Hi-Fi аудиоплеер на базе миникомпьютера «Raspberry Pi». Часть 4. Усилитель мощности на LM3886

Всем привет камрадам! История продолжается.
Сегодня у нас: усилитель мощности, мягкий старт, блок питания для усилителя мощности.

↑ Усилитель мощности LM3886

Когда-то я делал усилитель на микросхеме TDA7294, теперь пришло время послушать LM3886. Схема классическая, неинвертирующая. Выполнил некоторые общеизвестные рекомендации. Конденсатор C3 — фильтр от высокочастотных помех. R6 — защищает неинвертирующий вход в момент выключения системы (когда внутренняя система защиты от пониженного напряжения питания выключена, есть вероятность выхода микросхемы из строя). Диоды D1 и D2 защищают выходной каскад от ЭДС индуктивной нагрузки. Конденсаторы С5 — С8 лучше ставить с бОльшей ёмкостью, но у меня критически не хватало места, и я поставил всего лишь 200 мкФ.

Я взял на себя смелость и изменил коэффициент усиления схемы в сторону уменьшения (21 → 11). Говорят, с его уменьшением растет вероятность самовозбуждения усилителя, но у меня все хорошо даже без цепочки R9-R10-C9. Я её так и не подключил. И без нее все вроде отлично, по крайней мере, на слух. Дело в том, что при данном коэффициенте усиления и при уровне громкости 0 dB (значение регулятора громкости), получается максимальная неискаженная выходная мощность 2×45 Ватт (синус на резисторах в качестве нагрузки). См. осциллограммы в разделе «Измерения».

Если громче, то попадаем в клиппинг. Исключить клиппинг — это, пожалуй, самый простой шаг в сторону качественного звучания системы. Можно изменить коэффициент усиления усилителя, поставив делитель на входе усилителя мощности. Можно было ограничить уровень сигнала в самом регуляторе громкости (занизить максимально возможную громкость программно в параметрах). Здесь каждый решает сам, как лучше.

Входной сигнал «MUTE» используем для исключения различных переходных процессов при включении и выключении плеера. Чтобы усилитель включить, нужно через резистор соединить 7-й вывод микросхемы с отрицательным источником напряжения и обеспечить ток хотя бы 1 мА. Неудобно по сравнению с TDA7294. Оптрон так и просился в схему. Напряжение 5V на разъём X2 придет с платы плавного пуска усилителя — см. рисунок 3.

↑ Блок питания УЗМЧ

Обычно для первых запусков своих конструкций (усилителей, блоков питания) радиолюбители включают последовательно лампочку, чтобы ничего не стрельнуло в случае ошибок. Как-то раз я подумал — почему бы не оставить лампочку в устройстве навсегда. Только, естественно, лампочка должна быть маленькая, галогенная подойдет в самый раз.


В моем предыдущем самодельном усилителе на TDA7294 я успешно обкатал схему плавного пуска на галогенной лампочке. Мне она так понравилась, что я решил применить ее вновь. Сразу отмечу, что лампочка со временем не перегорает, но при отсутствии аварийных ситуаций, все же, менее надежна, чем резистор.
Когда у меня вылетели TDA7294 (вероятно от статики), я понял, что данное решение работает ещё и как защита от короткого замыкания. Колонки при аварии не пострадали.

Суть схемы проста: балласт (лампочку) шунтируем, когда напряжения на выходных конденсаторах будут в норме (>27V). И наоборот – если устроить КЗ, то лампочка снова включается в цепь первичной обмотки трансформатора.

На каждое плечо БП установлена схема-компаратор на основе TL431. Оптрон OP1 обеспечивает небольшой гистерезис (меньше 15V — авария), OP2 — для удобства суммирования сигналов с 4–х плеч.

Схема начинает работать сразу после включения 5-вольтового блока питания аудиоплеера. Напряжение 5V подается на разъём X2, после чего реле К1 включает трансформатор через лампочку. После заряда конденсаторов на разъём X3 приходит сигнал, который выключает К1 и включает К2. Всё, плавный пуск завершен. Через некоторое время (задается цепочкой R2-C4) на разъёме X7 имеем 5V, которые открывают оптроны OP1 в усилителях мощности. При выключении аудиоплеера 5V на разъёме X2 исчезают и оба реле выключаются из-за отсутствия на них питания. Трансформатор полностью отключен!

Для снижения тепловой нагрузки на диоды — на каждый канал усилителя установлен отдельный выпрямитель.

↑ Реализация. Фотки

Трансформатор мотал сам. Когда-то сохранил, не выбросил, сгоревший буржуйский трансформатор, железо в нём шикарное. Каркас сделал из стеклотекстолита, окно получилось больше, чем с родным каркасом. Каждый слой всех обмоток отдельно пропитан обмоточным лаком и индивидуально высушен в печке при 100°С.




Платы теперь я покрываю акриловым лаком PLASTIK 71. Платы, покрытые лаком, выглядят изумительно, рекомендую.







Плата усилителя получилась на редкость извращенной, всё это из-за дефицита места в корпусе. Пришлось загибать выводы микросхемы и делать плату двусторонней. Платы левого и правого канала немного различаются, некоторые компоненты пришлось сдвинуть, так как упирались в плату плавного пуска.


Выходные разъёмы выполнены из старых мощных советских (военных) разъёмов, точнее из их штырьков (папа/мама).

↑ Измерения УМЗЧ

Все измерения сделаны осциллографом при нагруженных каналах на резистивную нагрузку 7,8 Ом. Цель – определить максимальную мощность при данном блоке питания.




Интересно, насколько просядет напряжение питания под максимальной нагрузкой. Напомню, что во время измерения, трансформатор у меня будет нагружен двумя каналами, а измерения питания получаются на диодном мосту одного канала, так как у меня для каждого усилителя свой диодный мост.



Напряжение просело на 3,6 V. Между максимальным выходным значением синуса и напряжением питания около 3 V. Можно было конечно сделать ещё чуть громче, но дальше начинается клиппинг.


Пульсации не больше 1 V, наблюдается небольшая модуляция 1 КГц (тестовый сигнал 1 КГц).



На рисунке 17 долгожданные синусы 1 КГц, 2×45 Вт. (45 = 18.8×18.8 / 7.8)


Не помешает посмотреть спектр, к ПК подключать лень, надо делать делитель. Глянем осциллографом да и всё. См. рисунок 19.

В качестве спектроанализатора 8-битный осциллограф уступает звуковой карте. Но, по крайней мере, в диапазоне 60 dB катастрофы не случилось и слава Богу.

↑ Файлы

🎁 Архив файлов по статье — files.zip  93.77 Kb ⇣ 100

↑ Заключение

Теперь звуковой тракт полностью закончен. Откинувшись на спинку кресла, я слушаю свой плеер. Звучанием очень доволен. Слушаю на колонках 50АС-106. Чип LM3886 мне понравился больше TDA7294.
Осталось совсем немного: малость дописать код, да написать статейку о самом плеере. :bye:
Всем пока. С наступающим Новым 2018-м годом!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации