Микросхема lm3886. Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме LM3886: обзор, характеристики, тестирование

Что представляет собой усилитель на LM3886. Какие характеристики у этой микросхемы. Как собрать мощный и качественный УНЧ своими руками. Какие результаты показывает LM3886 при тестировании. На что обратить внимание при сборке усилителя.

Содержание

Микросхема LM3886: ключевые особенности и характеристики

LM3886 — это монолитный интегральный усилитель мощности звуковой частоты, разработанный компанией National Semiconductor (сейчас принадлежит Texas Instruments). Данная микросхема обладает рядом важных преимуществ:

Мощность до 68 Вт на нагрузке 4 Ом
Низкий уровень искажений (менее 0.03%)
Широкая полоса пропускания (до 2 МГц)
Высокое отношение сигнал/шум (92 дБ)
Термозащита и защита от короткого замыкания
Возможность мостового включения для увеличения мощности

Благодаря этим характеристикам LM3886 позволяет собрать мощный и качественный усилитель с минимумом внешних компонентов. Это делает ее очень популярной среди аудиофилов и радиолюбителей.

Схемотехника и особенности платы усилителя на LM3886

Рассмотрим типовую схему усилителя на базе LM3886:

Входной каскад на операционном усилителе (обычно NE5532)
Регулятор громкости и темброблок
Усилитель мощности на LM3886
Схема защиты акустики
Блок питания с выпрямителем и фильтрами

Ключевые особенности данной схемы:

Двухполярное питание ±20..28В
Рекомендуемая мощность трансформатора 150-200 Вт
Возможность мостового включения двух LM3886 для увеличения мощности
Защита от постоянного напряжения на выходе
Возможность замены операционных усилителей на более качественные

При сборке такого усилителя важно обеспечить хороший теплоотвод для микросхем LM3886, а также уделить внимание качеству компонентов в цепи сигнала.

Тестирование и измерения характеристик усилителя на LM3886

При тестировании типового усилителя на LM3886 были получены следующие результаты:

Максимальная выходная мощность: 105 Вт (при 8 Ом)
Мощность до появления искажений: 87 Вт
Напряжение питания после выпрямителя: ±37В
КПД усилителя: около 68%
Частотная характеристика: 3.3 Гц — 240 кГц (-3 дБ)
Коэффициент нелинейных искажений: менее 0.03% на 1 кГц

Осциллограммы показали очень хорошую линейность усилителя вплоть до уровня ограничения. Наблюдались лишь незначительные выбросы на фронтах прямоугольного сигнала.

Звучание и субъективные впечатления от усилителя на LM3886

При прослушивании усилитель на LM3886 демонстрирует следующие особенности звучания:

Чистый, детальный звук без явных окрасок
Хорошая динамика и контроль низких частот
Легкий акцент на средних и верхних частотах
Широкая стереопанорама
Отсутствие фона и шумов

Многие слушатели отмечают, что по качеству звучания такой усилитель не уступает значительно более дорогим коммерческим моделям. При этом его звучание можно охарактеризовать как нейтральное, без явного «лампового» или «транзисторного» характера.

Преимущества и недостатки усилителя на LM3886

Рассмотрим основные плюсы и минусы использования LM3886 для сборки усилителя:

Преимущества:

Высокая мощность и низкие искажения
Простота схемы и сборки
Хорошее соотношение цена/качество
Надежность и наличие встроенных защит
Возможность модификаций и апгрейда

Недостатки:

Требуется качественный теплоотвод
Не самый высокий КПД (около 68%)
Необходимость двухполярного питания
Возможные проблемы с поддельными микросхемами

В целом, преимущества LM3886 значительно перевешивают недостатки, что и обусловливает популярность этой микросхемы среди любителей качественного звука.

Сравнение LM3886 с другими популярными микросхемами усилителей

Как LM3886 выглядит на фоне других популярных микросхем усилителей мощности?

TDA7294: более низкая мощность (70 Вт), но лучший КПД
LM3875: упрощенная версия LM3886 с меньшей мощностью (56 Вт)

TDA7293: сравнимая мощность, но выше уровень искажений
LM4780: сдвоенная версия LM3886 в одном корпусе

В целом, LM3886 выделяется оптимальным балансом мощности, качества звука и простоты применения. Это делает ее одним из лучших выборов для самостоятельной сборки качественного усилителя звука.

Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме LM3886 класса AB

LM3886 (усилитель класса AB)

Тест, обзор, осциллограммы

Обзор посвящен одноплатному монофоническому мостовому усилителю мощности звуковой частоты (УМЗЧ, УНЧ) класса AB на основе двух микросхем LM3886 номинальной мощностью 1×136 Вт.

В обзоре будут приведены технические характеристики микросхемы усилителя низкой частоты LM3886, кратко разобрана схемотехника тестируемого одноплатного усилителя, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.

Купить плату усилителя на основе LM3886 можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора — около $25.

(Одноканальный мостовой усилитель низкой частоты на LM3886; изображение с официального сайта AliExpress)

Небольшие пояснения к структуре платы.

Ключевой элемент платы, усилитель мощности LM3886 — это одноканальный усилитель мощности низкой частоты с двухполярным питанием (есть возможность включения с однополярным питанием, но это — сложнее).

Мостовая схема реализована за счет размещения на плате второй микросхемы, которая работает в качестве инвертирующего усилителя с коэффициентом передачи минус 1.

Далее перечислены характеристики LM3886 в «одиночном» включении (т.е. не в составе мостового усилителя).

Усилитель (микросхема) LM3886 — технические характеристики:

Вариант подключения LM3886	Однополярное питание	Двухполярное питание
Максимальная выходная мощность на канал (RMS)*	68 Вт (VS = 56 V, RL = 4 Ohm)	68 Вт (VS = ±28 V, RL = 4 Ohm)
Номинальное напряжение питания	20. ..84 В	±10…±42 В
Максимально-допустимый пиковый ток выхода	7 А	7 А
Рекомендуемое сопротивление нагрузки	4…8 Ом	4…8 Ом
Коэффициент нелинейных искажений	< 0.03% (PO = 60 W, RL = 4 Ohm) < 0.03% (PO = 30 W, RL = 8 Ohm)	< 0.03% (PO = 60 W, RL = 4 Ohm) < 0.03% (PO = 30 W, RL = 8 Ohm)
Шум, приведённый ко входу	10 мкВ (макс.), 2 мкВ (тип)	10 мкВ (макс.), 2 мкВ (тип)
Полоса пропускания	> 2 МГц	> 2 МГц
Ток покоя	< 85 mA	< 85 mA

Примечание:
* RMS (Rated Maximum Sinusoidal) — Максимальная (предельная) синусоидальная мощность — мощность, при которой усилитель или колонка может работать в течение одного часа без физического повреждения. Обычно именно она указывается как номинальная «приличными» производителями (а не пиковая — PMPO).

Нижнюю границу полосы пропускания производитель микросхемы не указал, поскольку микросхема представляет собой низкочастотный операционный усилитель и может использоваться в качестве усилителя постоянного напряжения с полосой частот от 0 Гц.

Микросхема выпускается в двух модификациях в зависимости от типа корпуса: LM3886TF — с корпусом, полностью покрытым пластиком (как в тестируемой версии) и LM3886T — с открытым металлическим теплоотводом.

Схемотехнически микросхема выполнена на биполярных транзисторах, включая и выходной каскад (т.е. без применения MOSFET-ов и других типов полевых транзисторов).

Полностью все характеристики и типовые схемы включения LM3886 с однополярным и двухполярным питанием указаны в техническом описании (datasheet) LM3886 (PDF, 850 KB).

Правда, типовые схемы включения, приведённые в документе, не отличаются полнотой.

Теперь — углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого усилителя.

Внешний вид и конструкция одноплатного одноканального усилителя класса AB на микросхеме LM3886 с однополярным питанием

Никакой документации в комплекте усилителя не было, но обозначений на самой плате достаточно для её правильного подключения.

Посмотрим на плату усилителя в двух наклонно-диагональных ракурсах:

(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

Вид с противоположной диагонали:

Все внешние подключения осуществляются без помощи пайки — с помощью клеммников под винт.

Задняя сторона платы:

На этом снимке видна главная особенность применённых микросхем LM3886TF — изолированный корпус.

Это позволит использовать радиатор, не заботясь о его электрической изоляции от металлических элементов корпуса усилителя. Он может даже выходить наружу и при этом быть электробезопасным для потребителей, если только не допущено каких-то других нарушений по этой части.

Обратная сторона платы:

Металлизация на плате — двухсторонняя: и на верхней, и на нижней стороне.

На верхней стороне металлизация покрыта защитным лаком чёрного цвета, а на нижней — светлым (белым с лёгким голубым оттенком).

И на верхней, и на нижней стороне лак — слабо прозрачный, из-за чего на плате довольно трудно отслеживать расположение соединительных дорожек.

Флюс, в основном, отмыт хорошо; но кое-где пришлось его дотереть.

По углам платы расположены отверстия для её закрепления в корпусе.

Перед испытаниями к микросхемам платы был прикреплён теплоотвод, в качестве которого использовался ставший не нужным кулер от процессора Intel Pentium 4 (S478).

Получилась такая конструкция:

Вид с обратной стороны:

Данную конструкцию вряд ли можно считать оптимальной: из-за горизонтального расположения рёбер естественная вентиляция радиатора будет ухудшена. По-хорошему, усилителю требуется более крупный радиатор и с вертикальным расположением рёбер (или игольчатый).

Так что данную конструкцию можно рассматривать не как окончательную, а только как временную для проведения испытаний.

Внимание! При установке радиатора (-ов) применение термопасты крайне желательно!

В следующей главе разберём, что к чему и зачем на этой плате усилителя.

Схемотехника одноплатного одноканального усилителя класса AB на микросхеме LM3886 с однополярным питанием

Перед анализом схемы посмотрим на плату усилителя вертикально сверху:

Особенность платы — в том, что она при необходимости легко может быть легко переделана из одноканальной мостовой схемы (BTL) в двухканальный стереоусилитель. Для этого на плате даже установлены некоторые «лишние» элементы и сделаны контактные площадки для внешних соединений.

Ещё один вариант получения стереозвучания — приобретение двух таких плат, каждая из которых будет работать в своём канале.

Усиление обеспечивается правой микросхемой на фото (коэффициент усиления - 22), а левая работает в качестве инвертирующего усилителя с коэффициентом передачи минус 1. Итого, благодаря мостовой схеме, полное усиление составляет 44.

Ножки микросхем — очень широкие, явно рассчитанные на высокий ток.

Самые яркие (в прямом смысле) элементы на плате — большие красные плёночные конденсаторы с номиналом 2.2 мкФ*250 В. То, что они — плёночные, это — хорошо (стабильность). А допустимое напряжение в 250 В — это явное излишество (можно было бы и ниже в разы). Вероятно, производитель закупил по дешевке вагон этих конденсаторов, и теперь ставит их, где попало. 🙂

При этом рабочим в мостовой схеме является только правый конденсатор на фото, а левый припаян на случай переделки в стереоусилитель и перемычкой внизу замкнут на землю (перемычка видна на фото).

На плате есть элементы для предотвращения самовозбуждения схемы: прямой и инвертирующий входы микросхем соединены конденсаторами 220 пФ; а на выходах микросхем припаяны RC-цепочки (10 Ом + 0.1 мкФ), соединённые с землёй.

Принципиально важно, что при включении в мостовой схеме удваивается напряжение на нагрузке по сравнению с «обычным» включением при том же напряжении питания; и, соответственно, удваивается и ток. В связи с этим при высоких напряжениях питания может возникнуть перегрузка по току.

В таких случаях может оказаться невозможной работа с нагрузкой 4 Ом, и работа будет возможна только с нагрузкой 6-8 Ом или выше.

Испытания мостового УНЧ с двухполярным питанием на микросхеме LM3886

При измерениях использовались: импульсный блок двухполярного питания на ±24 В (обзор), DDS-генератор сигналов FY6800 (обзор) и осциллограф Hantek DSO5102P (обзор).

По указанным выше причинам испытания проводились с нагрузкой 8 Ом.

Сначала был замерен ток покоя усилителя. Он составил 102 мА.

Формально такое значение тока покоя — небольшое; но, с учётом высокого напряжения питания, это приводит к существенному нагреву усилителя (мощность рассеяния — 4. 9 Вт). В конфигурации с радиатором, изображенным на фото в предыдущей главе, температура составила 46 градусов при температуре окружающей среды 22 градуса.

Шумы усилителя оказались очень малы и практически не заметны.

Испытания с синусоидальным сигналом

Синус 1 кГц, амплитуда ~0.5 от максимальной:

При таком уровне сигнала форма синуса — практически идеальная, при этом мощность в нагрузке составляет уже 24.5 Вт.

Синус 1 кГц, амплитуда — на уровне начала ограничения:

На верхушках сигнала заметна небольшая «бахрома», которая может свидетельствовать о процессах самовозбуждения в эти моменты.

Мощность на выходе W = U^2 / 2R = 101 Вт. Очень неплохо!

При этом ток, потребляемый от источника питания, составил 3.1 А (мощность 48В * 3.1 А = 148.8 Вт).

КПД усилителя составил, соответственно 101/148.8 = 68%.

При этом надо отметить относительно высокое «остаточное» напряжение на транзисторах выходного каскада микросхем — около 4 В. Это может стать причиной сильного падения выходной мощности и КПД при низких значениях напряжения питания.

Нагрев был сильным; температура микросхем с применённым радиатором составила 76 градусов (измерена инфракрасным термометром Benetech 531).

Синус 1 кГц, амплитуда — с ограничением:

Вокруг плоских площадок на уровнях ограничения видны «рожки» с кратковременным более высоким уровнем сигнала. Происхождение этих «рожек» объяснить затруднительно.

Для обнаружения искажений типа «ступенька» (характерных при переходе сигнала через нулевой уровень) использовался синусоидальный сигнал с частотой 100 кГц с уровнем ~0.5 от максимального.

Частота в 100 кГц была выбрана по той причине, что обычно такие искажения более заметны на высоких частотах.

В данном случае они имеют незначительную величину. На картинке с масштабом 5 В / дел. их вообще не удаётся обнаружить; но при масштабе 1 В / дел. можно заметить некоторый изгиб вблизи нуля (для его обнаружения рядом проведена прямая линия красным цветом:

Для обнаружения этого изгиба пришлось создать совершенно нереальные условия работы усилителя.

В реальных условиях никакого искажения сигнала по причине «ступеньки» нет.

Синусоидальный сигнал использовался также и для проверки работы одной из микросхем усилителя не в мостовом, а в одиночном включении; при этом была подключена нагрузка 4 Ом.

Синус 1 кГц, нагрузка 4 Ом, одиночное включение, амплитуда — с ограничением:

Мощность на нагрузке составила 51 Вт, потребляемый ток — 1.6 А, КПД = 66%.

Испытания с сигналом прямоугольной формы

Прямоугольник 10 кГц, амплитуда в «плоской» части ~0.5 от максимальной:

На осциллограмме видны выбросы вблизи фронтов сигнала. Судя по их несимметричности, они возникли не только из-за наличия частотно-зависимых элементов в схеме платы, но и из-за внутренних особенностей микросхемы LM3886.

Прямоугольник 2 кГц, амплитуда в «плоской» части — максимальная:

На этой осциллограмме «рожки» выбросов оказались почти полностью срезаны, так как вышли за границы динамического диапазона.

В нижней полуволне видна «бахрома», предположительно, от самовозбуждения.

Мощность на выходе составила 185 Вт, мощность потребления 228 Вт, КПД 81%.

Испытания с сигналом треугольной и пилообразной формы

Треугольник, пила и обратная пила 2 кГц, амплитуда ~0. 5 от максимальной:

Склоны треугольника и пилы — практические идеальные, но сигнал на последней осциллограмме сопровождается сильным выбросом (как на прямоугольнике).

Треугольник 1 кГц, пила и обратная пила 2 кГц, амплитуда — максимальная:

Линейность склонов треугольника и обоих пилообразных сигналов — на высшем уровне, и только «бахрома» в точках минимума сигнала на первой и второй осциллограммах слегка портит гламур.

Амплитудно-частотная характеристика одноплатного усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме LM3886

Амплитудно-частотная характеристики снималась методом подачи на вход сигнала с линейно-нарастающей частотой от 10 Гц до 40000 Гц.

И вот что получилось:

Один цикл прохождения полосы частот 10 Гц — 40 кГц обведён красной рамкой, он и представляет собой АЧХ в данном диапазоне.

АЧХ получилась абсолютно плоской, что подтверждает высокие характеристики применённых микросхем LM3886.

Более детальная проверка в области низких частот показала, что по уровню минус 3 дБ полоса начинается от частоты 3.3 Гц.

Что касается высоких частот (свыше 40 кГц), то был обнаружен плавный подъём характеристики в районе 230 — 240 кГц примерно на 18%, после чего шёл уже довольно быстрый спад.

Видимо, из-за этого подъёма и образовывались выбросы, заметные на осциллограммах с прямоугольным и пилообразным сигналами.

Окончательный диагноз одноплатного усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме LM3886

Усилитель показал себя с самой наилучшей стороны.

Он, действительно, может отдавать в нагрузку очень большую мощность с ничтожными искажениями.

Небольшие шероховатости в виде «бахромы» возникают только при подаче сигнала на уровне максимального напряжения на выходе; что, в общем-то, не является рабочим режимом с точки зрения качества воспроизведения сигнала.

Кроме очень малых искажений, усилитель отличается прекрасной амплитудно-частотной характеристикой.

И, наконец, до кучи: при желании этот монофонический мостовой усилитель можно переделать в стереофонический «обычный» усилитель.

Особенность усилителя — требование довольно высокого напряжения питания, не менее ±10 В. А лучше — более высокое напряжение питания (от ±20 В) для получения высокой выходной мощности и улучшения КПД.

Где купить мостовой УНЧ на LM3886

Купить плату протестированного в этом обзоре усилителя на основе LM3886 можно на Алиэкспресс, например, по этой ссылке. Цена на дату обзора — около $25 (в дальнейшем может меняться).

Обзоры других усилителей класса AB — здесь.

Обзоры усилителей класса D — здесь.

Весь раздел «Сделай сам! (DIY)» — здесь.

Вступайте в группу SmartPuls. Ru Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
   16 февраля 2021 г.

Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!

Усилитель мощности на микросхеме Lm3886 (2*68 Вт) с темброблоком

Изучаем модуль — усилитель мощности на микросхеме LM3886.

На картинке в правом нижнем углу сфоткан какой-то другой уже собранный усилитель.

Микросхема LM3886 — монофонический усилитель мощности (УНЧ) класса АВ с очень хорошими характеристиками. Популярна у радиолюбителей. При небольшом количестве деталей можно самому собрать УНЧ с характеристиками промышленных аппаратов стоимостью за 200-300$.

Посмотрим характеристики этой платы:

1. Напряжение питания: двойное переменное 20V-28V, рекомендуется использовать трансформатор с двумя обмотками 26V и мощностью 150 Ватт
2. Выходная мощность — до: 68W * 2
3. Сопротивление нагрузки: 4-8 Ohm
4. Размеры: 15*9.3*5 см

Пришло в пакете с несколькими слоями упаковки:

Плата дополнительно упакована в пленку:

Приложили пакет с фурнитурой — два винта для крепления микросхем к радиатору, гайки и шайбы для крепления потенциометров.

Один операционник в темброблоке похоже с помощью пресса в панельку вставляли:

Размеры платы:

По фотографии видно — схема разбита на 4-е части: предусилитель-темброблок, УНЧ, защита акустической системы и блок питания.
Плата двухсторонняя. Обратная сторона платы:

Флюс отмыт на 4-ку. Если куда-то устанавливать данный усилитель на постоянное использование, то лучше промыть плату жидкостью для снятия флюса.
Посмотрим какие детали используются в этом усилителе:
Конденсаторы фильтра блока питания, реле защиты акустической системы и терминалы для ее подключения:

Терминалы понравились — фиксируют все прочно, толстый провод залазит без проблем. Зачем-то терминалы для подключения динамиков расположили на передней панели платы. Или провода динамиков сзади подключить к этим клеймам?

RCA — входные разъемы.

Нижний разъем мало того, что распаян криво, так еще тюльпан не влазит вообще в него. Расширил.

За входными гнездами есть три отверстия для установки колодки, если расположение входных гнезд почему-то не устаивает (например, хотим разместить на задней стенке корпуса).

Конденсаторы между темброблоком и микросхемами УНЧ: Hi-emd качества известной фирмы JIE DUE DENC:

Микросхемы УНЧ LM3886TF. Корпус пластиковый (TF), можно крепить к радиатору без изоляционной подложки. Настоящие или фейковые чипы — непонятно:

В темброблоке-предусилителе используются операционные усилители (ОУ) NE5532. На плате указана возможность замены на ОУ более высокого класса — AD827, OPA2604.

Взвесим плату:

Схема усилителя

Схему рисовал по плате. Возможны ошибки какие-то. Если кто заметит, пишите. Подправлю. Мне кажется немного странным расположение регулятора громкости. Как видно по схеме микросхема LM3886TF включена в обычном режиме.

Для подключения будем использовать трансформатор на 250 Ватт:

По паспорту две обмотки по 25 В, 4А:

Прикручиваем радиатор к микросхемам, нагрузка резисторы 8 Ом 100 Вт, подключаем питание:

Замеряем напряжение питания на выходе трансформатора (сигнал на УНЧ не подается):

По паспорту 25 В переменного напряжения, по факту 27.6 В. Может это и к лучшему :-). В описании усилителя можно использовать питание до 28 В переменного тока.

После выпрямителя и конденсаторов-фильтров:

37. 3 В. Микросхема будет работать почти на пределе. Это плохо. Лучше использовать трансформатор на 20-22 В.
На темброблоке после стабилизаторов (на плате для замеров есть контактные площадки для измерения) — 12 В.

Проверим постоянное напряжение на выходе УНЧ (Это напряжение выводит из строя громкоговорители, в этом УНЧ стоит защита от постоянки, но все равно проверим):

Нормально все с постоянкой на выходе.
Подключаем генератор сигналов на вход УНЧ, регулятор громкости (РГ) и осциллограф на выход. Нагрузка 8 Ом. Подаем стандартный синусоидальный сигнал в 1 кГц и увеличивая его величину, вводим усилитель в клиппинг ( клиппинг — англ. clipping — обрезание, отсечение, срезание — форма искажения звука, выражающаяся в ограничении амплитуды сигнала при превышении выходным напряжением усилителя предела напряжения питания):

На генераторе сигнала:

Получается, что усилитель может развивать мощность P=U*U/R=58/2*58/2/8=105 Ватт. Prms=105/2=52.5 Ватта
Если клиппинг убрать, тогда получаем:

Мощность максимальная 87 Ватт. Prms=87/2=43,5 Ватт
Изменим форму сигнала (уровень вх. сигнала оставим без изменения) прямоугольный. Правда сначала сигнал не был прямоугольным. Покрутил регуляторы тембра и добился более-менее вид прямоугольника:

Изменим опять форму сигнала на треугольный:

Теперь подключим усилитель к звуковой карте и прогоним тесты в программе RMAA.
Смотрим частотную характеристику УНЧ (регуляторы тембра в среднем положении, на вход прямоугольный сигнал -> на выходе чтобы был прямоугольник):

Остальные измерения

Регуляторы тембра в макс. положение:

Регуляторы тембра в мин. положение:

Чтобы регуляторы тембра не влияли на измерения, отпаял входные выводы у конденсаторов (больших красных Hi-emd качества известной фирмы JIE DUE DENC), подал на вход сигнал и провел измерения. Частотная характеристика:

Другие измерения Lm3886

Послушал усилитель. Подключил акустику (Mission M51). Источник ESS0204. Фона нету. На мин. положении регулятора громкости на УНЧ очень тихо слышна в колонках музыка. Треска при вращении регуляторов (громкость, тембр) на УНЧ нет. Перекоса каналов нету.
Играет чисто, по слуху усилок как-то подчеркивает средние-высокие частоты. Видимо это особенность микросхемы Lm3886. Усилитель Худа 1969 (https://mysku.club/blog/aliexpress/47677.html) по звуку мне нравиться больше.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

TDA7294 vs LM3886 — объективное сравнение

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.

Результаты сводим в таблицу:

Микросхема	Скорость нарастания «реальная», В/мкс	Скорость нарастания максимальная, В/мкс
TDA7293	6	8,3
LM3886	5,6	16,6

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.

Параметр	Сопротивление нагрузки, Ом	LM3886	TDA7293
Кг (THD), %	8	0,02	0,01
Кг (THD), %	4	0,034	0,015
Кг’, %	8	0,64	0,52
Кг’, %	4	0,43	0,59

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:

Комплексность нагрузки влияет не так уж и сильно (особенно на «правильный» Кг’).
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: 7156 — Today Page Visits: 4

Комплект усилителя на микросхеме LM3886 (Gainclone)

Джованни Милитано

Делиться

4706 Усилитель Gaincard и усилители Gainclone

Так что же такое усилитель Gainclone? Первоначально под усилителем Gainclone обычно понимали клон Лаборатории 47 Усилитель карты Gain . Простой усилитель Gaincard основан на интегральной схеме (ИС) LM3875 National Semiconductor (теперь Texas Instruments). Усилитель 47 Laboratories Model 4706 Gaincard имеет следующие особенности:

9 частей на канал на базе микросхемы LM3875
Очень короткий проход сигнала и петля NFB
Фильтр блока питания с конденсаторами от 1000 мкФ до 2200 мкФ
Регулирование напряжения с помощью трансформатора с вырезным сердечником 170 ВА
Выходная мощность 50 Вт (25 Вт на канал)

Однако с течением времени для многих усилитель Gainclone теперь обычно понимается как любой малокомпонентный усилитель, основанный на мощной ИС и предназначенный для высококачественного звука. На фотографии 1 ниже показана карта Gaincard модели 4706 47 Laboratories, которая продается по цене около 3300 долларов США. Несмотря на высокую розничную стоимость Gaincard, вы без труда сможете самостоятельно собрать великолепно звучащий усилитель Gainclone примерно за 200–300 долларов США.

Фотография 1: 47 Лабораторная модель 4706 Gaincard и Power Humpty

Усилитель Gaincard модели 4706 был представлен в 1999 году компанией 47 Laboratory. Усилитель Gaincard с его нетрадиционной конструкцией, в котором было гораздо меньше деталей, меньшая емкость и более простая конструкция, чем у усилителей Hi-Fi аналогичной мощности. Усилитель Gaincard вызвал недоумение в сообществе аудиофилов, когда было обнаружено, что усилитель Gaincard стоит менее 100 долларов США по частям, но продается за 3300 долларов США с его небольшим блоком питания. Споры возникли после ряда положительных отзывов об усилителе Gaincard в журналах. Перенесемся на несколько лет вперед, и теперь Gainclone, вероятно, является наиболее популярным и известным проектом усилителя DIY среди аудиолюбителей. В этом DIY Audio Project я прохожу сборку усилителя LM3886 Gainclone для себя, чтобы показать, насколько просто собрать эти усилители и услышать звук Gainclone для себя.

Печатная плата LM3886 с сайта chipamp.com

Итак, теперь вы заинтересованы в создании усилителя на микросхеме Gainclone для себя и задаетесь вопросом, с чего, черт возьми, вам следует начать? Вы можете начать с chipamp.com, где вы можете приобрести печатные платы (PCB) и комплекты деталей для усилителей LM1875 (20 Вт) и LM3886 (68 Вт). Это оставляет вас с поиском оставшихся частей, силового трансформатора и корпуса. На фотографии 2 показана плата усилителя LM3886 и плата блока питания с сайта chipamp.com. Это доски очень хорошего качества с короткими и толстыми следами. Я использовал эти печатные платы для ряда сборок усилителей Gainclone.

Фотография 2: Усилитель LM3886 и плата блока питания с сайта chipamp.com

Для получения подробной информации об этой схеме неинвертирующего усилителя LM3886, печатной плате и реализации см. Руководство пользователя комплекта неинвертированного усилителя LM3886 — (PDF, 280 КБ). Для справки схема усилителя из приведенного выше руководства пользователя показана ниже на рисунке 1.

Рис. 1. Схема усилителя на микросхеме LM3886 (Gainclone)

Схема усилителя построена на микросхеме LM3886 (фото 3). LM3886 — это высокопроизводительный аудиоусилитель мощности, способный обеспечить непрерывную среднюю мощность 68 Вт на нагрузку 4 Ом и 38 Вт на нагрузку 8 Ом с 0,1% THD+N в диапазоне частот 20 Гц — 20 кГц. Полную информацию и рабочие параметры микросхемы LM3886 см. в Техническом описании LM3886 (PDF 1,2 МБ). Коэффициент усиления схемы усилителя LM3886 установлен на уровне 33. Чтобы отрегулировать коэффициент усиления в соответствии с вашей конфигурацией Hi-Fi, обратитесь к руководству пользователя или техническому описанию LM3886 выше.

Фотография 3: интегральная схема (IC) LM3886TF

Для справки, схема блока питания, также взятая из руководства пользователя, показана ниже на рис. 2. Обратитесь к таблицам в техническом описании, чтобы выбрать шины напряжения питания для усилителя, которые лучше всего подходят для нагрузки динамиков, которую вы собираетесь управлять. Использование силового трансформатора мощностью от 160 до 300 ВА будет подходящим для создания стереоусилителя с усилением. Для моих более поздних сборок я использовал 250-300 ВА и платы с двойным монофоническим питанием. Дополнительные указания по выбору подходящего силового трансформатора см. в разделе 2.1 «Выбор трансформатора» в Руководстве пользователя комплекта неинвертированного LM3886.

Рис. 2. Схема блока питания усилителя LM3886

Конструкция — комплект усилителя на микросхеме LM3886 (Gainclone)

Для моей сборки gainclone я купил печатные платы для неинвертированного усилителя LM3886 и блока питания на сайте chipamp.com. Я отказался от частичного комплекта, который включает микросхему LM3886, выпрямители, конденсаторы и резисторы, потому что у меня уже были почти все необходимые компоненты. Для резисторов я решил использовать резисторы из углеродной пленки, которые были у меня под рукой. Углеродные резисторы имеют стандартную мощность 0,5 Вт, и вы должны установить их, как показано на фотографии 4, чтобы они соответствовали печатной плате, размер которой соответствует резисторам компактного размера. Для моих последующих сборок усилителя с усилением клона своими руками я использовал компактные металлопленочные резисторы мощностью 0,5 Вт 1%, которые хорошо зарекомендовали себя. Обратите внимание, что резисторы Zobel и bleeder должны быть рассчитаны на мощность 2 Вт или выше. Для фильтрующих конденсаторов 10000 мкФ, показанных в блоке питания, я использовал конденсаторы 15000 мкФ, которые также были у меня под рукой и подходили к плате блока питания. Конденсаторы действительно влияют на звук, и использование конденсаторов хорошего качества приведет к улучшению звука. Мне нравятся результаты, полученные с использованием конденсаторов Nichicon Muse, Panasonic, Black Gate и WIMA. Полупроводники — National LM3886, а диоды — сверхбыстродействующие MUR860, которые были у меня в коллекции в качестве образцов. Тороидальный трансформатор, используемый для сборки усилителя Gainclone, представляет собой Plitron 160 ВА с двумя вторичными обмотками 22 В переменного тока, восстановленный из предыдущей сборки усилителя. Радиаторы, которые я использовал, больше, чем требуется, также от предыдущей сборки усилителя DIY.

Фотография 4: Усилитель на ИС LM3886 в сборе с печатной платой и радиатором

Для себя я всегда нахожу, что самой сложной частью проекта по созданию усилителя своими руками часто является корпус. Я построил несколько ламповых усилителей, используя простой алюминиевый корпус Hammond, поэтому я решил использовать корпус Hammond, так как у меня уже были радиаторы для усилителя. Шасси 1444-32 Hammond можно было приобрести в Виннипеге в компании Tip Top Electronic Supply примерно за 33 доллара (май 2006 г. ). Алюминий — хороший материал для корпусов проектов, так как его легко сверлить, напильниковать и шлифовать.

Фото 5: Алюминиевый корпус Hammond 1444-32

Для подключения к сети я использовал розетку IEC на 6 ампер со встроенным фильтром электромагнитных помех. Как и многие другие детали, разъем IEC был переработан из неисправного компьютерного ЭЛТ-монитора. В держателе предохранителя (тоже из моей корзины с подержанными деталями) находится плавкий предохранитель на 2 ампера. При подключении электропроводки проконсультируйтесь и соблюдайте действующие в вашем регионе электротехнические нормы и правила.

На фотографии 6 ниже показана нижняя сторона сборки усилителя на микросхеме LM3886. Я скрутил все провода переменного тока вместе и по понятным причинам держал входы RCA и плату усилителя близко друг к другу и подальше от переменного тока. На фотографии вы также можете увидеть заземление звезды. Шасси оказалось немного больше, чем требовалось, поэтому этот усилитель можно было легко поместить в корпус меньшего размера. Корпус и радиаторы больше, чем требуется, поэтому я не стал добавлять вентиляцию в корпус, так как в этом нет необходимости. Однако, если вы используете радиаторы меньшего размера, не забудьте обеспечить поток воздуха вокруг них для охлаждения. На передней панели усилителя Gainclone находится небольшой выключатель питания со встроенным светодиодом, который работает от платы блока питания.

Фотография 6: Схема усилителя на микросхеме LM3886 (Gainclone)

На заднем виде усилителя LM3886 gainclone, показанном на Фото 7, вы можете видеть, что использовались простые никелированные разъемы RCA и клеммы для крепления динамиков. Ручки корпуса — старые ручки шкафа. Вот он, мой первый усилитель с усилением, в который было вложено менее 100 долларов. Если вам нужно приобрести все детали для себя, включая красивый корпус, вы должны запланировать потратить около 300 долларов США. С наборами и направляющими от chipamp.com весь процесс становится для вас довольно простым.

Фотография 7: Микросхемный усилитель LM3886 (Gainclone, вид сзади)

Прежде чем использовать усилитель Gainclone в первый раз, необходимо проверить и убедиться в отсутствии значительного смещения постоянного тока на выходных клеммах усилителя. Для проверки используйте мультиметр, чтобы проверить выходы усилителя на наличие постоянного напряжения. Для этого теста источник не требуется. Нет необходимости беспокоиться о смещении постоянного тока менее 50 мВ. Кроме того, обратите внимание, что на пути сигнала нет блокировочных конденсаторов по постоянному току, поэтому вы также должны убедиться, что ваш источник имеет блокирующие конденсаторы по постоянному току на выходе и не является источником постоянного тока.

Звук — комплект усилителя на микросхеме LM3886 (Gainclone)

Когда я впервые запустил самодельный усилитель клонирования LM3886, я был сразу же поражен доступной мощностью, уровнем детализации и хорошим откликом басов. Сборка усилителя LM3886 gainclone звучала намного лучше, чем я ожидал, и намного лучше, чем должна, учитывая простоту и тот факт, что я использовал недорогие компоненты и источник питания 160 ВА.

Фотография 8: Микросхемный усилитель LM3886, вид спереди и сверху (Gainclone)

Для проверки компонентов я сравнил звук усилителя LM3886 с ламповым усилителем K-12M, который я недавно собрал. Сравнение между усилителем на микросхеме LM3886 и ламповым усилителем К-12М является справедливым, поскольку они оба являются самодельными усилителями и имеют сходную цену (около 200–300 долларов). Однако на этом сходство заканчивается. Основное различие между двумя самодельными усилителями заключается в выходной мощности — на 8 Ом ламповый усилитель K-12 составляет около 8 Вт, а LM3886 — 35 Вт+. С практической точки зрения, усилитель на микросхеме LM3886 гораздо более гибок, так как он имеет гораздо большую доступную мощность и может легко управлять широким спектром нагрузок динамиков. Для сравнения прослушивания я использовал колонки с номинальной чувствительностью 91 дБ/1 Вт/1 м и уровни прослушивания от низкого до среднего. Между двумя разными усилителями я обнаружил, что мне больше нравится басовый отклик усилителя на микросхеме LM3886, чем у лампового усилителя. Ламповый усилитель К-12М обладает превосходными характеристиками на средних частотах. Высокочастотный отклик усилителя LM3886 стал еще более расширенным и четким. Для своей стоимости оба этих самодельных усилителя звучат очень хорошо. Я дам К-12М только небольшое преимущество из-за его средних характеристик. Тем не менее, время от времени и на некоторых записях усилитель LM3886 Gainclone звучит для меня более детально.

Другие проекты усилителей Chip Amp / Gainclone

Набор усилителей Gobo LM1875
Усилитель Hi-Fi на микросхеме TDA2050 своими руками
Synergy — усилитель Gainclone LM3875
Комплект усилителя на микросхеме LM3875 (Gainclone)
Nanoo — Усилитель на микросхеме LM3875 своими руками (Gainclone)

Микросхемный усилитель LM3886 с открытым исходным кодом.

– (mis) Приключения в Hi-Fi

Решил собрать для друга усилитель. Есть много хороших микросхем для усилителей, и несколько месяцев назад мне удалось купить пару новых операционных усилителей LM3886 за 5 фунтов стерлингов у продавца на DIYAudio. Определившись с чипом, искали подходящую компоновку. Как бы мне ни хотелось попробовать Neurochrome LM3886DR, стоимость плат слишком высока для этого проекта. Я рассматривал платы CircuitBasics, но физический размер печатных плат значительно увеличил стоимость. К счастью, с точки зрения сроков, недавняя ветка на DIYAudio была посвящена созданию макета печатной платы с открытым исходным кодом для LM3886. Хотя инициирован и в значительной степени разработан пользователем 00940, был получен некоторый вклад от других, в том числе совет Тома Кристиансена из Neurochrome, что привело к тому, что должно быть хорошей реализацией. Файлы Gerber, набор файлов, необходимых лаборатории печатных плат для производства вашего проекта, находятся в свободном доступе для использования и модификации здесь. Изготовление десяти плат усилителей обошлось мне менее чем в 6 фунтов стерлингов.

Плата LM3886 с открытым исходным кодом

Блок питания предоставлен Брайаном Беллом, бывшим владельцем Chipamp.com. После передачи контроля над этой небольшой компанией другому лицу компания, казалось, пошла на спад, но после ее распада Брайан великодушно передал созданные им конструкции, включая этот блок питания, в общественное достояние. Если размеры платы не превышают 100 мм X 100 мм, стоимость производства и почтовых расходов незначительна и снова составляет менее 6 фунтов стерлингов. Файлы Gerber можно найти здесь.

Плата блока питания Chipamp.com, теперь общедоступна

Требования к источнику питания были рассчитаны с использованием отличного руководства на веб-сайте Circuitbasics. Я стремлюсь к 30 Вт на канал в динамиках 8 Ом, и поэтому мой трансформатор должен быть вторичным ± 18 В с минимальным номиналом 100 ВА. Я остановился на 160 ВА, так как они были на 10 фунтов дешевле, чем 120 ВА от того же производителя.

Конструкция плат блока питания относительно проста, но есть несколько моментов, на которые следует обратить внимание. Монтаж разъемов под плату ставит провода очень близко к обрезанным выводам диодов. R3 припаян к нижней стороне печатной платы. Платы измерили ожидаемые +/-27В. Анод светодиода имеет круглую, а не квадратную площадку. 9Блок питания 0010 Chipamp.com. Обратите внимание на разъемы переменного тока под диодами. Ожидаемое напряжение составляет 27 В от трансформатора +/- 18 В.

Что касается платы усилителя, в этой сборке следует учитывать несколько важных моментов. Во-первых, включение резистора SMD… Я не осознавал этого, когда заказывал платы. Мне нужно было найти, как паять эти компоненты, но это было несложно. Во-вторых, размещение индуктора. На первую плату я установил резистор R10, не задумываясь о размещении катушки индуктивности. Для второй платы я поместил резистор внутрь катушки. Я остался со спецификацией, созданной 00940 за платы и так они набиты качественными деталями, Vishay, Nichicon, TDK, Kemet, Wima и так далее.

Нижняя сторона плат усилителя, обратите внимание на резистор SMD рядом с радиатором. После того, как все припаяно, я очищаю нижнюю сторону плат, используя 99,9% изопропанол. Эти микросхемы LM3886 представляют собой изолированные корпуса, поэтому для них требуется только термопаста. Проверьте, какой у вас тип, прежде чем прикреплять оба модуля к радиатору. Здесь вы можете увидеть различные способы монтажа индуктора, правый канал лучше с резистором внутри индуктора.

В стандартном примерном макете есть два так называемых дополнительных компонента устойчивости. В сети Тиля параллельно используется резистор 10 Ом и катушка индуктивности 0,7 мкГн. Индуктор образован путем намотки покрытой эмалью проволоки вокруг цилиндрического формирователя, такого как ручка. Для расчета количества витков и необходимой длины я использовал калькулятор с этого сайта.

Для тестирования платы усилителя необходимо прикрепить к радиатору для теплового охлаждения. Я также последовательно подключил пару резисторов мощностью 2 Вт к силовым проводам от блока питания к усилителям. Дешевые динамики просто необходимы, на всякий случай. К счастью, с первой попытки все получилось.

После тестирования начинается процесс сборки корпуса HiFi2000 Pesante. Я использую дополнительную опорную пластину, так как стандартная база слишком большая. Вы можете заметить пару дополнительных переключателей в этой сборке. Первоначально я собирался включить ЦАП PiZero и стример, но у меня были проблемы с шумом, которые я не мог решить. Два переключателя питания должны были обеспечивать независимое отключение блоков питания усилителя и трансформатора Pi. Переключатель рядом с входами RCA является селектором, позволяющим использовать либо внешние источники, либо прямую подачу с внутреннего ЦАП.

Чтобы максимально устранить или уменьшить шум, я уделил особое внимание правильной практике заземления и компоновки. Я не сомневаюсь, что он мог бы быть и лучше, но в нынешнем виде усилитель для моих ушей почти бесшумный, когда не играет музыка. Я сохранил хорошее разделение между элементами питания и усилителями и связанной с ними сигнальной проводкой. Я соединил заземление на отдельных платах блоков питания и объединил их с заземлением усилителей в звезду, состоящую из разъема Wago 221. Один провод выходит из этой звезды для подключения к цепи заземления (подробно описанной в этой сборке), а затем продолжается к защитному заземлению шасси. Как указано другими, должно быть только одно соединение с шасси. Вы также можете заметить, что я удалил анодирование вокруг отверстий под болты и винты на шасси, чтобы обеспечить непрерывность.

Блок-схема подключения моей установки. Есть небольшое отличие от готового усилителя, а именно два переключателя, которые отсутствуют на этом изображении.

Я протестировал законченный усилитель с динамиками Wharfedale 220 и источником звука Chromecast, так как получатель будет использовать его, и я очень им доволен.

С точки зрения стоимости усилитель может быть изготовлен различными способами в зависимости от бюджета. Я выбрал два трансформатора и два блока питания, потому что хотел попробовать что-то отличное от последнего собранного мной микросхемы.

Две платы блока питания и детали — 25 фунтов стерлингов
Два трансформатора — 42 фунта стерлингов
Две платы усилителя и приличные детали — 41 фунт стерлингов (мои операционные усилители были куплены подержанными, поэтому бюджет немного больше)
Схема заземления — 4,50 фунта стерлингов
Шасси, опорная плита и почтовые расходы – 93 фунта стерлингов
Различные детали сборки, переключатели, разъемы и т. д. – 20 фунтов стерлингов

Вот так:

Нравится

12 комментариев / Сделай сам, Усилители / Автор Жидкий Майк / 6 ноября 2014 г. 5 ноября 2021 г. / 47 лабораторий, Чип-усилитель, карта усиления, усиление клона, комплект усиления клона, lm3875, lm3886, сборка усиления клона LM3886, LM4780

LM3886 — одна из интегральных схем однокристального монолитного усилителя Texas Instruments. Это практически полноценный усилитель на кристалле, и для создания полнофункционального высокопроизводительного усилителя требуется всего несколько дополнительных деталей.

LM3886 отличается низким уровнем искажений (менее 0,1%) и приличной выходной мощностью при легкой нагрузке. Каждый моночип будет выдавать около 50 Вт RMS на 8 Ом, с соответствующим радиатором и шинами питания. Он обеспечивает немного меньшую мощность на 4 Ом, хотя это зависит от напряжения, которое вы подаете на чип.

Origins

Концепция гейнсклона LM3886 восходит к 1999 году и к компании под названием 47 Labs. Разработчики 47 Labs представили усилитель под названием 4706 Gaincard. В то время карта Gaincard получила хорошие отзывы, но вызвала серьезные споры. Это звучало великолепно, несмотря на то, что не использовалась большая фильтрация источника питания и почти не было деталей.

Очень элегантный и простой усилитель 4706 Gaincard от Sakura Systems.

Gaincard дерзко бросил вызов традиционной конструкции усилителя. Однако большая часть споров возникла из-за запечатанного шасси 47 Labs и того, что было спрятано внутри. Герметичный корпус и ценник в 3300 долларов, естественно, заставили владельцев заглянуть внутрь, и когда кто-то наконец это сделал, дерьмо попало в вентилятор…

Войдите в Gainclone

Звуковое сообщество быстро обнаружило, что Gaincard, продающаяся в розницу по цене более 3 тысяч долларов, представляет собой не что иное, как пару интегральных схем LM3886 и комплектующие стоимостью в несколько долларов. Конечно, это было креативно, даже гениально. Общий путь прохождения сигнала составлял всего несколько сантиметров, а шасси было красивым, но владельцы чувствовали себя обманутыми, заплатив тысячи долларов за очень хорошее шасси и несколько очень дешевых деталей.

Изображение, вызвавшее всю шумиху, — одно из них. Вы увидите, что на самом деле есть только пара аттенюаторов и две крошечные платы с полдюжиной деталей на каждой. Общая стоимость запчастей? Немного. Настоящая стоимость — в шасси и отдельном блоке питания «Шалтая».

Сообщество DIY-аудио заинтересовалось в этот момент, потому что люди поняли, что они могут создавать клоны, возможно, даже с лучшим звуком , чем у этого дорогого усилителя с хорошими отзывами. Так родился один из величайших аудио-феноменов последних лет — Gainclone!

Мой проект

В сети есть/было несколько наборов LM3886 gainclone, таких как эта и эта красота, но мне нравится набор плат и деталей, которые я получил на ныне несуществующем сайте chipamp. com. Качество печатной платы и деталей отличное, и после обширных исследований я обнаружил, что это был лучший из всех комплектов, доступных в то время.

Есть несколько отличных онлайн-ресурсов, в том числе этот новый, посвященный сборке усилителей LM3886, от Circuit Basics.

Все было очень легко собрать, а комплекты Chip Amp включают в себя качественные фильтрующие конденсаторы Panasonic емкостью 10 000 мкФ, качественные резисторы и другие пассивные элементы. Следы позолочены, а доски изготовлены из стекловолокна.

Вот что вы получаете в комплекте — обратите внимание на отличное качество платы, отличные детали и упаковку. На самом деле нет необходимости покупать дешевый китайский набор, когда все это можно получить за 100 баксов и у такого хорошего парня, как Брайан!

I был , который собирался использовать два запасных трансформатора на 100 ВА с двойными вторичными обмотками на 12 В, соединенными последовательно. Проблема заключалась в том, что 12-вольтовые вторичные обмотки этих трансформаторов на 100 ВА не были бы идеальными для этого приложения, давая около 17 В постоянного тока без потерь на диодах.

Вместо этого я решил использовать один трансформатор на 300 ВА с двумя вторичными обмотками на 25 В. Усилитель по-прежнему сконфигурирован по схеме двойного моно, вторичное напряжение теперь соответствует нагрузке 8 Ом, а одиночный тороидальный трансформатор удачно встал на место прежнего в этом шасси. Вторичные цепи 25 В выпрямляют примерно до 35 В (25 x 1,414) за вычетом диодных потерь.

Я решил использовать это старое шасси усилителя, которое у меня завалялось:

Старое шасси усилителя мощности – к сожалению, сетевой трансформатор на 300 ВА имеет неправильное вторичное напряжение, поэтому я заказал еще один 300 ВА с 25 В вторичными.

На следующих нескольких фотографиях показана подготовка корпуса, включая установку серебряных клемм CMC для динамиков, серебристых разъемов CMC RCA и монтаж радиатора.

Сборка

Это шасси почти идеально. Я использовал существующие радиаторы и угловые кронштейны, точку крепления трансформатора, сетевой ввод и сетевой выключатель.

Я только что добавил серебряные клеммы CMC для динамиков. Вот крупный план внутренней части этих прекрасных посеребренных клемм CMC. Серебро — лучший проводник, а CMC делает отличные разъемы. Здесь мы видим разъемы CMC снаружи. Это ранний макет плат, расположенных внутри шасси, для проверки зазоров, расположения плат, длины проводки и т. д. Здесь вы можете увидеть крупный план готового модуля питания слева, подключенного к модулю усилителя. Обратите внимание на толстый медный провод, который я использовал здесь. Я использовал самый толстый провод, который только мог припаять к платам, для обеспечения наименьшего импеданса источника питания. Вот вид сзади, показывающий модуль усилителя крупным планом. Возможно, вы заметите, что конденсаторы локального фильтра на плате обходятся, это хороший способ сделать что-то. стоковые (из моего стока) клеммники. Мне они нравятся, потому что они очень прочные и при необходимости могут выдержать достаточно большой диаметр проволоки. Я использовал по одному на канал, по обе стороны от сетевого трансформатора.

Это позволяет мне легко разобрать усилитель, если мне когда-нибудь понадобится. Левый канал теперь подключен, а другой еще предстоит сделать. Я использовал толстую многожильную медь, которая довольно жесткая. Преимущество этой разводки, помимо низкого DCR, заключается в том, что она добавляет структурной жесткости платам при пайке на место. добавьте серебряные разъемы CMC RCA. Они превосходного качества, лучше, чем разъемы Neutrik, которые я использовал ранее. Здесь все подключено и готово к тестированию. Я добавил кабельные стяжки и скручил две стойки из посеребренной медной проволоки со сплошным сердечником для передачи входных сигналов. Детали некоторых проводов Это крупный план некоторых деталей проводки в этой версии 1 моего усилителя LM3886. Позже я модифицировал проводку, включив в нее настоящую звезду-землю в версии 2. Это было сделано в ответ на некоторые проблемы с гулом.

Performance & Ground Loops

На изображении выше видно, что мой усилитель усиления LM3886 настроен и работает, и звучит великолепно! У этого усилителя есть воздух, тон и звук гладкий и расслабленный. Возможно, по сравнению с моим Krell KSA-150 усилитель немного слабее басов, но на самом деле в большинстве инсталляций усиление клона LM3886 — это потрясающий усилитель.

Одна небольшая проблема возникла из-за недостаточно тщательного обдумывания схемы разводки. При первоначальном тестировании я услышал некоторый гул, который меня удивил. Поразмыслив и прочитав, я решил изменить схему проводки заземления, как показано на изображениях ниже. Я перемонтировал заземляющую проводку, чтобы включить настоящую звездную землю. Это позволило бы избежать многократного возврата земли моего первоначального макета, который вызывал гул.

Посмотрите на изображение ниже, на задней части корпуса возле входов. Я добавил толстую шину, соединяющую земли громкоговорителей, усилителя и источника питания. Я подключил новую шину заземления к заземлению шасси, где заканчивается провод заземления сетевого шнура. Эта договоренность теперь полностью бесшумна.

Это мой пересмотр проводки усилителя и корпуса после принятия решения о необходимости лучшего заземления.