержкой. Для полного спокойствия лучше поставить Шоттки на 1-2А/150-200В. Прямо с выходной клеммы на + и - питания. При этом, нужно зашунтировать электролиты питания высоковольтными пленочными конденсаторами. Сами банки для импульсных помех электрически дэвайс чуток «удаленный», ведь к ним хоть и не очень длинные, но еще какие-то провода идут со своей индуктивностью. Поэтому пленку (+ керамику, если религия позволяет) обязательно надо ставить на РСВ физически рядом возле каждого выходного транзистора. Не надо высоковольтные, на питание + запас некоторый. Также желательно непосредственно на выводы диодных мостов. А на сами банки можно и не ставить, хотя хуже от них не будет. По поводу пленочных кондеров - их нужно ставить обязательно прямо на выходные транзисторы. Тогда они хорошо работают - исключаются все сопротивления и индуктивности проводов и проводников печатки. Раньше в даташитах на мощные операционные усилители эти диоды не ленились рисовать – теперь не стали для упрощения себе жизни.

Второй малоосвещаемый момент - это охлаждение таких усилителей. Дело в том, что встроенная защита от перегрева и перегрузок по току работает даже слишком хорошо :-) и при недостаточном охлаждении многие пользователи с удивлением отмечают, что в АС начинают быть слышны или появляться потрескивания и хрипы :-) искажения… Это явление происходит в следствие недостаточно эффективного отвода тепла от микросхемы и в процессе работы таким вот образом подыгрывает система защиты. Чтобы этого избежать - нельзя экономить на площади радиатроров, и кроме того нужно позаботиться о хорошем тепловом контакте (при отсутствии гальванической связи) между микросхемой и радиатором.

  1. Можно сделать переходную пластину из меди толщиной 4-5 мм размером со спичечный коробок и положить изолирующую прокладку между пластиной и радиатором, а микросхему уже прикрепить напрямую к этой пластине через теплопроводную пасту типа КПТ8.
  2. Можно использовать теплопроводящие пластины на основе боросиликатной керамики.
  3. Слюду нужно расщеплять порядка до 20 микрон, чтобы она все еще была механически прочной, но при этом достаточно тонкой для хорошего теплоотвода - и смотреть чтобы не было механических вкраплений типа металлической стружки между микросхемой и радиатором.
  4. Можно выбрать микросхему с изолированным корпусом - тогда требования к изоляциям будут проще, но сама микросхема с таким корпусом не любит повышенных нагрузок так как потенциально с такой микросхемы отвести тепло труднее чем с металлической подложки кристалла даже с использованием слюдяных прокладок.

В последнее время на рынке похоже есть много поддельных микросхем произведенных в Китае - будьте осторожны при выборе поставщика. Требуйте наличия сертификата официального дилера, дистрибьютора или реселлера National Semiconductor, они скорее всего леваком торговать не будут. А левые микрухи и стоят в два раза дешевле чем отпускная цена за 1000 штук на сайте производителя.

Третий и очень важный момент - это разводка усилителя. Разводка собственно платы и компоновка платы, соединительных проводов и размещения всего блока питания в корпусе усилителя. Как ни странно, но именно на этом этапе построения собственного усилителя, многие получают проблемы с генерацией и шумами. Происходит это в следствие возникновения паразитных связей звукового тракта усилителя и внешних помех, либо наводок на внутренние цепи от собственных сигнальных цепей. Большинство проблем связано либо с неоптимально разведенной платой либо неправильной компоновкой либо плохой разводкой проводами. Возможны два видимых варианта таких помех. Высокочастотная генерация - ее не слышно на слух, чтобы ее увидеть - нужен осциллограф с частотой пропускания 7-10 мГц обычно при этом микросхема сильно греется даже на негромкой музыке. При соблюдении всех рекомендаций производителя по подбору компонентов схем, а не по упрощенной схемотехнике обычно такого не бывает. Второй вид искажения в виде низкочастотного фона 50-100 Гц в зависимости от типа примененного выпрямителя в усилителе или рядом стоящих приборах. Этот вид искажений характерен при неправильной разводке земель. Вот тут и начинаются танцы с бубнами, разводки земель звездами и прочие непонятные для новичков термины из радиолюбительской тематики радиочастотных направлений.

Попробуем определить общие требования к монтажу опять же не вдаваясь в тонкости разводки печатных плат, она ИЗНАЧАЛЬНО должна быть грамотно разведена. Ссылки на такой проект дам позже. Это конечно будет проект Дмитрия Андронникова со свойственной ему просто доведенной до безобразия правильности :-) выбора схемотехники и качества разводки платы. Но вернемся к концепции. На варианте одного Гаинклона с ламповым буфером, посмотрим ОСНОВНЫЕ принципы компоновки и соединения проводами.

Gain Clone с ламповым буфером

Это разводка для моноблоков, для плат с общим источником для двух каналов будут некоторые отличия, но непринципиальные.

Главное - центр соединения всех земель в усилителе - в точке соединения «земляных» выводов конденсаторов фильтра питания. Именно оттуда земляной провод к выходным клеммам усилителя на АС, оттуда же силовая земля для питания микросхемы, оттуда же и земляной провод к входным разъемам. Печатную плату опускаем - она и так должна быть хорошая, провода питания как можно короче и симметричнее. Если длина проводков больше 5-7см, то по возможности их свивают в косичку с земляным проводом, это снижает уровень наводок по питанию, которые будут наведены на земляные цепи или высокочувствительные цепи предварительного усиления. Если провода от конденсаторов к микросхеме достаточно длинные, то у выводов микросхем, нужно еще поставить небольшие фильтрующие конденсаторы по питанию. Толщина самих проводов 2.5мм сечения уже более чем достаточна для таких усилителей.

Что же касается блока питания и питания в целом, то опять же исходя из общего опыта, нужны хорошие электролитические конденсаторы (не стоит экономить на китайских подделках хорошие это Самсунг, Теапо, ну и все Епкосы, Панасоники и неподделные Ничиконы и Елны :-) ) 4700-10000 мкФ на плечо для одного канала. Диоды Шоттки или быстрые с мягким восстановлением на ток не менее 10 А и напряжение 100 В тоже вполне подойдут. Почему Шоттки или с мягким восстановлением? :-) А это уже не для новичков из темы звон переключения диодов :-) Мощные конденсаторы фильтра можно зашунтировать в параллель пленочными полипропиленовыми или полистироловыми конденсаторами.

И еще, нельзя использовать максимальное показанное в даташите напряжения питания - оно там указано БЕЗ подачи сигнала, так что напряжение питания нужно выбирать без фанатизма :) и реально выжать из одного маленького чипика все 56 ватт лучше не пробовать - сгорит, проверено. В остальном же и целом, эта микросхема прекрасно подходит для модернизации большинства Совковой аппаратуры мощностью 30-50 ватт, и построения мультимедийных усилителей для компьютера.

Отдельным моментом цепь Mute. Эта цепь как не странно влияет на качество звучания , и чтобы минимизировать влияние этой цепи на звук, лучше применить не стандартную цепь из резистора, с фильтром на электролите, а как это сделал Дмитрий Андронников в своем усилителе "выходного дня" с источником тока на полевом транзисторе, это наверное максимум чего можно добиться от этой LM3886 именно из-за проблем с цепью Mute и любят иностранные радиолюбители версию этой же микросхемы LM3875 и LM1875 без цепей Mute.

Есть еще один интересный момент – это использование Т-образной цепи ООС. Немного позже, добавлю информации о Т-образных ООС их особенностях и преимуществах-недостатках.

С уважением Виктор Голиков aka Gajdar

faq/lm3886-faq.txt · Последние изменения: 2017/03/01 17:36 (внешнее изменение)