LM3875: универсальный усилитель мощности звуковой частоты для DIY-проектов — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое микросхема LM3875 и почему она так популярна среди аудиофилов. Каковы основные характеристики и преимущества этого усилителя мощности. Как собрать качественный усилитель на LM3875 своими руками. На что обратить внимание при проектировании и сборке схемы.

Содержание

Особенности и характеристики микросхемы LM3875

LM3875 — это высокоэффективная микросхема усилителя мощности звуковой частоты, разработанная компанией National Semiconductor (ныне Texas Instruments). Она обладает рядом важных преимуществ:

Выходная мощность до 56 Вт на 8 Ом или 100 Вт на 4 Ом
Низкий уровень искажений — менее 0.1% при полной мощности
Широкий диапазон рабочих напряжений питания
Встроенная защита от перегрева и КЗ на выходе
Возможность работы на сложную нагрузку
Компактные размеры корпуса TO-220

Благодаря этим качествам LM3875 стала чрезвычайно популярной среди аудиофилов и разработчиков DIY-усилителей. Особенно часто ее используют для сборки так называемых Gainclone — простых и качественных усилителей по мотивам коммерческого усилителя 47 Labs Gaincard.

Схемотехника усилителя на LM3875

Типовая схема усилителя на LM3875 довольно проста и содержит минимум дополнительных компонентов. Основные элементы:

Сама микросхема LM3875
Резисторы обратной связи для задания коэффициента усиления
Входной разделительный конденсатор
Выходной LC-фильтр
Электролитические конденсаторы в цепях питания

При проектировании важно обеспечить правильное заземление и разводку печатной платы для минимизации наводок и искажений. Также необходимо предусмотреть качественный теплоотвод для микросхемы.

Блок питания для усилителя на LM3875

Правильный выбор блока питания критически важен для получения максимального качества звука. Основные рекомендации:

Использовать тороидальный трансформатор мощностью 150-300 ВА

Напряжение вторичных обмоток 15-18 В переменного тока
Быстрые диоды или диодные мосты в выпрямителе
Качественные электролитические конденсаторы большой емкости
Раздельное питание для каждого канала

Правильно спроектированный блок питания обеспечит стабильную работу усилителя и позволит раскрыть все его возможности.

Особенности конструкции корпуса

При проектировании корпуса усилителя на LM3875 следует учитывать несколько важных моментов:

Обеспечить хорошую вентиляцию для отвода тепла
Разместить трансформатор подальше от сигнальных цепей
Использовать толстые проводники для силовых цепей
Применить экранирование чувствительных участков
Предусмотреть жесткое крепление печатной платы

Грамотная компоновка позволит минимизировать наводки и обеспечит стабильную работу усилителя даже на высокой мощности.

Настройка и проверка работы усилителя

После сборки усилитель необходимо тщательно проверить и настроить. Основные этапы:

Проверка отсутствия КЗ и правильности монтажа
Измерение напряжений питания
Проверка смещения выходного каскада
Измерение коэффициента усиления и АЧХ
Проверка работы на различных уровнях мощности
Тестирование защиты от перегрузки

Только после тщательной настройки и проверки усилитель будет готов к использованию.

Типичные ошибки при сборке

При самостоятельной сборке усилителя на LM3875 начинающие конструкторы часто допускают некоторые ошибки:

Неправильная организация заземления
Использование некачественных компонентов
Ошибки в разводке печатной платы
Недостаточный теплоотвод
Слабый источник питания

Внимательность при проектировании и сборке, а также использование качественных комплектующих помогут избежать этих проблем и получить отличный результат.

Возможности модификации и улучшения

Базовая схема усилителя на LM3875 оставляет широкий простор для экспериментов и модификаций:

Применение аудиофильских конденсаторов и резисторов
Использование более мощного блока питания
Добавление входного буферного каскада
Экспериментирование с различными выходными фильтрами
Реализация мостового включения для увеличения мощности

Модификации позволяют адаптировать усилитель под конкретные задачи и получить максимальное качество звучания.

Сравнение с другими микросхемами усилителей

LM3875 часто сравнивают с другими популярными микросхемами усилителей мощности:

LM3886 — более мощная версия, до 68 Вт на 4 Ом
TDA7294 — до 100 Вт, но выше уровень искажений
LM4780 — двухканальная версия LM3886
TPA3116 — цифровой усилитель класса D, до 100 Вт

У каждой микросхемы есть свои преимущества, но LM3875 остается одним из лучших вариантов по соотношению качества, простоты и стоимости.

Преимущества LM3875 перед другими микросхемами

Среди ключевых достоинств LM3875 можно выделить:

Низкий уровень искажений во всем диапазоне мощностей
Хорошая линейность и широкая полоса пропускания
Стабильная работа на сложную нагрузку
Простая схема включения
Доступность и невысокая стоимость

Благодаря этим качествам LM3875 позволяет собрать действительно высококлассный усилитель с минимальными затратами.

Недостатки LM3875

Несмотря на все достоинства, у LM3875 есть и некоторые недостатки:

Относительно невысокая выходная мощность
Необходимость хорошего теплоотвода
Чувствительность к качеству монтажа и компонентов
Возможность самовозбуждения при неправильной разводке платы

Однако при грамотном проектировании эти недостатки легко преодолеваются, и усилитель демонстрирует отличные характеристики.

Отзывы и мнения аудиофилов

Усилители на базе LM3875 заслужили отличную репутацию среди любителей качественного звука. Вот некоторые типичные отзывы:

«Невероятно чистый и детальный звук за свои деньги»
«Отличная динамика и контроль баса»
«Нейтральное звучание без окраски»
«Прекрасно работает с любыми колонками»
«Лучший усилитель для начинающих DIY-аудиофилов»

Конечно, встречаются и критические мнения, но в целом большинство пользователей высоко оценивают качество звучания усилителей на LM3875.

RJM Audio — LM3875, неинвертирующий Gainclone

Введение : Справочная информация: Примечания по строительству

Введение

Модель 4706 Gaincard от 47 Laboratories представляет собой 25-ваттный стереоусилитель размером с видеокассету, работающий от большого внешнего источника питания. В этом усилителе используется мощный операционный усилитель и минимум деталей, соединенных кратчайшим возможным путем прохождения сигнала, особенно контуром обратной связи. Справочная информация:

Домашняя страница 47 лабораторий
Страница Gaincard
Дизайнер Gaincard Джунджи Кимура рассказывает об операционных усилителях.

Карта Gaincard Дзюндзи Кимуры привлекла внимание многих, особенно в сообществе DIY. С тех пор, как это началось, мощные операционные усилители стали основной частью сцены DIY с десятками различных схем и сотнями, если не тысячами сборщиков по всему миру.

Сделай сам ИС мощного операционного усилителя можно найти на форуме Chip Amps на сайте diyAudio. com.

Эта страница восходит к началу, когда Gaincard была буквально черным ящиком. Показанная здесь неинвертирующая схема является, к лучшему или к худшему, наиболее точным воспроизведением оригинальной карты Gaincard, учитывая то, что было известно о ней тогда.

Top

Исходная информация

Некоторые вещи, которые мы знаем наверняка:

Информация с веб-сайта 47 Labs:

Наименьшее количество деталей в мире — 9 частей на канал (без аттенюаторов)
Самая короткая в мире длина прохода сигнала — 32 мм (включая длину деталей)
Самая короткая в мире длина петли NFB — 9 мм (включая длину резистора)
Самый маленький в мире фильтр/конденсатор — 1000 мкФ (версия 50 Вт — 2200 мкФ)
Мощное регулирование напряжения с помощью трансформатора большой мощности — трансформатор с разрезным сердечником 170 ВА ± отдельные катушки
Двойная моно конструкция с каждым каналом в отдельном шасси.
Жесткая и компактная алюминиевая конструкция шасси для выпуска колебания плавно.

Отдельные 12-позиционные аттенюаторы для каждого канала.
Может быть преобразован в пару полноценных моноусилителей путем добавления еще одной модели 4700 Power Humpty.

Из обзоров:

Усиление = 27 дБ (22x) [слушатель] или 30 дБ (32x) [стереофил]
Входное сопротивление = 22 кОм [47 Labs] или 15-35 кОм, переменное [Stereophile]
Цепь неинвертирующая, выходное сопротивление менее 0,1 Ом.
Шумоглушитель лестничного типа. (Из стереофила Z _{в данных}.)

Прочие подробности до сих пор остаются неофициальными:

Шнур питания с четырехконтактным разъемом Molex, по одному на канал.
Выключатель звука — механический выключатель выхода.
Везде используются угольные резисторы.
Используется микросхема LM3875.
Четыре диода FE5D используются для выпрямления.

Остальное — простой вывод. Спецификации для LM3875 и его младшего брата LM1875 очень информативны.

Папка продукта LM3875 и техническое описание LM 3875 в формате .pdf.

Папка продукта LM1875 и техническое описание LM 1875 в формате .pdf.

Типичная работа, из таблицы данных LM1875:

Обратите внимание, что на этой странице я буду использовать нумерацию компонентов, используемую здесь, поэтому при необходимости обращайтесь к этой схеме.

Понятно, что Кимура снял пленочные перепускные колпачки C3 и C4, а R1 в цепи будет заменен ступенчатым аттенюатором. C2, скорее всего, также отсутствует. Это дает указанную схему из девяти частей. Чтобы соответствовать тому, что известно о Gaincard C6 и C7, его следует увеличить до 1000 мкФ, а R3 уменьшить примерно до 680 Ом, и, наконец, LM1875 заменить на более крупного и более производительного родственника LM3875. Этот результат показан ниже:

Заземление имеет решающее значение. Выходной сигнал не должен пересекаться с инвертирующим входным заземляющим трактом. Я рекомендую бинарную звезду заземления следующим образом: определены две точки заземления, основание R2 является сигнальной землей S и основание R3 заземление питания P . Соедините вместе все заземления S и все заземления P вместе, а затем соедините два заземления одним проводом. (Примечание. Заземление входа RCA может быть подключено к основанию аттенюатора, а не к R2.) Корпус можно оставить плавающим или прикрепить к сигнальной земле. Чипы должны быть хорошо отведены от радиатора, но электрически изолированы от радиатора. Существует изолированная версия LM3875 (LM3875TF), которая позволяет легко это сделать.

Фактический макет печатной платы может быть примерно таким:

На первый взгляд может показаться некрасивым, но на самом деле он очень умный и компактный. R4 припаян непосредственно между выводами микросхемы, которая сама спрятана под платой вместе с R2 и R5. Все конденсаторы и R3 находятся на верхней стороне. Все неиспользуемые штифты отрезаются, кроме штифта 11, который сохраняется для механической прочности.

Рекомендуемые компоненты: (Все резисторы 1/4 Вт из углеродной пленки, R4 может быть 1/4 Вт или 1/8 Вт и припаивается непосредственно к выводам LM3875.)

R1	**	C1	4.7 µF / 50V Black Gate N series
R2	22k	C5	0.22 µF / 63V WIMA MKS
R3	680R	C6	1000 мкф / 25V Объединенная Chemicon LXV или аналогичный низкий импеданс тип
R4	22K	CIMIC		22K / 25В.0127	R5	1R	U1	LM3875T
** Шумоглушитель для 12-ступенчатой лестницы, применение 22к, 4к7, 2к2, 1к5, 1к, 680р, 470р, 330р, 220р, 150р, 68р, 33р. Можно заменить потенциометром громкости на 50 кОм.

Блок питания очень прост. Трансформатор, только диоды. Конденсаторов фильтра нет. Трансформатор должен иметь номинальную мощность около 150–300 ВА и быть тороидальным, R- или C-образным сердечником с двойной вторичной обмоткой на 16 В переменного тока. Это обеспечит 25 Вт на канал с LM3875. Также можно успешно использовать вторичные цепи на 12 или 15 В переменного тока. Диоды должны быть рассчитаны не менее чем на 5А. Я предпочитаю два мостовых выпрямителя, но можно заменить одним мостом или четырьмя отдельными диодами с мягким восстановлением. Используйте предохранитель на 0,5 или 1 А. При желании для каждого канала можно использовать отдельные источники питания.

Ниже представлена рекомендуемая схема блока питания:

Верх

Примечания по конструкции

Я начал с создания прототипа, используя микросхему LM1875 с обычными многослойными трансформаторами EI. Загудели трансформаторы и усилители. У меня никогда не получалось, чтобы комбинация работала чисто.

В следующей сборке использовался чип LM3875. И усилитель, и внешний источник питания были заключены в литые алюминиевые коробки Hammond серии 1590. Торроид мощностью 160 ВА с двумя вторичными цепями по 12 В и электростатическим экраном от Plitron обеспечивал питание. Двойные мостовые выпрямители, как показано выше.

C1 должен быть включен для защиты ваших динамиков, но может быть опущен, если вы знаете, что компоненты вашего источника не связаны по постоянному току на выходе. После сравнения серии Black Gate N на 4,7 мкФ с куском прямого провода я предпочел звук с включенным Black Gate и без колебаний рекомендую эту часть. Обратите внимание, что C1 должен быть неполярным.

Если вы все сделаете правильно, усилитель будет работать совершенно тихо, но с заземлением могут возникнуть проблемы.

Я довольно точно следовал за Gaincard в использовании переключателей отключения звука, аттенюатора и выборе того же усиления и входного импеданса. У меня также почти такая же короткая длина пути прохождения сигнала и контура обратной связи, последний получен путем припайки R4 непосредственно к выводам микросхемы.

Я использовал резисторы из углеродной пленки для R2-R4, металлическую пленку для R1 и оксид металла для R5. Из своего опыта я пришел к выводу, что углеродная пленка является правильным выбором для R2-R4, углеродная композиция AB звучала слишком шумно и нечетко, оксид металла слишком зернистый, и (из другой схемы) металлическая пленка слишком металлическая и яркая. Для R1 и R5 я не уверен. Но в целом конденсаторы больше повлияли на звук, чем резисторы, диоды больше, чем конденсаторы, и больше всего трансформатор.

При заданной емкости источник питания с более низким напряжением дает более мягкий и расслабленный звук. Как правило, чем ниже импеданс ваших динамиков, тем ниже должно быть напряжение. В любом случае, для конденсаторов емкостью 1000 мкФ и 4-омных динамиков мне больше всего понравились вторичные цепи 12 В (±17 В постоянного тока), но для некоторых людей они могут быть слишком мягкими. 15 или 16 В переменного тока должно подойти практически всем.

Я попытался заменить два мостовых выпрямителя на 50 А на 4 дискретных диода. Я пробовал и Шоттки, и сверхбыстрые, рассчитанные на 3 или 5 ампер. Я предпочитал два больших бриджа, которые звучали более открыто и мощно, но и здесь явно есть место для экспериментов. Типы мягкого восстановления, вероятно, лучший выбор.

Этот усилитель компактен, отлично выглядит, отлично звучит, имеет несколько десятков ватт чистой мощности на канал и рассеивает всего 2,5 Вт в режиме ожидания. Общая стоимость деталей составляет менее 200 долларов США, даже если вам придется купить корпус и трансформатор. И это простой (и безопасный) проект для сборки. Короче, никаких оправданий. Построй сегодня!

rjm003.geo на yahoo.com

«Зверь» — комплект усилителя на микросхеме LM3875 (Gainclone)

Брюс Херан

Делиться

Самодельный усилитель на микросхеме LM3875 (Gainclone)

The Beast — это усилитель на микросхеме LM3875, собранный из популярного набора микросхем. Мне трудно угодить, и я всегда ищу новые вещи, которые можно попробовать в аудио. Если это связано с проектом DIY, тем лучше. Марк и Джио некоторое время хотели, чтобы я попробовал чипамп. Мне действительно больше не нужны были усилители, а фактор семейного беспокойства рос! Моя коллекция аппаратуры превышает размер моей комнаты для прослушивания, а случайные детали разбросаны по всему дому. Если вы ознакомились с другими проектами на сайте, то увидите, что модифицированный К-12 — мой основной серьезный усилитель для прослушивания. Он делает то, что я прошу, и даже больше. Но, тем не менее, я сделал рывок и вторгся на новую территорию. Когда я начинал, я действительно понятия не имел, куда все идет. Но я полагал, что если оно того стоит, то должно быть сделано хорошо. Мой первоначальный план состоял в том, чтобы создать чип-усилитель с твердотельным или ламповым буфером. Я действительно купил запчасти. Но, будучи немного консервативным парнем (в переводе, я люблю делать все дешево, если могу), я не смог найти подходящий корпус для проекта. У меня было много маленьких вольеров, но не было достаточно больших. Отбросьте эту идею. Поэтому я пошел дальше и построил усилитель на микросхеме без буфера. Я использовал комплект усилителя LM3875 (не инвертирующий), доступный на сайте AudioSector.com. Хорошие печатные платы (PCB), детали хорошего качества по хорошей цене (спасибо Peter Daniels). У меня был подходящий трансформатор, который не попал в другой проект, так что поехали.

Дополнительную информацию о комплектах микросхем LM3875 можно найти в Руководстве пользователя для неинвертированного комплекта LM3875 — (PDF, 1 МБ). Схема неинвертирующего усилителя усиления/чипа показана на рисунке 1 ниже.

Рис. 1. Схема усилителя микросхемы LM3875 (Gainclone)

Фото 1: Красавица и чудовище — ламповый предусилитель 12AX7 и усилитель LM3875 Chipamp

Тестовая сборка — усилитель на микросхеме LM3875 (Gainclone) своими руками

Первая версия (к счастью, без фото, так как это было бы слишком неловко) представляла собой набор деталей, разложенных на полке вместе с остальным моим снаряжением. Со всей шумихой вокруг чипампов, я хотел оценить их для себя, прежде чем всерьез задуматься о том, чтобы сделать их красивыми. Он прошел испытание дымом. Это всегда проблема, когда что-то питается от 200-ваттного трансформатора. Ни дыма, ни огня, поэтому я вставил компакт-диск. Довольно приятный звук, не топовый, но и не хлам. Я сел, чтобы послушать. Первые несколько часов было довольно ярко (правда, на мой вкус слишком ярко). Так что я позволил ему гореть некоторое время. Готовила несколько дней, так как забыла выключить. Видите ли, я не ставлю линейные выключатели или индикаторы питания без крайней необходимости. В моей системе есть два типа оборудования: те, которые остаются включенными все время, и те, которые включаются с помощью главного выключателя. В некотором смысле я минималист. Свет, выключатели и проводка могут быть источниками шума и гула, а я ненавижу гул. Учитывая некоторые ограничения, я считаю, что чем меньше, тем лучше. Теперь вернемся к усилителю. В течение нескольких дней либо мои уши стали слабее, либо они стали мягче. Я полагаю, что усилитель изменился, и его было достаточно, чтобы привести его в порядок и сделать несколько модификаций. Первый мод заключался в том, чтобы поставить демпферы на платы усилителя рядом с конденсаторами фильтра. Я использовал колпачки из полиэстера 470 nf, чтобы немного увеличить мощность. Я считаю, что это сработало, хотя я не могу указать никаких данных, подтверждающих это. Он просто звучал чище и его было легче слушать. Затем я попробовал фильтры побольше, но отказался от них в пользу Panasonics на 1500 мкФ, которые шли в комплекте. Как я уже говорил ранее, я не верил всем, когда они говорили, что 1500 мкФ будет достаточно. Я подумал, что 5000 или 10000 мкФ будет лучше. Я был неправ, казалось, это не имело никакого значения, как я мог слышать.

Так как же это звучало? Очень низкий уровень шума, очень тихий фон — термин, который я бы использовал, является точным. Хорошо управляемый и сбалансированный. Это хорошо, так как 4-омные Dayton MTM, которые я использую, могут быть сложной нагрузкой для некоторых усилителей. Я не включал сеть Zobel (чем меньше, тем лучше) и не имел никаких проблем. Усилитель напрямую связан по постоянному току.

В моей первоначальной конструкции радиатор располагался в нижней части корпуса усилителя, и во время интенсивного использования он постоянно отключался. Спасибо National Semiconductor за то, что спасли меня от самого себя. Это выглядело круто, сидя на высоких ногах, к сожалению, это не круто. Итак, измените план, переверните усилитель (и увидите его уродливое брюхо). Скромный радиатор наклеен на кусок жести, какая липкая.

Корпус и конструкция — комплект усилителя на микросхеме LM3875 (Gainclone)

Чтобы обе части выглядели одинаково, я использовал две пластиковые коробки от Radio Shack. Блок питания нашел свое место в корпусе коммутатора старого компьютера. Все совпало, как я и планировал.

Фото 2: Блок питания для усилителя на микросхеме LM3875

Фото 3: Блок питания для LM3875 Chipamp

Тем не менее, базовая установка была довольно утилитарной, хотелось своеобразного внешнего вида. Оно пришло из странного места. Я обнаружил лицевые панели, предназначенные для проводных систем домашнего кинотеатра, в местном хозяйственном магазине. Оказывается, они доступны из многих источников (Parts Express, Radio Shack, MCM Electronics и многие другие). Они поставляются с защелками в домкратах всех типов. Гнезда позолочены и вполне приличные. Тарелки стоят около 1 доллара США, а домкраты примерно вдвое дороже.

Но столкнулся с проблемой при сборке. Гнезда имели тенденцию к ослаблению. Так что капля клея и проблема решена. Намекать; используйте клей после пайки соединений. Почему вы можете спросить? Короче говоря, клей дымит как сумасшедший, когда пытаешься его пропаять.

Фотография 4: Кишки зверя

Следующим шагом было собрать все в коробки. Чипамп оказался простым, так как запчастей почти нет. Единственное, что может кого-то сбить с толку, это то, что рекомендуется использовать смазку для радиатора между чипами и всем, что вы используете для поглощения тепла. Даже с радиатором наверху они довольно сильно нагреваются, если сильно поработать.

Фото 5: Корпус усилителя на микросхеме LM3875

Измерения — комплект усилителя на микросхеме LM3875

Затем пришло время взять усилитель на мой рабочий стол и протестировать его. Я всегда сначала слушаю, а затем измеряю и оцениваю свои проекты. Таким образом, у меня нет предвзятых представлений о том, как что-то должно звучать на основе измерений. Измерения полезны для уточнения, но я позволяю своим ушам судить о любых изменениях. Так как же он измерял? Короче говоря, отлично, как показывают следы прицела (см. фотографии). Усилитель — один из тех редких аудиоаппаратов, которые действовали так же, как усиливающий провод. Он имел ровную характеристику от постоянного тока до 100 кГц. Прямоугольные волны 100 кГц были довольно прямоугольными с небольшим закруглением переднего фронта. Шум был ниже разрешения прицела. Мои уши сказали что-то порядка -90 дБ.

Фотография 6: прямоугольная волна 100 кГц — 0,2 В/деление на 8 Ом (сопротивление)

Фотография 7: Готовый комплект усилителя на микросхеме LM3875 (Gainclone)

Слепки — комплект усилителя на микросхеме LM3875

При работе с моим полупроводниковым предусилителем Velleman усилитель был детальным и точным. У него была хорошая звуковая сцена, никакого шума. В этой настройке Velleman ведет себя как буфер. Был своего рода брак деталей. Это была хорошая смесь. Однако, когда я подключил Beauty (комплект лампового предусилителя 12AX7) к Beast, он зазвучал не так хорошо, как я думал. Ламповый предусилитель просто не звучал правильно. Казалось, что-то происходит в верхних диапазонах, что я просто не мог определить. Чтобы узнать подробности исправления, см. статью Beauty (12AX7 Tube Preamp Kit), так как описание немного длинное. Излишне говорить, что я решил проблему, и все звучало так, как я думал.