Байки из микросхемы: усилитель звука LM1875: 8 ступеней (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Мне нравятся микросхемы-усилители - крошечные пакеты чистой звуковой мощности. С помощью всего лишь нескольких внешних компонентов, чистого источника питания и большого радиатора вы можете получить звук по-настоящему Hi-Fi, который не уступает сложным конструкциям на дискретных транзисторах.

Я более подробно остановился на преимуществах чип-усилителей в своем посвящении LM386 - это может быть хорошим началом. Здесь я сразу же расскажу, что делает LM1875 таким замечательным и как построить простую схему. Езжай, Доббин!

Шаг 1: поздоровайтесь с LM1875

LM1875 («восемнадцать семьдесят пять») - это монстр из микросхемы в очень скромном корпусе и еще один очень любимый чип в сообществе DIY-аудио. В официальном техническом описании (PDF) заявлена способность управлять 20 Вт при нагрузке 8 Ом при + -25 В и до 30 Вт с дополнительным + -5 В сока… и все это при менее 1% THD. И хотя это может быть редкостью, я могу подтвердить, что хвастовство в таблице данных соответствует действительности - эти цифры могут быть достигнуты довольно комфортно в реальности (при некотором здоровом охлаждении).

Шаг 2: распиновка

Корпус TO-220 всего с 5 контактами очень прост в подключении:

1 - отрицательный вход (-IN)

2 - Положительный вход (+ IN)

Стандартные входы операционного усилителя, с положительным входом, принимающим аудиосигнал, и отрицательным входом, подключенным к земле.

3 - Отрицательная подача (-Vee)

5 - Положительный источник питания (Vcc)

Здесь вы запитаете усилитель, в идеале с двойным питанием. Его также можно привести в действие от одного источника питания, связав контакт 3 с землей, однако производительность может снизиться.

4 - Выход

Здесь вы можете насладиться сладким, сладким усиленным сигналом.

Шаг 3: Схема и спецификация

Вот простая схема для одного канала - для стерео вам понадобятся два из них.

R1 и R2 - резисторы усиления, подключенные к инвертирующему входу усилителя. Значения 22 кОм и 1 кОм соответствуют усилению 23:

Усиление = 1 + (R1 / R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Чтобы изменить коэффициент усиления, просто замените R1 другим резистором в диапазоне кОм и вставьте его в формулу.

CIC1 - CIC4 - это развязывающие конденсаторы для LM1875. Конденсатор меньшего размера (100 нФ) отфильтровывает высокочастотный шум на шине питания, а конденсатор большего размера (220 мкФ) обеспечивает источник питания для сглаживания провалов в блоке питания. В производственной схеме эти колпачки должны быть размещены как можно ближе к входным контактам микросхемы. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с этой на удивление простой для понимания статьей Analog Devices о правильных методах развязки.

Точно так же C1, C2, R2 и R3 предназначены для фильтрации шума, а R5 действует как понижающий резистор, позволяя заземляться, если сигнал не подключен (уменьшение шума).

R6 и C3 образуют RC-цепь, фильтр, который удаляет радиочастоты из обратной связи в цепи и предотвращает возврат колебаний из динамика в усилитель.

_

Спецификация:

IC: LM1875

R1: 22 кОм

R2: 1 кОм

R3: 1 кОм

R4: 1 МОм

R5: 22 кОм

R6: 1 Ом, 1 Вт

C1: электролитический 10 мкФ (или предпочтительно полиэфирная / полипропиленовая пленка)

C2: 47 мкФ электролитический

C3: 220 нФ X7R / пленка

CIC1, CIC3: 220 мкФ электролитический

CIC2, CIC4: 100 нФ X7R / пленка

_

Вам понадобится способ подачи звука - я вытащил 3,5-мм разъем из старого устройства и сделал пролом, который подключается прямо к макетной плате, или вы можете отрубить голову от старого аудиокабеля 3,5 мм, вставить несколько разъемов на концы и соедините напрямую.

Кроме того, вам понадобятся обычные перемычки, провода, динамик / фиктивная нагрузка и блок питания - будет полезен приличный настольный блок питания переменного тока, который может обеспечить +/- 30 В.

Наконец-то - радиатор! Большинству микросхем класса A / B требуется значительное охлаждение, поэтому приобретите радиатор большего размера, чем вы думаете, который вам понадобится, и сохраните его для целей прототипирования.

Шаг 4: Сборка макета

Итак, вот мой макет …

… Но ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

Это не самая оптимальная компоновка - в идеале компоненты должны быть намного ближе друг к другу, и, в частности, развязывающие крышки расположены слишком далеко от выводов микросхемы. Однако я разложил его, чтобы было легче понять на фотографиях, и чтобы мой неудобный радиатор поместился. Результаты хороши для коротких периодов тестирования.

Я положил обе планки шины питания на одну сторону макета, чтобы оставить место вокруг ИС для радиатора. Это дает дополнительное преимущество, делая доступными специальные положительные, отрицательные и заземляющие шины, расположенные вдоль нижней части платы.

Шаг 5: не забудьте радиатор

Чтобы подготовить радиатор, сначала выровняйте его на плате и отметьте, где должно быть отверстие, чтобы прикрепить его к ИС. Затем просверлите отверстие и отшлифуйте всю контактную поверхность очень тонкой бумагой, пока поверхность не станет гладкой и глянцевой.

Затем нанесите каплю термопасты на контактную поверхность и поместите сверху изолирующую слюду с помощью пинцета - старайтесь не трогать слюду пальцами.

Наконец, используйте цилиндр (или «втулку»), гайку и болт, чтобы прикрепить чип к радиатору. Он должен быть достаточно тугим, чтобы ИС не могла вращаться вокруг болта, и не более плотно!

Наконец, дважды проверьте, что язычок микросхемы изолирован от радиатора, выполнив тест целостности с помощью мультиметра - с одним щупом на выступе радиатора, а другим на самом радиаторе. Нет гудка = хорошая работа!

Шаг 6: Проверьте это

Проверьте и еще раз проверьте надежность всех ваших соединений и убедитесь, что вы отправляете + и - напряжение на правильные шины. Установите источник питания примерно на + -10 В, отойдите и включите!

Если шокирующего выброса дыма не появляется, вероятно, у вас все получилось. Включите музыку и послушайте тестовую колонку. Если в вашем настольном блоке питания есть встроенный амперметр, вы можете увидеть, какой ток потребляет ваш усилитель в любой момент - попробуйте увеличить громкость, чтобы увидеть, как увеличивается потребление тока.

При низком напряжении вы, скорее всего, рано или поздно столкнетесь с клиппингом или другими формами искажения, а на более высокой громкости ваша музыка будет звучать довольно ужасно. Медленно увеличивайте напряжение - LM1875 справляется с + -25 В как чемпион, поэтому, если у вас хороший радиатор, не о чем беспокоиться.

Выходное напряжение

Я подключил выход к гигантской фиктивной нагрузке (резистор 300 Вт, 8 Ом) и оценил выход. С синусоидой 1 кГц при пике 810 мВ, LM1875 предложил мне респектабельный чистый пик 20,15 В (14,32 В RMS) на выходе - чуть выше нашего значения усиления.

Власть

Что касается чистой энергии, я делаю это…

Мощность RMS = Vrms ^ 2 / R = 14,32 ^ 2/8 = 25,63 Вт

… Чуть не 26 Вт! Совсем неплохо.

На этом этапе я хотел посмотреть, смогу ли я добраться до той мифической отметки LM1875 30 Вт, но сначала мне нужно было заменить радиатор на что-то более обнадеживающее …

Шаг 7: Медный монстр