Разводка печатной платы LM3886: схема, особенности и рекомендации

alexxlabРазное
Как правильно развести печатную плату для усилителя на микросхеме LM3886. Какие особенности нужно учесть при разработке схемы. На что обратить внимание при монтаже компонентов. Какие ошибки следует избегать при создании PCB для LM3886.

Ключевые особенности разводки печатной платы для LM3886

При проектировании печатной платы для усилителя на микросхеме LM3886 необходимо учитывать несколько важных моментов:

  • Разделение силовых и сигнальных цепей
  • Минимизация длины сигнальных дорожек
  • Правильное расположение конденсаторов питания
  • Широкие дорожки для цепей питания и земли
  • Использование отдельных земляных полигонов

Рассмотрим каждый из этих аспектов подробнее.

Разделение силовых и сигнальных цепей

Одна из ключевых задач при разводке платы — разделить силовые и сигнальные цепи. Это позволяет минимизировать наводки и помехи. Рекомендуется:

  • Располагать силовые цепи и компоненты с одной стороны платы, сигнальные — с другой
  • Использовать отдельные земляные полигоны для силовой и сигнальной частей
  • Соединять земляные полигоны в одной точке около входных разъемов

Такое разделение значительно повышает помехозащищенность схемы и качество звучания усилителя.


Минимизация длины сигнальных дорожек

Длина сигнальных дорожек должна быть минимальной. Это позволяет снизить уровень наводок и улучшить характеристики усилителя. Основные рекомендации:

  • Располагать входные разъемы максимально близко к микросхеме
  • Использовать кратчайшие пути для проводки сигнальных дорожек
  • Избегать параллельного расположения сигнальных и силовых дорожек

Чем короче сигнальные дорожки, тем меньше вероятность возникновения помех и искажений.

Расположение конденсаторов питания

Правильное расположение конденсаторов питания критично для стабильной работы усилителя. Необходимо:

  • Размещать конденсаторы максимально близко к выводам питания микросхемы
  • Использовать короткие и широкие дорожки для подключения конденсаторов
  • Располагать электролитические и керамические конденсаторы парами

Это обеспечивает эффективную фильтрацию помех по цепям питания и стабильную работу усилителя.

Широкие дорожки питания и земли

Дорожки питания и земли должны быть максимально широкими. Это снижает сопротивление проводников и улучшает отвод тепла. Рекомендуется:


  • Делать дорожки питания шириной не менее 2-3 мм
  • Использовать сплошные полигоны земли на обеих сторонах платы
  • Соединять земляные полигоны множеством переходных отверстий

Широкие дорожки питания и земли повышают надежность и долговечность усилителя.

Использование раздельных земляных полигонов

Применение раздельных земляных полигонов для аналоговой и цифровой частей схемы позволяет минимизировать взаимные помехи. Основные правила:

  • Разделять аналоговую и цифровую землю
  • Соединять земляные полигоны в одной точке
  • Не допускать протекания цифровых токов через аналоговую землю

Такой подход значительно повышает помехозащищенность и качество работы усилителя.

Особенности монтажа компонентов

При монтаже компонентов на плату нужно соблюдать несколько важных правил:

  • Использовать качественный припой и флюс
  • Минимизировать время пайки чувствительных компонентов
  • Проверять качество паяных соединений
  • Очищать плату от остатков флюса после монтажа

Качественный монтаж обеспечивает надежность работы усилителя и снижает уровень шумов.


Типичные ошибки при разводке платы LM3886

При проектировании печатной платы для LM3886 следует избегать распространенных ошибок:

  • Использование слишком тонких дорожек питания
  • Отсутствие разделения аналоговой и цифровой земли
  • Параллельное расположение сигнальных и силовых цепей
  • Неправильное расположение конденсаторов питания
  • Использование некачественных компонентов

Внимательное отношение к этим аспектам позволит создать качественную и надежную плату усилителя.

Выбор материала и технологии изготовления платы

При выборе материала и способа изготовления печатной платы для LM3886 следует учитывать несколько факторов:

  • Использовать фольгированный стеклотекстолит толщиной 1.5-2 мм
  • Применять двухстороннее фольгирование для лучшего экранирования
  • Выбирать толщину меди не менее 35 мкм
  • Использовать технологию металлизации переходных отверстий

Правильный выбор материала и технологии изготовления обеспечивает высокое качество и надежность платы.

Тестирование и отладка готовой платы

После изготовления печатной платы необходимо провести ее тщательное тестирование:


  • Проверить отсутствие коротких замыканий между дорожками
  • Измерить сопротивление изоляции между слоями платы
  • Протестировать работу усилителя на различных режимах
  • Провести температурные испытания

Тщательное тестирование позволяет выявить возможные дефекты и обеспечить надежную работу усилителя.


правильная схема и печатная плата

Встречайте усилитель мощности на основе вероятно самых известных интегральных микросхем для УМЗЧ — LM3886. Изначально хотелось создать усилитель мощности, который обеспечил бы хороший звук при прослушивании при относительно низкой цене. В то же время интересовала простота конструкции. Предполагалось, что это будет только оконечный усилитель без предварительного усилителя или селектора, потому что всё итак управляется с компьютера или DVD.

Почему решено сделать усилитель на микросхеме LM3886? Конечно из-за того, что его долго запускать не нужно — он работает сразу в отличие от транзисторных УМЗЧ. Выбор был TDA7294, LM3875, LM3886, LM4780. Сразу отклоним TDA7294 из-за худших параметров. В итоге выбрана LM3886 из-за более легкого отвода тепла от небольшой площади (2 вместо 1 с той же поверхностью контакта с радиатором) и немного большей мощности, чем у LM3875.

Схема усилителя на 3886


LM3886 принципиальная схема усилителя звука
Он сделан на элементах среднего класса. Конденсаторы Panasonic FC с низким ESR (63 В) и WIMA (100 В). Резисторы Vishay с допуском 1% и 0,1%. Собрано все на печатной текстолитовой плате.


LM3886 печатная плата правильная

Все сделано в соответствии с примечанием к применению из даташита (за исключением конденсаторов на входе усилителя — емкость была увеличена до 1 мкФ).

В качестве охлаждения использовались 2 радиатора от сгоревшего процессора с вентиляторами.

AudioKiller’s site

Я уже проводил пробное сравнение этих двух микросхем, но тогда оно было больше по даташитам и немного на слух. Вторая попытка сравнения была неудачной — подвела плохая разводка печатной платы LM3886. Третья попытка сравнить эти две микросхемы наконец оказалась более успешной.

Я собрал на каждой из микросхем инвертирующий усилитель. Почему инвертирующий? Причин несколько:

  • у меня уже был собран такой усилитель на TDA7293;
  • в инвертирующем усилителе нет электролитического конденсатора в цепи сигнала;
  • зачастую инвертирующий усилитель чуть лучше, т. к. в нем отсутствует синфазная составляющая на входном дифференциальном каскаде.

Схемы обоих усилителей практически одинаковы за исключением собственных нюансов каждой из микросхем, чтобы усилители были максимально одинаковыми, и разница определялась только лишь используемыми микросхемами. Кстати, TDA7293 я использовал потому, что она лучше, чем TDA7294. И если есть лучшее, то зачем пользоваться худшим?


Рис. 1. Схема усилителя на TDA7293


Рис. 2. Схема усилителя на LM3886.

Разница в схемах небольшая. В TDA7293 присутствуют конденсаторы вольтодобавки С5-С6, другое управление режимом Mute и разделение земель резистором R10. В LM3886 добавился резистор R3, уменьшающий постоянку на выходе (в TDA7293 он не нужен) и катушка на выходе (необходимая согласно даташиту). Опыта по разделению земель в LM3886 у меня нет, поэтому нет и разделительного резистора (чтобы ничего не ухудшить ненароком). Хотя входная и силовые земли все равно надежно разделены монтажно.

В прошлом неудачи в сравнении были вызваны плохой монтажной схемой усилителя на LM3886. Я так и не нашел времени придумать свою, но обнаружил нечто пригодное в интернете. И тут возникла небольшая закавыка: исходная разводка не моя, и было бы хорошо объявить вслух, чью разводку я взял за исходную. Но проблема в том, что в ней была пара мелких бяк, и один довольно крупный косяк, поэтому это может послужить антирекламой автору. Так что я промолчу об авторе разводки, тем более что я ее довольно сильно изменил. Скажу сразу – это далеко не идеал, особенно по габаритам, но в плане правильности она получилась очень хороша.

В обеих схемах земля разделена, но у LM3886 без разделительного резистора (поскольку я не уверен, что с ним будет лучше). Если с моей платой все понятно и все ОК, то разводку платы LM3886 немного поясню. Низковольтная земля (вход, ООС) разведена на «полупятак» в центре платы. Слева платы разведена силовая земля – питание и нагрузка. Туда же входит и сравнительно тонкий проводник, соединяющий эти разделенные земли. Ток по нему, в общем-то, не течет (условно), а нужен проводник для задания потенциала земли. На силовой земле лежат 2 медных проводника диаметром 0,8 мм. Они соединяют между собой выводы электролитических конденсаторов фильтра питания и служат для уменьшения сопротивления дорожки. В середине этих проводников (посередине между электролитами) подключается провод земли источника питания. Так что выходит, что провод питания и электролиты соединены примерно в одной точке. «Межземельный» провод подходит примерно в эту же точку, но перпендикулярно, так что не затрагивает ток, питания протекающий по силовой земле. Примерно также перпендикулярно, но с другой стороны, подходит провод земли нагрузки. В результате токи питания, нагрузки и «межземельный» взаимно независимы. На самом деле нагрузка подключена немного несимметрично, но сопротивление этой несимметрии мало – дорожка нагрузки входит в широченную дорожку земли – и несимметрия влияет очень мало.


Рис. 3. Разводка печатных плат.

На плате LM3886 слева две черные линии – отрезки провода диаметром 0,8 мм, припаянные к земляному проводнику для того, чтобы получить соединение конденсаторов С4 и С7 «в одной точке» с минимальным сопротивлением.

Детали я использовал абсолютно одинаковые в обоих схемах (под них и разводил 3886). Наиболее важными считаются конденсаторы. На входе полипропиленовые EPCOS, на выходе (в цепи Цобеля) полипропиленовые К78-19, в цепи питания лавсановые EPCOS. После первых экмпериментов, я в усилителе на LM3886 заменил и электролиты в питании на фирменные LOW ESR.

Обе платы я установил на общий радиатор от усилителя «Орбита» (микросхема LM3886Т в изолированном корпусе, взаимного соединения не произойдет).


Рис 4. Платы усилителей вид сверху.


Рис. 5. Платы усилителей вид снизу.

Все это я подключил к стабилизированному источнику питания Matrix 2х31,6 вольт. Сигнал подавался и обрабатывался звуковой картой EMU-0404. Выходной сигнал контролировался цифровым осциллографом RIGOL с использованием режима цифровых измерений. Для компьютерных измерений использовались программы ARTA и SpectraPlus (бывшая SpectroLab).


Рис. 6. Измерительный стенд. Слева на столе – 2 блока нагрузок, имеющих активные и комплексные сопротивления.

Как показала практика, на частотах ниже 500 Гц эти источники питания вносили искажения из-за того, что ток, потребляемый усилителем, приближался к пределу срабатывания защиты (имеется ввиду ток в импульсе, средний ток был довольно маленьким). Поэтому я использовал нестабилизированный источник 2х28 вольт. Это очень хороший источник, но у него маловато напряжение, а я хотел нагрузить микросхемы посильнее, выжав максимальную мощность. Тем не менее, и с ним все получилось. В процессе работы выяснилось, что микросхема LM3886 перегревается и у нее срабатывает тепловая защита. Пришлось поставить ее на отдельный радиатор и добавить 80-мм компьютерный кулер, запитанный от напряжения 5 вольт, иначе искажения здорово росли прямо в процессе измерений.


Рис.7. С таким охлаждением перегрев микросхемы на результаты не влияет.

Каждая из микросхем подключалась по отдельности.

Чем нагружал.

В одном варианте нагрузки я использовал мощные проволочные резисторы ПЭВ (очень линейные, кроме того, они нагружались не более чем на 1/4) в различных комбинациях. Измерения показали, что их индуктивность мизерна и начинает сказываться на частотах выше 100-200 кГц. Такую нагрузку я буду обозначать R. Например, R = 4 Ома. Другая нагрузка имеет сложный комплексный характер. Это довольно трудная, но достаточно реальная нагрузка. АЧХ и ФЧХ ее импеданса показаны на рис. 8. Ее я буду обозначать Z.


Рис. 8. АЧХ и ФЧХ сложной комплексной нагрузки. Примерно на такую нагрузку в реальности работают усилители.

Что измерял.

Некоторые справедливо ругают коэффициент гармоник Кг (THD) за то, что он имеет смысл «средней температуры по больнице». Ну что поделаешь, что до сих пор о нелинейности усилителя судят по этому сильно упрощенному показателю. Я придерживаюсь мнения, что на звук сильно влияет не только величина нелинейности, но и ее порядок (характер) – чем выше порядок, тем хуже звук. В просторечии это называют так: «высшие гармоники более вредные, чем низшие». Поэтому кроме стандартного Кг, я буду использовать нормированный к номеру гармоники параметр Кг’, который вычисляется так:

где k – номер гармоники.

Интересно, что некоторые люди, критикующие стандартный Кг за его равноправие по отношению к номерам гармоник, Кг’ совершенно не приемлют, несмотря на то, что он все же лучше. Кг’ тоже далеко не идеал, но в отсутствии идеала ИМХО лучше пользоваться коэффициентом хоть и приближенным, но более точным. Типа из двух зол выбираем менее неточное. А они говорят: «пока не дадите нам идеальную меру, будем пользоваться самым неточным коэффициентом Кг». Но ведь известно, что «заметность гармонических искажений третьего порядка вдвое выше, чем искажений второго порядка, заметность искажений от пятого порядка и выше в 6…10 раз выше, чем второго». Так что Кг’ пусть и не идеально, но все же учитывает тот факт, что «высшие гармоники звучат хуже». Хотя в качестве рекламы Кг гораздо лучше, чем Кг’ – ведь его значение значительно меньше…

Что получилось.

Некоторые считают меня апологетом микросхемы TDA7294-TDA7293. Типа я ее люблю, а все остальные ненавижу. Это неправда. Просто так вышло, что я начал работать именно с этой микросхемой, и не видел веских причин переходить на какие-то другие. Поэтому я торжественно клянусь, что не буду никому подсуживать. Что получится, то и получится. Пускай победит сильнейший, а я занимаю позицию: «Платон мне друг, но истина дороже».

Тест №1. Максимальное выходное напряжение-ток-мощность. Я подключил на выход нагрузку R = 2 Ом, чтобы максимально нагрузить усилитель выходным током. И посмотрел, какое максимальное выходное напряжение (и мощность) дает каждый из усилителей при Кг = 1%.


Рис. 9. Максимальный выходной сигнал микросхем.

У TDA7294 небольшой выигрыш – 0,5 вольт действующего значения. В общем-то, мелочь, около 5% по напряжению или примерно 10% по мощности. Но учтите, что микросхема 3886 при этом стоЯла на большом радиаторе и обдувалась (хоть и не сильно) вентилятором.

Тест №2. АЧХ усилителей. АЧХ снимались в режиме большого сигнала: выходное напряжение 10 вольт RMS, сопротивление нагрузки R = 6 Ом. Т.е. в реальных боевых условиях, а не в тех тепличных, которые иногда используют для получения красивых рекламных чисел.


Рис. 10. АЧХ усилителей.

Небольшое несовпадение АЧХ на частоте 20 Гц — следствие разброса емкости входного конденсатора.

У TDA7293 частота среза порядка 110 кГц, у LM3886 порядка 90 кГц. На самом деле четкого ответа, что лучше здесь нет. Обе микросхемы хороши. У более высокой частоты среза (TDA7293) есть как «за», так и «против». Поэтому тут полная ничья. Более того, такой широкий диапазон рабочих частот в реальности не очень-то и нужен (если не считать рекламы). Поэтому после следующего теста на скорость нарастания я в оба усилителя установил конденсатор в цепь ООС так, как описано здесь. В результате частота среза упала до примерно 70 кГц. Причины установки конденсатора описаны по ссылке выше. Но еще одна причина там не указана, а она тоже довольно важная.

Существует формула (это так называемый критерий динамической линейности) для вычисления требуемой скорости нарастания выходного напряжения усилителя. Если условие, указанное в формуле выполняется, то в усилителе динамические искажения не возникнут никогда:


Условие динамической линейности усилителя.

Секрет в том, что при вычислении требуемой скорости нарастания выходного напряжения усилителя в формулу правильно подставлять в качестве частоты fmax не максимальную звуковую частоту 20 кГц, а максимальную рабочую частоту усилителя. В смысле частоту среза. Именно в этом случае не будет динамических искажений. Поэтому усилитель с верхней рабочей частотой в 120 кГц потребует вдвое большей скорости нарастания, чем усилитель с верхней частотой 60 кГц. А ведь скорость нарастания у микросхем не такая уж и большая! Вот поэтому и неплохо ограничить максимальную частоту усилителя значением 40…70 кГц.

Хотя, есть еще один вариант объяснения различий в АЧХ, я его правда не проверял: у 3886 на выходе стоИт катушка, так что на самых высоких частотах спад АЧХ может давать именно она.

Тест №3. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения усилителя. На вход усилителя подаю с функционального генератора Matrix меандр частотой 10 кГц. Нагрузка по-прежнему есть, активная R = 6 Ом – то есть условия остаются боевыми (хоть и не самыми плохими).

Тут есть один нюанс. Он заключается в методике измерений. Одна из них такая: подать входной меандр разумной амплитуды, в пределах номинального входного напряжения. На выходе будет сигнал, соответствующий реальности – просто усиленный входной (ну и с немного растянутыми фронтами). Такой сигнал может на самом деле встретиться в звуковой программе (или в тестовом сигнале).

Второй метод: на вход усилителя подают прямоугольный сигнал огромной (лишь бы ничего не сгорело) амплитуды. И тогда уже измеряют скорость нарастания, которая получается максимально возможной. И цифирки при этом тоже получаются красивые. Но к реальной жизни это отношения не имеет: ведь при таком входом сигнале на выходе творится полный беспредел. Искажения просто сверхъестественные. И поэтому на практике такая ситуация не встречается (встречается в цифровой технике, но нам туда не надо). Но обычно все пользуются вторым способом — реклама прежде всего.

Я использовал оба метода. При этом были отключены все цепи, вносящие задержку: ФНЧ на входе, конденсатор в цепи ООС и катушка на выходе усилителя на LM3886 (и это правильно). На рисунках слева — первый (мягкий) способ измерений, справа — второй (жесткий). Кстати, сравните, как реклама выигрывает от смены метода измерений!


Рис. 11. Скорость нарастания выходного напряжения TDA7293.

Слева при выходном напряжении меандра 15 вольт (амплитудных). Справа при подаче на вход напряжения в 5 раз выше максимального.


Рис. 12. Скорость нарастания выходного напряжения LM3886.

Слева при выходном напряжении меандра 15 вольт (амплитудных). Справа при подаче на вход напряжения в 5 раз выше максимального.

Результаты сводим в таблицу:

МикросхемаСкорость нарастания «реальная», В/мксСкорость нарастания максимальная, В/мкс
TDA729368,3
LM38865,616,6

LM3886 побеждает с хорошим счетом… Но в «преувеличенном» тесте. Т.е. микросхема вдвое обгоняет конкурента по скорости нарастания, но в реальной работе это произойдет при пятикратной (!) перегрузке. Не все любят слушать музыку в таких условиях. Вот только в этой бочке меда небольшая ложка дегтя: посмотрите, LM3886 не дает на выходе напряжения выше 20 вольт (осциллограф показал 19,4 в положительном направлении), тогда как TDA7293 загоняет луч за пределы экрана. Можно было бы сказать, что нет смысла в большой амплитуде, если скорости нарастания недостаточно. Но все же вряд ли в реальном сигнале будет такое количество высоких частот, что TDA7293 не справится с ними по скорости нарастания – если высоких и вправду будет так много, то они мгновенно сожгут пищалку в колонках и не будет слышно, что микросхема лажает .

Кстати, а на тесте таким сигналом, какой бывает в реальных условиях, микросхемы одинаковы. Разница в 0,4 В/мкс незначима — ведь у микросхем существует разброс.

Тест №4. Измеряем Кг и Кг’ на частоте 1 кГц при выходном напряжении 10 В RMS и нагрузке либо R = 4 Ома (Рвых = 25 Вт), либо R = 8 Ом (Рвых = 12,5 Вт) Два разных сопротивления позволят оценить влияние сопротивления нагрузки (и опять же выходного тока) на искажения. Т.е. рассматриваем вопрос «кто более чувствителен к нагрузке»? Вот спектры выходных сигналов, ограниченные первыми 20-ю гармониками.


Рис. 13. Спектр искажений микросхем на нагрузке 4 Ома.


Рис. 14. Спектр искажений микросхем на нагрузке 8 Ом.

Искажения LM3886 заметно выше. Но в спектре преобладает «красиво звучащая» 2-я гармоника. Так что можно предположить, почему эта микросхема некоторым нравится больше, чем TDA7294: возможно, что «более сладкое» звучание LM3886 перевешивает «неправильности», вызванные бОльшими искажениями. Но пока это только предположение.

Посмотрим, как влияет нагрузка на каждую из микросхем.


Рис. 15. Влияние сопротивления нагрузки на искажения микросхемы TDA7293.


Рис. 16. Влияние сопротивления нагрузки на искажения микросхемы LM3886.

В общем-то влияние небольшое, но меня не оставляет мысль о том, что я недогрузил микросхемы. Возможно, в следующем сравнении надо будет повторить измерения, но при Rнагр = 2 Ома.

А пока сведу результаты в таблицу для большей наглядности.

ПараметрСопротивление нагрузки, ОмLM3886TDA7293
Кг (THD), %80,020,01
Кг (THD), %40,0340,015
Кг’, %80,640,52
Кг’, %40,430,59

Почему-то LM3886 ведет себя аномально: при росте выходного тока Кг’ уменьшается. Возможно это случайность, пока я не знаю, почему такое может быть и как это проверить.

Тест №5. АЧХ Кг и Кг’. APTA почему-то не хочет измерять гармоники выше частоты 22 кГц (несмотря на то, что я установил Fд=96 кГц). Поэтому графики не доведены до частоты 20 кГц, а оборваны там, где начинает теряться точность из-за того, что некоторые гармоники уже не измеряются. Выходное напряжение 10 вольт RMS. Активная нагрузка R = 4 Ом.


Рис. 17. АЧХ коэффициента гармоник обеих микросхем на резистивной и сложной нагрузках.


Рис. 18. АЧХ нормированного коэффициента гармоник обеих микросхем на резистивной и сложной нагрузках.

Выводы:

  1. Комплексность нагрузки влияет не так уж и сильно (особенно на «правильный» Кг’).
  2. У LM3886 основные искажения приходятся на 2-ю гармонику, поэтому при довольно заметном различии в «обычном» Кг, нормированный Кг’ обеих микросхем не так уж и различается. Наверное поэтому они звучат примерно одинаково.

Тест №6. Интермодуляционные искажения IMD. Они очень хорошо показывают нелинейность, особенно на высоких частотах, где гармоники бывает трудно измерить. Итак, подаем синусоиды 18 кГц и 19 кГц одинаковой амплитуды. Нагрузка R = 4 Ом и комплексная, выходное напряжение 12 вольт амплитудного значения.


Рис. 19. Интермодуляционные искажения микросхемы TDA7293 при нагрузке R = 4 Ом.


Рис. 20. Интермодуляционные искажения микросхемы TDA7293 при комплексной нагрузке Z.


Рис. 21. Интермодуляционные искажения микросхемы LM3886 при нагрузке R = 4 Ом.


Рис. 22. Интермодуляционные искажения микросхемы LM3886 при комплексной нагрузке Z.

На «простой» нагрузке LM3886 демонстрирует результаты лучшие, чем TDA7293 (хотя это не совпадает с АЧХ Кг). Хотя основную роль в этом играет разностная частота 1 кГц. На частотах интермодуляций 2, 3, 4 кГц побеждает TDA7293, только неизвестно, влияет ли это на что-нибудь – уж очень маленькие амплитуды.

А вот на трудной нагрузке LM3886 сразу «дохнет». Кстати, и выходное напряжение 12 вольт амплитуды было выбрано потому, то большее напряжение (16 вольт) микросхема LM3886 «не тянула» (похоже шла в разогрев – искажения росли во времени до ужасных величин). TDA7293 выдавала напряжение 16 вольт вполне спокойно.

На мой взгляд причина в разных выходных транзисторах этих микросхем. У TDA7293 и TDA7294 на выходе используются полевые транзисторы. Их входной ток практически не зависит от сопротивления (и тока) нагрузки. У LM3886 на выходе транзисторы биполярные. Их ток базы пропорционален выходному току, причем с ростом выходного тока коэффициент передачи транзисторов h31 падает, и ток базы может расти быстрее, чем растет выходной ток. И вполне возможно, что этот повышенный ток базу нагружает драйверный каскад, который и создает дополнительные искажения. Также может быть, что микросхема хуже охлаждается (из-за изолированного фланца), и искажения вызывает разогрев ее кристалла. В общем-то этот тест довольно жесткий.

Заключение.

В общем, практически по всем параметрам побеждает TDA7293, но с небольшим отрывом. LM3886 со своей стороны может привлечь сторонников «красивого» звучания своей большой 2-й гармоникой.

На самом деле, я и этим сравнеием недоволен. Причины:

1. В инвертирующем включении не видно разницы в свойствах входных дифференциальных каскадов микросхем. Так что если они заметно различаются — то мы этого не увидели.

2. Слишком большие получились коэффициенты гармоник. Раз в 10 больше, чем в даташите. Даже с учетом того, что в даташите публикуют результаты при самых «удобных» измерениях (например, могут использовать стабилизированный источник питания). Но особое подозрение вызывает тот факт, что эти мои измерения микросхемы TDA7293 не совпали с другими (правда сделанными для других экземпляров усилителя). Может все же я где-то промахнулся?

3. И измерить АЧХ и зависимость от амплитуды первых пяти гармоник. А потом уж сводить в кучу, используя Кг и Кг’.

4. Измерять, а главное публиковать искажения до 20-й гармоники… И какая муха меня укусила? Не, прибор-то что-то показывает, но насколько это соответствует реальности?

5. Может мне попалась неудачная микросхема. А может что-то из элементов, установленных на этих платах. Надо сделать еще по одной плате с другими микросхемами (купленными в другом месте и в другое время) и сравнить.

6. Интересно измерить скорость нарастания на «трудной» нагрузке.

7. Провести ряд других тестов:

  • Допустимый нагрев микросхем.
  • Работа на малом сигнале.
  • Что-нибудь еще.

В общем — продолжение будет!

22.03.2013

Total Page Visits: 5183 — Today Page Visits: 12

Схема электропитания

Использовались 2 тороидальных трансформатора 24V 40VA / 28V 120VA для питания УНЧ. Далее 2 диодных моста с 8х MUR860. Они довольно быстрые и долговечные, но доступные по цене. Затем в БП есть 4x 6800 мкФ / 50 В Nippon (2 штуки на плечо питания). Это был компромисс в отношении цены и качества. Дополнительно припаяйте в дорожках толстые провода, чтобы уменьшить риск их повреждения. При незагруженном источнике питания выход составляет 39 В, а при высокой нагрузке напряжение падает до 37 В, так что это вполне неплохо. Питание идёт через кабели с двойной изоляцией диаметром 2,5 мм.

↑ 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.

Первый запуск УНЧ

Для первого запуска корпус не нужен. Первое включение через токоограничитель. После осмотра и включения усилитель сразу запустился. На выходе практически нет постоянной составляющей. Потом для теста подключите старый динамик и MP3-плеер. Усилитель звучал довольно неплохо. После некоторого времени игры можно считать схему собранной и заняться коробкой.

ЛМ3886 действительно прекрасно подходит для создания акустического усилителя. Возможно она не дает большой мощности, но у неё динамичный звук с хорошим басом, со свежими высокими частотами. Если что, можете отказаться от входного сопротивления и емкости. Как известно, в аудио-аппаратуре многое зависит от выбора элементов и их количества. Эта емкость в мосту не так уж и нужна. Вентиляторы тоже не нужны, потому что эти микросхемы не сильно нагреваются. Ток покоя настолько мал, что без сигнала радиаторы остывают.

Ограничив количество компонентов, можно сократить пути прохождения сигнала, что очень желательно для аудио. Превосходные результаты достигаются при удалении блока питания в отдельный корпус, но это кто как предпочитает. Советуем четко отделить кабели питания и выпрямительные мосты от усилителей. Важно чтобы в обратной связи был резистор хорошего качества, который припаян прямо к выводам микросхемы.

↑ 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.


Вид печатной платы со стороны деталей


Вид печатной платы со стороны дорожек. Уже установлен радиатор достаточно эффективного охлаждения.


Чертёж печатной платы

— 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.

Корпус и сборка

В качестве корпуса использовался старый магнитофон, потому что он имел правильные размеры и хорошую вентиляцию. Сняв все лишнее, пришло время вырезать вентиляционные отверстия сзади и высверлить все места под винты. Вентиляционные отверстия были подточены напильником, но они так и не выглядели идеально, поэтому накрыл их матерчатыми кусками.

На задней панели установлены позолоченные клеммы для бананов / динамиков — они удобны и выглядят красиво. Также на задней панели находится гнездо предохранителя на 6 А (меньшие по размеру не выдерживают скачок тока источника питания) и выключатель питания. Входной сигнал пропускается через экранированные кабели.

Следующим шагом — сделать переднюю панель. Вначале клей и кусочки пластика начали покрывать все лишние отверстия. Затем автомобильная шпаклевка. Оставлен только выключатель и индикатор. Остальное отшлифовали наждачной бумагой в порядке 80-180-400-600. Получился довольно хороший эффект.

Управление охлаждением УНЧ — схема

Два вентилятора 12 В с питанием от блока питания меньшего номинала 9 В работают в режиме охлаждения. Они не производят шума, но в будущем планируется изменить напряжение на ещё более тихое.

Прослушивание

На данный момент усилитель мощности работает со старыми колонками JVC и CD-плеером той же компании.

  • Усилитель звучит очень красиво. У него чистый и динамичный бас, его не слишком много или слишком мало — просто правильно, как надо.
  • Он не заглушает остальную часть спектра, как в некоторых конструкциях, и опускается довольно низко по АЧХ.
  • Средний диапазон чистый и одинаково динамичный. Высокие частоты чистые, а не звонкие или приглушенные.
  • Гитары агрессивны, барабаны не исчезают на заднем плане. На большой громкости практически нет искажений.

Думаю он звучит намного лучше, чем УМЗЧ на STK, который есть дома, или несколько других усилителей, которые слышал у друзей. Звук действительно динамичный и сочный. Эффект стерео отлично различим — легко определить где гитарист или солист.

↑ 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.

Home Audio Lab

Home Audio Lab

&nbspНовости&nbsp

&nbspАкустика&nbsp

&nbspЭлектроника&nbsp

&nbspСправочники&nbsp

&nbspПрограммы&nbsp

&nbspСсылки&nbsp

&nbspО себе&nbsp

Усилитель «выходного дня» на базе LM3886.


Решил попробовать микросхему и устроить ей сравнение с TDA7294.
Включение по инвертирующей схеме с интегратором, что позволяет убрать кое-какие конденсаторы в тракте.
Идеи схемы заимствованы у Linx-а и Konkere, разводка моя собственная. Питание будет аналогичное усилителю на TDA7294 — нестабилизированное +/- 30В (2х20000мкФ в фильтре).

Итак, по порядку:

Микросхема имеет следующую &nbsp схему включения: [11kB]&nbsp.

Чертежи печатных плат, масштаб 200%, шаг сетки 1,27мм:
Резистор R10 на печатной плате отсутствует!

&nbspСторона элементов (и разводка со стороны монтажа) [20kB]&nbsp.

&nbspРазводка со стороны элементов [7kB]&nbsp.

Картинки:
&nbsp Печатная плата [42kB]&nbsp.
&nbsp Еще один вид усилителя [41kB]&nbsp.

Немного о работе усилителя.
В цепи интегратора (DA1.1) стоит высокоомный резистор. Если операционный усилитель имеет достаточно большой входной ток (выв.2 DA1.1), то создается напряжение смещение, которое может сделать интегратор бесполезным. Чтобы избежать этого мне пришлось поставить резистор R10 навесным монтажем (изначально он не был придусмотрен). Это улучшило ситуацию. Зачем это было сделано? Я попробовал в схеме пару доступных недорогих операционника TL072 и LM833. С первым никаких проблем не возникло. На выходе усилителя постоянное напряжение не превышало +/-5мВ. С использованием LM833 (входной ток до 500нА) постоянное напряжение получилось -280мВ. Звучание усилителя с LM833 мне понравилось больше и напряжние смещения пришлось скомпенсировать. Позднее я заменил операционный усилитель на NJM4580.

Усилитель играет очень неплохо и, как мне показалось, чуточку детальнее варианта на TDA7294. Если применить субъективные оценки, я бы сказал, что TDA7294 звучит холодно и жестковато. LM3886 звучит теплее и мягче. Ему я и отдал свое предпочтение.

Фотографии усилителя в сборе:
&nbsp Вид со стороны сетевого разъема [45kB]&nbsp.
&nbsp Вид со стороны входов/выходов [55kB]&nbsp.
&nbsp Общий вид на монтаж [53kB]&nbsp.

Коробочка для усилителя картонная :-). Корпус еще буду изобретать.

С помощью звуковой карты были проведены некоторые измерения. Результаты можно посмотреть на &nbsp[этой страничке]&nbsp.

Сайт создан в системе uCoz

Плата усилителя LM3886 Special Edition, одноразовая печатная плата, усилитель 5.1 или 7.1 — поделитесь проектом

Инженер

  • 10

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

10. 00

Инженер

  • 6

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

7,50

Инженер

  • 6

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

7,50

Инженер

  • 7

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

7. 00

Инженер

  • 10

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

10. 00

Инженер

  • 10

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

10. 00

Инженер

  • 4

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

4. 00

Инженер

  • 10

    дизайн

  • удобство использования

  • креативность

  • содержание

10. 00

Макет с открытым исходным кодом для LM3886?

#1