Opowieści z chipa: Wzmacniacz audio LM1875: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Uwielbiam wzmacniacze chipowe - maleńkie pakiety czystej mocy audio. Z zaledwie kilkoma zewnętrznymi komponentami, czystym zasilaczem i solidnym radiatorem możesz uzyskać dźwięk o prawdziwie hi-fi, który może konkurować ze złożonymi, dyskretnymi konstrukcjami tranzystorowymi.

W moim hołdzie LM386 omówiłem nieco więcej korzyści ze wzmacniaczy chipowych - to może być dobre miejsce na rozpoczęcie. Tutaj zagłębię się w to, co sprawia, że LM1875 jest tak wspaniały i jak zbudować prosty obwód. Jedź, Dobbin!

Krok 1: Przywitaj się z LM1875

LM1875 („osiemnaście-siedemdziesiąt pięć”) to potwór z chipa w bardzo skromnym opakowaniu i kolejny bardzo lubiany chip w społeczności audio DIY. Oficjalny arkusz danych (PDF) twierdzi, że jest zdolny do zasilania 20 W przy obciążeniu 8 Ω przy napięciu +-25 V i do 30 W przy dodatkowym +-5 V soku… i wszystko przy mniej niż 1% THD. I choć może to być rzadkie, mogę potwierdzić, że przechwałki w arkuszu danych są na miejscu - te liczby można osiągnąć całkiem wygodnie w rzeczywistości (przy pewnym zdrowym chłodzeniu).

Krok 2: Pinout

Pakiet TO-220, z zaledwie 5 pinami, jest bardzo prosty do podłączenia:

1 - Wejście ujemne (-IN)

2 - Wejście dodatnie (+IN)

Standardowe wejścia wzmacniacza operacyjnego, z dodatnim wejściem odbierającym sygnał audio i ujemnym wejściem podłączonym do masy.

3 - Ujemna podaż (-Vee)

5 - Zasilanie dodatnie (Vcc)

Tutaj zasilasz wzmacniacz, najlepiej z podwójnym zasilaniem. Może być również napędzany pojedynczym zasilaniem, przywiązując pin 3 do uziemienia, jednak może to ucierpieć.

4 - Wyjście

Oto, gdzie jesz słodki, słodki, wzmocniony sygnał.

Krok 3: Schemat i BOM

Oto prosty schemat dla pojedynczego kanału - do stereo potrzebujesz dwóch z nich.

R1 i R2 to rezystory wzmacniające dołączone do wejścia odwracającego wzmacniacza. Wartości 22KΩ i 1KΩ dają wzmocnienie 23:

Zysk = 1 + (R1 / R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Aby zmienić wzmocnienie, po prostu zamień R1 na inny rezystor w zakresie kiloomów i podłącz go do wzoru.

CIC1 do CIC4 to kondensatory odsprzęgające dla LM1875. Mniejszy kondensator (100nF) filtruje zakłócenia o wysokiej częstotliwości na szynie zasilającej, podczas gdy większy kondensator (220uF) zapewnia źródło zasilania, które wygładza spadki napięcia zasilającego. W obwodzie produkcyjnym te zaślepki powinny być umieszczone jak najbliżej styków wejściowych zasilania układu scalonego. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z tym zaskakująco łatwym do zrozumienia artykułem firmy Analog Devices na temat właściwych technik odsprzęgania.

Podobnie C1, C2, R2 i R3 służą do filtrowania szumów, podczas gdy R5 działa jako rezystor obniżający, umożliwiając przejście do masy, jeśli nie jest podłączony sygnał (redukcja przydźwięków).

R6 i C3 tworzą obwód RC, filtr, który usuwa częstotliwości radiowe z powrotem do obwodu i zapobiega powracaniu oscylacji z głośnika do wzmacniacza.

_

BOM:

Układ scalony: LM1875

R1: 22kΩ

R2: 1kΩ

R3: 1kΩ

R4: 1MΩ

R5: 22kΩ

R6: 1Ω, 1W

C1: 10uF elektrolityczny (lub najlepiej folia poliestrowa/polipropylenowa)

C2: 47uF elektrolityczny

C3: 220nF X7R/film

CIC1, CIC3: 220uF elektrolityczny

CIC2, CIC4: 100nF X7R / film

_

Będziesz potrzebował sposobu na doprowadzenie dźwięku – zebrałem gniazdo 3,5 mm ze starego urządzenia i zrobiłem breakout, który podłącza się bezpośrednio do płytki stykowej lub możesz odciąć głowę stary kabel audio 3,5 mm, przykleić kilka nagłówków końce i połącz je bezpośrednio.

Potrzebne będą również zwykłe zworki, przewody, głośnik/obciążenie atrapy i zasilacz - przyda się przyzwoity zasilacz stołowy o zmiennej regulacji, który może zapewnić +/- 30V.

Wreszcie - radiator! Większość chipów klasy A/B wymaga znacznego chłodzenia, więc zdobądź większy radiator, niż myślisz, że będziesz potrzebować i zachowaj go do celów prototypowania.

Krok 4: Budowanie płyty chlebowej

Oto moja tablica prototypowa…

…ale ZASTRZEŻENIE

Nie jest to najbardziej optymalny układ – najlepiej, żeby elementy były znacznie bliżej siebie, a zwłaszcza zaślepki odsprzęgające za daleko od pinów IC. Jednak rozłożyłem go, aby ułatwić zrozumienie na zdjęciach i dopasować mój niezręczny radiator. Wyniki są dobre dla krótkich okresów testowania.

Umieściłem obie listwy szyny zasilającej po jednej stronie płytki stykowej, aby wokół układu scalonego było miejsce na radiator. Dodatkową zaletą jest to, że dedykowane szyny dodatnie, ujemne i uziemiające są łatwo dostępne wzdłuż dolnej części płyty.

Krok 5: Nie zapomnij o radiatorze

Aby przygotować radiator, najpierw ustaw go na płycie i zaznacz, gdzie powinien iść otwór, aby przymocować go do IC. Następnie wywierć otwór i przeszlifuj całą powierzchnię styku bardzo drobnym papierem, aż powierzchnia będzie gładka i błyszcząca.

Następnie nałóż kropkę pasty termicznej na powierzchnię styku i umieść mikę izolacyjną na wierzchu za pomocą pęsety - staraj się nie dotykać miki palcami.

Na koniec użyj top-hat (lub „tulejki”), nakrętki i śruby, aby przymocować chip do radiatora. Powinien być na tyle ciasny, aby nie można było obracać układu scalonego wokół śruby i nie mocniej!

Na koniec sprawdź dwukrotnie, czy wypustka chipa jest odizolowana od radiatora, wykonując test ciągłości za pomocą multimetru - z jedną sondą na wypustce radiatora, a drugą na samym radiatorze. Brak sygnału = dobra robota!

Krok 6: Przetestuj

Sprawdź i dwukrotnie sprawdź, czy wszystkie połączenia są solidne i upewnij się, że wysyłasz napięcie + i - do właściwych szyn. Ustaw zasilanie na około +-10V, odsuń się i włącz!

Jeśli nie pojawi się szokująca erupcja dymu, prawdopodobnie ci się udało. Odtwórz muzykę i posłuchaj głośnika testowego. Jeśli twój zasilacz laboratoryjny ma wbudowany amperomierz, możesz zobaczyć, ile prądu pobiera twój wzmacniacz w danym momencie - spróbuj zwiększyć głośność, aby zobaczyć wzrost poboru prądu.

Przy niskim napięciu prawdopodobnie prędzej niż później natkniesz się na przesterowanie lub inne formy zniekształceń, a przy wyższych głośnościach Twoja muzyka będzie brzmiała dość okropnie. Powoli podkręcaj napięcie - LM1875 radzi sobie z +-25V jak mistrz, więc jeśli masz porządny radiator, nie ma się czym martwić.

Napięcie wyjściowe

Podłączyłem wyjście do gigantycznego pozorowanego obciążenia (rezystor 300 W, 8 Ω) i skontrolowałem wyjście. Z falą sinusoidalną 1 kHz przy szczycie 810 mV, LM1875 zaoferował mi przyzwoity, czysty szczyt 20,15 V (14,32 V RMS) na wyjściu – nieco powyżej naszego ustawienia wzmocnienia.

Moc

Jeśli chodzi o czystą energię, robię to…

Moc RMS = Vrms^2 / R= 14,32^2 / 8= 25,63W

… po prostu nieśmiały 26W! Tak ogólnie to nieźle.

W tym momencie chciałem sprawdzić, czy uda mi się dotrzeć do tego mitycznego znaku LM1875 30W, ale najpierw musiałem wymienić radiator na coś bardziej uspokajającego…

Krok 7: Miedziany potwór