LM3886: правильная схема и печатная плата

• Усилители на микросхемах
• 23.07.201518:00

При создании мультимедийного центра на базе персонального компьютера мною был изготовлен простой и качественный стереофонический усилитель на LM3886 (УМЗЧ для начинающих радиолюбителей) с выходной мощностью по 50 Вт на канал. Свой выбор на LM3886 я остановил, изучив описания и положительные отзывы радиолюбителей на форумах. LM3886 выпускается в двух вариантах: с минусом питания на корпусе (LM3886T) и с изолированным корпусом (LM3886TF). В первом случае желательна электрическая изоляция микросхемы от радиатора.

Эта микросхема обладает очень хорошими параметрами:

• диапазон питающих напряжений от 18 (+-9) до +-42 В;

• номинальная выходная мощность более 68 Вт при Кг 0.1%;

• пиковая выходная мощность до 135 Вт;

• внутреннее ограничение тока 7…11.5 А;

• коэффициент гармоник на мощности 60 Вт не более 0.03%;

• интермодуляционные искажения не более 0.01%;

• скорость нарастания выходного сигнала 8…19 В/мкс;

• полоса усиления 2…8 МГц;

• соотношение сигнал/шум до 110 дБ.

Выходная мощность этой микросхемы ограничена лишь тепловыделением. Безопасный для выходных транзисторов долговременный ток позволяет получить выходные мощности ~68 Вт, а внутреннее ограничение тока (не менее 7 А) защищает микросхему от короткого замыкания на выходе.

В результате макетирования УМЗЧ наиболее приятной на слух оказалась схема с инверсным включением LM3886.

Возможным недостатком данной схемы может быть низкое входное сопротивление равное 10 Ком. Но если учесть, что выходное сопротивление современных звуковых карт редко превышает 4 Ком, это становится преимуществом (низкой чувствительностью к наводкам на соединительные провода). Номинал конденсатора С1 может быть в диапозоне 2 — 4,7 мкФ.

Второй канал стереофонического усилителя собран по этой же схеме.

Схем блока питания усилителя приведена ниже.

Плата усилителя спроектирована с помощью программы Sprint-Layout 6.0. Размер платы 46 х 33 мм. 

                                                                                                                 

Изготовлена плата по ЛУТ-технологии.

Из спортивного интереса решил провести замеры искажений LM3886 в зависимости от выходной мощности. 

Результаты измерений представлены ниже:

На графике видно, что спектр гармоник достаточно длинный, а уровень гармоник высших порядков практически не зависит от выходной мощности. Тем не менее их уровень оказался менее 120 Дб, т.е. для большинства звуковых карт он просто окажется за уровнем шумовой полки. 

Личный опыт показал, что с использованием интегральной микросхемы LM3886 можно собрать очень простой и весьма качественный усилитель мощности звуковой частоты, который удовлетворит запросы большинства начинающих радиолюбителей.

Вложение: LM3886T.zip 255,28 KB (Скачиваний: 1567)

Похожие статьи

• Мощный усилитель на TDA7294, собранный по схеме ИТУН Одним из первых мною был собран усилитель на TDA7294 по схеме предложенной производителем. Вместе с тем, качество воспроизведения звука особенно в области высоких частот меня…
• Простой усилитель Василича      Для воспроизведения музыкальных файлов формата (FLAC) с высоким битрейтом (lossless) в составе домашнего медиа центра мною уже несколько лет используется простой (для…

Расположение выводов LM3886.

Основные технические характеристики LM3886

Максимальное напряжение питания ………. ±42В

Минимальное напряжение питания ………. ±10В

Оптимальное напряжение питания для нагрузки 8Ом ………. ±35В

Оптимальное напряжение питания для нагрузки 4Ома ………. ±28В

Частота усиливаемого сигнала ………. От 20Гц до 20кГц

Отношение сигнал/шум ………. 92dB

Температура кристалла ………. 150°С

Выходная мощность:

при Rн= 4Ома, THD+N= 0.1%, Vпит= ±28В ………. 68Вт

при Rн= 8Ом, THD+N= 0.1%, Vпит= ±28В ………. 38Вт

при Rн= 8Ом, THD+N= 0.1%, Vпит= ±35В ………. 50Вт

THD+N:

при Rн= 4Ома и Pout= 60Вт ………. 0,03%

при Rн= 8Ом и Pout= 30Вт ………. 0,03%

Восхищает коэффициент нелинейных искажений THD+N= 0,03% при номинальной выходной мощности, а на максимальной мощности всего 0,1%.

Остальные характеристики микросхемы LM3886 можно найти в даташите.

Схема усилителя на LM3886 и AD825

Данную схему и конструктивное исполнение разработал профессионал в построении усилителей НЧ и многим известный в сети под именем “Audiomaniac”. Согласно словам автора, на качество звучания влияет не только схема и её разводка на печатной плате, но и конструктивное исполнение самого усилителя. Очень важно оптимально расположить платы усилителя, трансформаторы и сигнальные провода внутри корпуса, а также критично расположение регулятора громкости и фильтров  помех (как входных, так и выходных). Сочетание положительных характеристик микросхемы LM3886 и оптимального конструктивного исполнения усилителя в целом в совокупности с электрической схемой, дает ощутимый положительный результат качества воспроизведения звукового сигнала.

Этот усилитель на LM3886+AD825 от Audiomanica повторили множество любителей электроники, в сети можно наткнуться даже на KIT конструкторы этого усилителя.

Как видно по схеме LM-ка включена в инвертирующем варианте, вследствие чего используется буфер на операционном усилителе, который согласует входное сопротивление. Без буфера (AD825) входное сопротивление усилителя будет малым.

На базе стабилитронов VD1 и VD2, резисторов R9-R12 и конденсаторов C7-C12 построен стабилизатор напряжения для питания операционного усилителя  AD825.

Основной блок питания усилителя выполнен из трансформатора Tr1, диодного моста VD3-VD6 и конденсаторов C13-C20.

Конденсатор C21 и резистор R14 образуют снабберную цепь, подавляющую ВЧ помехи. Конденсатор C22 и синфазный дроссель L2 также являются фильтром помех, попадающих из питающей сети.

Конденсатор C2 гасит ВЧ помехи на входе усилителя. C1 является разделительным конденсатором, который препятствует проникновению постоянной составляющей на вход усилителя.

Цепь R8L1C5C6 обеспечивает стабильность выходного каскада, препятствуя влиянию на него индуктивности катушки акустической системы, паразитной емкости выходных проводов, а также гасит высокочастотные помехи, которые наводятся в этих проводах.

Компоненты схемы

Стабилитроны VD1 и VD2 на 13В, я поставил 1N4743A. Диоды VD3-VD6 Шоттки с током 3-5А и напряжением не менее 60В, в моем случае SB560 (5А 60В).

Мощность резисторов указана на схеме и печатной плате.

Резистор R14 сопротивлением 10 Ом на плате представлен в виде пяти параллельно соединенных SMD резисторов (типоразмером 1206), каждый из которых сопротивлением 47 Ом.

Резистор R5 у меня на фото 3.2кОм, не обращайте внимания, просто не было в наличии 2.7кОм.

Конденсатор C21 ёмкостью 1мкФ на плате выполнен в виде пяти параллельно соединенных керамических конденсаторов, емкость каждого равна 220нФ.

Конденсаторы C13-C20 и C7-C8 электролитические рассчитанные на напряжение 35В, конденсаторы C9-C10 также электролитические, но напряжением 25В.

Конденсатор C22 должен быть помехоподавляющим (типа X2), емкостью 0,47мкФ-1мкФ.

Конденсатор C1 пленочный (качественный).

Индуктивность L2 является синфазным дросселем, который можно достать из блока питания ПК или купить. Дроссель должен быть рассчитан на ток 1,5-2А и иметь индуктивность более 3мГн.

Индуктивность L1 мотается эмалированным медным проводом (диаметр 1мм) на оправке диаметром 10мм и должна содержать 23 витка.

“Операционник” AD825 должен быть в SMD корпусе.

Микросхема LM3886 может быть выполнена как в изолированном корпусе, так и в неизолированном (LM3886TF). Соответственно с неизолированной микросхемы можно будет снять немного больше мощности из-за хорошей теплопередачи между радиатором и ее фланцем.

Питание

Питающее напряжение усилителя рекомендуется выбирать из диапазона от ±25В до ±30В, следовательно, трансформатор необходимо выбирать на две вторичные обмотки (либо со средним выводом) 18В+18В или 20В+20В переменного тока.  На крайний случай можно взять трансформатор 18В+18В и домотать до нужного напряжения. Для двухканального усилителя достаточно двух трансформаторов мощностью по 50Вт.

Конструктивное исполнение усилителя на LM3886+AD825

Сам усилитель исполнен на одной плате вместе с выпрямителем, то есть представляет собой моноблок. Дорожки на плате выполнены как можно короче, что положительно влияет на качество звука.

В целом усилитель необходимо выполнять по схеме двойного моно, то есть для каждого канала необходимо использовать свой трансформатор, фильтр помех и выпрямитель, чтобы исключить взаимовлияния каналов.

Как говорилось выше, расположение узлов усилителя критично, поэтому необходимо их располагать согласно следующей схеме.

L1, C5, R8, C6 необходимо устанавливать на выходных клеммах, не ближе 70 мм от входных разъемов (сигнальных проводов).

L1 не ближе 10 мм от стенок корпуса (если они металлические).

C1 нужно устанавливать до регулятора громкости R1 (можно на входные разъемы), который в свою очередь рекомендуется ставить как можно ближе к входным разъемам, а регулировочную ручку выносить с помощью вала (удлинителя).

C22 можно устанавливать на выводы первичной обмотки трансформаторов или установить один конденсатор в месте ввода сети и сетевого фильтра.

Сигнальные провода, от входных разъемов до регулятора громкости нужно экранировать.

Радиатор устанавливается на теплопроводной пасте, в случае использования микросхемы с изолированным фланцем, необходимо применить силиконовые или слюдяные прокладки и фторопластовую втулку под болт крепления. Радиаторы нужно заземлить, либо если корпус металлический, то закрепить их между собой резьбовым соединением.

Немного слов…

Данную конструкцию усилителя на LM3886+AD825 я собирал навесным монтажом, на фанерной доске, без корпуса. Звучание меня очень порадовало, звук чистый, без слышимых искажений. При включении усилителя в акустике не наблюдалось ни щелчков, ни других переходных процессов.  Также хочу отметить, что при умеренной громкости усилителя, при нулевой громкости источника звука ( в моем случае ноутбук), в акустике неслышен фон, гул, шипение.

Очень рекомендую к повторению данную конструкцию, обладающую качественным звучанием, хорошей компактностью, и достаточно невысокой ценой для хорошего звучания.

Также рекомендую к прочтению статью «Усилитель на микросхеме LM3886», в которой представлена более простая схема.

Даташит на LM3886+AD825 СКАЧАТЬ

Печатная плата усилителя на LM3886+AD825 СКАЧАТЬ

Технические характеристики усилителя:

Выходная мощность: 50 Вт/канал (определяется площадью радиатора);Входное сопротивление (с узлом регулятора громкости на ALPS RK27 10k): 10 кОм;Коэффициент гармоник (THD+N): 0.001% (1 кГц, выходное напряжение 29Vp-p на нагрузке 6,8 Ом);Уровень интермодуляционных искажений (IMD): -98 дБ (19+20 кГц, 17Vp-p на нагрузку 6,8 Ом);Выходное сопротивление в полосе частот 20-20000 Гц: 1 Ом (коэффициент демпфирования ~80 для нагрузки 8 Ом).

Электрическая схема:

Схема по включению узлов в двойном моно:

Электрическая схема (доработанная):

Особенности усилителя:

Минимизация длины сигнальных и питающих проводников, минимизация площади контуров с током, являющихся источниками и приемниками помех (гармоник), излучаемых цепями силового питания усилителя класса AB;Фильтрация ВЧ-помех непосредственно на входе усилителя;Параллельное соединение электролитических конденсаторов в цепях питания для обеспечения низкого импеданса в широкой полосе частот;Особые меры по минимизации вреда от “межблочных” земляных токов между усилителем и источником сигнала;Меры по минимизации потерь музыкальной информации в узле регулятора громкости;Меры по минимизации интермодуляционных искажений (грязи на средних частотах, ухудшения артикуляции баса), возникающих в акустических системах из-за воздействия инфранизкочастотных колебаний – артефактов студийной обработки, присутствующих на большинстве записей;Выходной RLC-фильтр для защиты выхода усилителя от влияния паразитной емкости акустических кабелей и от ВЧ-помех, наведенных на эти кабели и элементы конструкции АС;Защита от постоянного напряжения на выходе источника сигнала;

Изюминкой аппарата является продуманная конструкция ИЗДЕЛИЯ В ЦЕЛОМ, т.е. стереоусилителя с входными и выходными цепями и регулятором громкости в корпусе. Опыт показывает, что именно неправильное конструктивное решение всей конструкции в целом является причиной неудовлетворительного звучания конструкций любителей. Влияние конструктива сильно недооценивается.  Между тем, в усилителях с глубокой ООС конструктив также важен, как и собственно схема (а может и важнее). В результате люди не могут получить от схемы того звучания, которое она способна дать.

Вследствие совокупности принятых конструктивно-схемотехнических мер и учета “внутренних особенностей” LM3886, усилитель отличается точным звучанием без “транзисторной” жести и шипения, с отличным контролем баса, ясным и подробным среднечастотным диапазоном (музыка звучит “понятно”), глубиной сцены, отсутствием утомляемости от прослушивания с любых источников сигнала, включая портативные плееры, ноутбуки и т.п.

Вид платы усилителя (50×110 мм) в сборе:

Измерения на нагрузку 4 Ома (другой экземпляр усилителя, та же звуковая карта SB0570) при работе на “жесткую” нагрузку в виде сопротивления 6,8 Ом и параллельного ему конденсатора 0,1 мкФ:

Независимые измерения искажений усилителя на нагрузку 6 Ом (проделал участник форума Вегалаб Romanoff) с помощью аналогового генератора 1 кГц и карты M-Audio Audiophile 192):

Можно видеть, что спектр гармоник усилителя короткий и спадающий, высших гармоник нет, более того, измерения с генератором и АЦП с низкими собственными искажениями (измерения Romanoff) показывают, что искажения состоят практически исключительно из чётных гармоник, а нечётные (которые, как давно известно, являются самыми противными на слух) – отсутствуют (находятся ниже уровня шумов).

Кроме того, видно, что в спектре выходного сигнала отсутствуют помехи, коррелированные с частотой питающей сети (50, 100 Гц и т.д.).

Относительный уровень разностного интермодуляционного компонента (самого заметного на слух) на частоте 1кгц при подаче на вход усилителя сигналов 19 и 20 кГц всего около -100 дБ.

Нижеследующие измерения проведены цифровым осциллографом Velleman PCS500 с генератором PCG10, измерен усилитель в сборе, входной сигнал подан на входные гнезда, нагрузка – проволочный резистор 6,8 Ом:

Реакция на прямоугольный импульс с периодом 10 кГц:

АЧХ усилителя в диапазоне до 5 мГц:

Из вышеприведенных осциллограмм видно, что оснащенный надлежащими входными фильтрами усилитель устойчив к воздействиям сигналов, лежащих выше звуковой полосы, переходная характеристика апериодическая, АЧХ без выбросов, динамические искажения отсутствуют, полоса 150 кГц по уровню -3 дБ.

Примеры усилителя в сборе, поставляется на заказ (“двойное моно”, заказной тороидальный трансформатор питания или трансформаторы типа R-CORE, электролитические конденсаторы Panasonic и Nichicon, моторизованный высококачественный потенциометр ALPS RK27):

FAQ

Q: Какие ОУ можно применить в буфере?

A: ОУ с полевым входом (AD825, LT1122, OPA132). Если понизить питание буфера до 12 В – то AD8065.

Q: Какие электролиты использовать в питании 3886?

А: Наиболее критичны свойства ближайших к 3886 электролитов. Желательно в качестве них применить низкоимпедансные (low ESR). Хорошо подходят Panasonic FM, FC, Hitano EXR. Остальные электролиты могут быть “общего применения”.

Q: типы кондёров в mute и в питании ОУ?

A: SMD 1206 X7R.

Q: Требования к переменному резистору – регулятору громкости?

А: Сопротивление не выше 10 кОм.

Q: Диоды выпрямителя?

A: Шоттки на напряжение не ниже 100 В в корпусе DO-201A (SR510, SR810, 31DQ10).

Q: Где соединять землю схемы с корпусом?

A: В единственной точке рядом с входными гнездами. От земляных клемм входных гнезд короткий проводок на корпус. Больше нигде и ничего с корпусом не соединять!

Q: Можно использовать один трансформатор с двумя вторичками без средних точек для питания обоих каналов?

A: Нельзя.

Q: Что-то слышал про фазировку обмоток…

A: Первичные обмотки трансов должны быть включены одинаково (синфазно). Вторичные обмотки для питания каналов должны быть подключены ко входам диодных мостов так, чтобы между соответствующими входами диодных мостов в разных каналах вольтметр показывал 0V AC.

Q: Выходной фильтр?

A: Размещается на выходных клеммах, не вплотную к входу. Катушка 10-12 витков эмальпровода 1 мм на оправке диаметром 10 мм и R-C цепь на землю 0,068 (0,1) мкФ – 18 (22) Ом. Конденсатор – любой пленочный, резистор – любой непроволочный мощностью 0,5 Вт (MF-0,5 или подобное).

Q: Я хочу расположить платы (трансы, входы, выходы) по фен-шую.

А: Нужно придерживаться той компоновки, которая указана в первом посте этой ветки, иначе звук непредсказуем. Если уж очень хочется чего-то сильно передвинуть – то сначала спросить в ветке.

Q: Радиаторы заземлять?

А: Обязательно. Корпус микросхемы от радиатора должен быть изолирован!

Q: Сигнальные провода экранированные?

A: Да. Если длина получится меньше 5 см, то не надо.

Q: Трансформатор как прикручивать к корпусу?

А: Через немагнитную прокладку толщиной не менее 5мм. Если корпус немагнитный, то прокладка не нужна.

Q: Что за пропилы между клеммами?

А: Если задняя стенка корпуса железная, то между “+” и “-” выходных клемм каждого канала следует сделать пропил (щель) в задней стенке шириной около 1мм. Это снижает искажения. В немагнитной стенке пропилы не нужны.

Q: Резистор ОС 3886 33 кОм?

А: Выводная металлопленка 0,25 Вт (MF-0,25 или подобное).

Q: Корпус сетевого фильтра (третий контакт сетевой вилки) с корпусом (землей схемы) соединять?

А: Нет.

Q: Постоянное напряжение на выходе?

А: Менее 100 мВ (типично – 20-50).

Q: Сетевой фильтр?

A: Необходим. Синфазный дроссель (например Murata PLA) индуктивностью не менее 3мгн (лучше больше) на ток 1,5-2 А.

Q: Конденсатор параллельно первичке транса питания?

А: Необходим. X2 0,47-1 мкФ. Для двух трансов достаточно одного общего конденсатора.

Q: Входной разделительный конденсатор нужен?

A: Да. Пленка MKP (например Epcos B3265x), ставится перед РГ, емкость для РГ номиналом 10 кОм оптимальна в пределах 0,47-0,68мкф. Этот конденсатор совместно с РГ образует фильтр верхних частот с частотой среза около 20 Гц, который ослабляет инфразвуковой мусор, присутствующий во многих записях, что приводит к снижению интермодуляционных искажений в АС и “разгрузке” источника питания усилителя.

Простой “твик” платы:

Ставим две перемычки (красные линии), резистор с неинвертирующего входа убираем (красный крестик). Перемычки должны проходить именно так, как нарисовано, никаких длинных петель и хвостов! Короткие прямые отрезки.

Твик №2: установка емкости (smd-керамика NPO) параллельно резистору ООС буферного ОУ:

При желании емкость можно увеличить до 10-15 пФ, но эффект от увеличения уже не так заметен. Емкость просто напаивается сверху на smd-резистор “вторым этажом”.

Твик №3: модификация снабберных цепей:

Благодаря этой модификации обеспечивается лучшее подавление самых высокочастотных (>1 мГц) помех от работы диодного моста. Конденсаторы 100 нФ (керамика smd) просто напаиваем сверху на smd-резисторы.

Темы поддержки на форуме:

Усилитель на LM3886 c хорошим звучанием: возвращение LM3886 – второй заход

Готовим ЛМ3886, второй заход.

Статья самого автора, там же возможен и заказ набора:

Усилитель Audiomaniac Amp No. 1 на базе LM3886

Печатная плата под ЛУТ в редакции Romanoff здесь.

Электрическая и доработанная схемы в формате [.pdf]

Автор проекта: Audiomaniac

Используемые источники:

• http://audiohobby.ru/usilitel-na-lm3886.html
• https://audio-cxem.ru/shemyi/usiliteli/usilitel-na-lm3886-ad825.html
• http://ldsound.ru/usilitel-na-lm3886-c-xoroshim-zvuchaniem-ot-audiomaniac-50-vt4-om/