LM3886. Опыт приготовления

Всё началось просто. Была очередная пятница, а за ней два выходных. Была микросхема LM3886 и остальные нужные детали. А ещё было желание что-то сотворить.
В результате вечер пятницы я потратил на разводку, травление и сверление платы. А утром в субботу усилитель спаял. Так что эту конструкцию можно смело назвать усилителем выходного дня.
А теперь по порядку…

↑ Выбор схемы

Ну, собственно, их не так и много, как могло бы показаться. Первая — как советует производитель. Без изысков: не инвертирующий усилитель, с достаточно высоким входным сопротивлением, но с использованием разделительных конденсаторов в сигнальных цепях и в цепи ООС. В большинстве случаев, кстати, их можно и не ставить. Всё зависит от конкретного корпуса микросхемы.

Однако, присутствие конденсатора, гарантирует Кус по постоянному току 1, и как следствие — очень малое постоянное смещающее напряжение на выходе усилителя. Чтобы устранить присутствие разделительных электролитических конденсаторов полностью, в сети распространена схема включения LM3886 инвертирующим усилителем с входным буфером на ОУ. Отсутствие разделительных конденсаторов в тракте передачи звука превращает схему в один большой усилитель постоянного тока (УПТ), с заданным К усиления. И как следствие — появление на выходе устройства постоянной составляющей.

Устранить смещение призвано другое устройство — интегратор. Его задача — отслеживать смещение постоянной составляющей на выходе и выработка «компенсирующего» напряжения подаваемого на вход усилителя. Таким образом, на выходе усилителя имеем постоянный нуль. Вроде всё хорошо, однако, на мой взгляд, подобное усложнение оправдано для достаточно мощных усилителей, с высокими питающими напряжениями и большими К усиления.

Мне же не требовались высокие мощности. К тому же, судя по «даташитам», после 50—60 Ватт у этой МС обозначался резкий рост Кгр. Так что мне требовались 30 Ватт, но, насколько возможно, качественных. Вследствие этого была выбрана схема, представленная на рисунке.

↑ Выбор элементов для УМЗЧ на LM3886

А дальше необходимо пару слов сказать о выборе элементов. Начнём с LM3886. Производитель гарантирует устойчивую работу этой МС с Кус. не менее 10. По этому зададимся сопротивлением R7, как определяющим входное сопротивление микросхемы. Я выбрал его номинал 3,3 кОма. Это компромисс между входным сопротивлением и шумами микросхемы, ведь с увеличением номиналов сопротивлений обратной связи, появляется вероятность и роста шумов. Кроме того, на большинство современных ОУ производитель нормирует параметры, задавшись сопротивлением нагрузки в 2 кОма.

В нашем случае нагрузкой ОУ (DA1) будет входное сопротивление LM3886, то — есть 3,3 кОма. Что предпологает некоторый «нагрузочный запас». Именно по этому, встречающиеся в сети схемы, где входное сопротивление равно 1кОму, ограничивает радиолюбителей в выборе операционных усилителей в качестве DA1. Исходя из заданного R7, определимся с R10.

Вывод № 8 LМ3886 производителем предназначен для реализации функции «mute», то есть отключения звука. Однако это управление осуществляется во входном дифкаскаде микросхемы, что, на мой взгляд, не очень корректно. По этому, подав на вход, постоянное напряжение, от функции «mute», я отказался.

Для включения микросхемы, достаточно замкнуть этот вывод на минусовую шину питания через сопротивление 10 — 15 кОм, Так, кстати, могут поступить те, кто не смог найти полевой транзистор. Однако, лучшие результаты даёт замена этого сопротивления генератором тока. Он может быть различным по конструкции, но на полевом транзисторе проще и достаточно эффективно.

Как уже отмечалось ранее, небольшое входное сопротивление усилителя накладывает некоторые ограничения в выборе ОУ, в качестве предварительных усилителей. Наиболее оптимальным (в смысле цена — качество), на мой взгляд, стал NE5534. Этот ОУ, работает с достаточно низкими искажениями на малых сопротивлениях нагрузки, обладая, между тем, превосходными характеристиками.

Можно найти и лучшие микросхемы, однако они и трудно доступны (по крайней мере, у меня в городе), и значительно дороже. Желающим поэкспериментировать, можно посоветовать ОРА134 (ОРА2134), МС33078, ОРА2604, AD825. Необходимо учитывать, что некоторые из перечисленных ОУ являются сдвоенными.

Лично я, в целях чистоты эксперимента, устанавливал в усилитель следующие ОУ: NE5534, LM 318, TL 071, TL081, К574УД1А, К140УД25, К544УД1, К140УД18, К140УД8 и даже К140УД7. Все перечисленные ОУ работали, однако при использовании «советских» приборов на выходе увеличивался «сдвиг» постоянной составляющей на выходе. Так что при использовании наших ОУ желательно устанавливать цепи балансировки «0». Мне понравились два ОУ — NE5534, LM318. Долго думал, решил остановиться на первой.

↑ Назначение некоторых элементов схемы УМЗЧ

Установленные стабилитроны VD1 и VD2 призваны обеспечить питанием операционный усилитель, поэтому необходимо выбрать их исходя из потребляемого тока ОУ и напряжения питания. Подавляющее большинство операционников вполне работоспособны в диапазоне ±10...15 Вольт.
Если нет возможности найти стабилитроны на 15 Вольт (зенеры 15V0), можно поставить и другие в указанном диапазоне. Помните только, что устанавливаются они попарно. На схеме стабилитроны зашунтированы «спаркой» конденсаторов.
В качестве электролитов можно взять любые электролитические конденсаторы ёмкостью от 47 до 100 мФ с рекомендованным напряжением не менее 16 В. В качестве неэлектролитических конденсаторов можно поставить любые, в диапазоне емкостей от 0,047 до 0,22 мФ.

Резистор R4 определяет входное сопротивление DA1. Слишком увеличивать его не стоит, необходимо помнить, что собственное дифференциальное входное сопротивление NE5534 составляет около 300 кОм. Разумеется, при использовании других ОУ входное сопротивление можно немного увеличить. Цепочка R2C1 является простейшим фильтром, ограничивающим попадание ВЧ помех на вход усилителя, и тем самым защищает усилитель от возможной перегрузки и возбуждения, повышая устойчивость схемы. Конденсатор, отмеченный звёздочкой (параллельно R5), можно и не устанавливать. Его назначение — повышение устойчивости DA1 на высоких частотах. Если ОУ устойчив и без него, то от конденсатора можем отказаться.

R1 — регулятор чувствительности усилителя. Его вполне можно заменить обычным регулятором громкости.

RL — фильтр, установленный на выходе LM3886, повышает устойчивость микросхемы при работе на комплексную нагрузку (провода, фильтры АС, динамики). В сети ходят слухи, что эти элементы плохо влияют на звук. Я эти мнения не разделяю. А вот возможная генерация микросхемы, при отсутствии этих элементов, уж точно ничего хорошего в звук не принесёт.

Для этих же целей служит и цепочка Цобеля (R13C8). Индуктивность изготовлена из покрытого эмалью провода диаметром 0,4 — 0,8 мм. Многие радиолюбители мотают её на резистор R12. Я же установил её рядом, намотав на оправке 5 мм. Количество витков — 20. Резистор R12 — одноваттный, резистор R13 — полуваттный.

Мощность остальных сопротивлений не критична. Можно применять хоть SMD компоненты. В моём случае все оставшиеся резисторы 0,125 Ватт. Конденсатор С8 желательно применить с допустимым напряжением 250 — 400 Вольт. В качестве С2 рекомендуется применить неполярный конденсатор с максимально возможным качеством. В сети много рекомендаций по выбору конденсаторов, пусть каждый решает сам.

↑ Первое включение

Первое включение усилителя было произведено с лампочкой в нагрузке (всё — таки черт его знает). Как ни странно, но усилитель молчал. Оказалось, неприятности с цепью «mute». Заменив временно «полевик» резистором 15кОм, снова включил усилитель. Все заработало.

Установив полевой транзистор на место включил снова — всё работает. Ну что, ситуация порадовала. Не часто бывает, что бы вот так, почти с первого раза, всё работает. Отключаем, берём всё в охапку и несём поближе к CD — плееру и колонкам. Приступаем к прослушиванию.

↑ Прослушивание

Надеюсь никто не ждёт от меня попыток словами передать музыку? Вот и хорошо. Скажу только что звук довольно честный, никаких дисбалансов в сторону ни ВЧ ни НЧ замечено не было. А уж, заметных на слух искажений, тем более. В общем пусть каждый, кто хочет, собирает и слушает.





Я же, решил проверить как работает защита этой микросхемы от перегрева. Для этого микросхема была закреплена на транзисторном радиаторе с поверхностью контакта чуть больше чем фланец самой микросхемы. В режиме молчания микросхема нагрелась до температуры 48 — 50С. При работе на среднем уровне громкости (комната 3,3×6м) температура поднялась до 52С.

После чего было решено «спалить» микросхему. Для этого я вывернул регулятор громкости «на полную» и пошёл продолжать ремонт в другой комнате. С 10 утра до 7 вечера микруха «оттопырилась по полной», озвучивая все три комнаты, однако никакого ухудшения качества звука замечено не было. Радиатор нагрелся до температуры в 93С. В общем моё испытание на надёжность эта микросхема прошла. После чего была «посажена» с применением термопасты на радиатор нормальных размеров и продолжила радовать хозяина (то есть меня).

Интересно было сравнение, в плане нагрева, микросхемы LM3886 с её «заклятым» другом TDA7294. Вторая, в режиме молчания, имела у меня температуру немного ниже (около 40—42С). Видимо объясняется это особенностями построения выходных каскадов микросхем.
Несмотря на достаточно сильный нагрев корпуса, микросхема LM3886 вполне работоспособна с пассивными радиаторами. Однако применение принудительного обдува не помешает.

↑ Фон

Ещё небольшое замечание по поводу сетевого фона. Я уже говорил, что на самой плате усилителя, в питании, установлены электролитические конденсаторы достаточно большой ёмкости — по 4700 мФ в каждом плече. Однако при подключении выводов питания усилителя непосредственно к соответствующим выводам диодного моста, фон в АС прослушивался, хоть и не значительный.
После установки к выводам диодного моста дополнительных электролитов по 10 000 мФ в каждое плечо фон практически исчез.

Кроме того, был сделан вывод, что микросхема «прощает» ошибки монтажа блока питания, поскольку у меня в БП было «накуралесено»… И конденсаторы больших емкостей висели на тонюсеньких проводках.

Однако, я не призываю к наплевательскому отношению в проектировании этого устройства, и, всё же, советую отнестись к организации блока питания с должным вниманием.

↑ Печатная плата

К сожалению, я не пользуюсь специальными программами. Платы я развожу сначала на бумаге, а точнее на координатной ленте или «миллиметровке». Затем всё переношу на стеклотекстолит. Дорожки рисую битумным лаком либо цапон-лаком. Поэтому могу привести только фотографии самой платы и схемы её разводки на бумаге. А дальше уж дело вашего творчества.







— Точки помеченные буквами «А» предназначены для соединения перемычкой, если не получится провести дорожку по внешней стороне выводов микросхемы, либо она протравится.
— заштрихованная область — масса (земля). Делается, по возможности, чем шире тем лучше.
— дорожки соединяющие вход питания (+ и -), соответствующие выводы емкостей питания и выводы «1», «5» и «4» микросхемы, так же делаются по возможности шире.
— дорожка, соединяющая выход микросхемы «3» с резистором и индуктивностью, узкими делать не советую. В крайнем случае, можно пропаять её по всей длине лужёным медным проводом.
— в плате предусмотрена возможность установки полевых транзисторов КП364, КП303, и, при желании, резистора (нарисован пунктиром) на выбор.

Вроде бы и всё. У кого есть вопросы — пишите в комменты.

Успехов в творчестве.
С уважением, Юра Зотов.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации