Tales From the Chip: Amplificatore audio LM1875: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Mi piacciono gli amplificatori con chip, piccoli pacchetti di pura potenza audio. Con solo pochi componenti esterni, un alimentatore pulito e un potente dissipatore di calore puoi ottenere un suono di qualità veramente hi-fi che rivaleggia con progetti di transistor complessi e discreti.

Nel mio tributo all'LM386, sono entrato un po' più in dettaglio sui vantaggi dei chip amp: potrebbe essere un buon punto di partenza. Qui, mi tufferò direttamente in ciò che rende l'LM1875 così eccezionale e come costruire un circuito semplice. Cavalca, Dobbin!

Passaggio 1: saluta l'LM1875

L'LM1875 ("eighteen-settantacinque") è un mostro di un chip in un pacchetto molto modesto e un altro chip molto amato nella comunità audio fai-da-te. La scheda tecnica ufficiale (PDF) afferma la capacità di pilotare 20W in 8Ω carichi dati +-25V e fino a 30W forniti con un extra +-5V di succo … e tutto a meno dell'1% di THD. E per quanto raro possa essere, posso confermare che il vanto nella scheda tecnica è azzeccato: quelle cifre possono essere raggiunte abbastanza comodamente nella realtà (dato un po' di sano raffreddamento).

Passaggio 2: piedinatura

Il pacchetto TO-220, con solo 5 pin, è semplicissimo da cablare:

1 - Ingresso negativo (-IN)

2 - Ingresso Positivo (+IN)

Ingressi op-amp standard, con l'ingresso positivo che riceve il segnale audio e l'ingresso negativo collegato a terra.

3 - Alimentazione negativa (-V)

5 - Alimentazione positiva (Vcc)

Qui si alimenta l'amplificatore, idealmente con una doppia alimentazione. Può anche essere alimentato da una singola alimentazione collegando il pin 3 a massa, tuttavia le prestazioni potrebbero risentirne.

4 - Uscita

È qui che si cena con un segnale amplificato dolce e dolce.

Passaggio 3: Schema e BOM

Ecco un semplice schema per un singolo canale: per lo stereo avrai bisogno di due di questi.

R1 e R2 sono i resistori di guadagno collegati all'ingresso invertente dell'amplificatore. I valori di 22KΩ e 1KΩ danno un guadagno di 23:

Guadagno = 1 + (R1/R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Per modificare il guadagno, scambia semplicemente R1 con un altro resistore nell'intervallo kohm e inseriscilo nella formula.

Da CIC1 a CIC4 sono i condensatori di disaccoppiamento per l'LM1875. Il condensatore più piccolo (100nF) filtra il rumore ad alta frequenza sulla linea di alimentazione, mentre il condensatore più grande (220uF) fornisce una fonte di alimentazione per appianare i cali nell'alimentatore. In un circuito di produzione, questi cappucci dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile ai pin di ingresso dell'alimentazione del chip. Per ulteriori informazioni, dai un'occhiata a questo articolo sorprendentemente facile da capire di Analog Devices sulle corrette tecniche di disaccoppiamento.

Allo stesso modo C1, C2, R2 e R3 sono lì per filtrare il rumore, mentre R5 agisce come un resistore di pull-down, consentendo un percorso a massa se non è collegato alcun segnale (riduzione del ronzio).

R6 e C3 formano un circuito RC, un filtro che rimuove le frequenze radio dal ritorno nel circuito e impedisce alle oscillazioni dell'altoparlante di tornare all'amplificatore.

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Distinta:

CI: LM1875

R1: 22kΩ

R2: 1kΩ

R3: 1kΩ

R4: 1MΩ

R5: 22kΩ

R6: 1Ω, 1W

C1: 10uF elettrolitico (o preferibilmente, film di poliestere/polipropilene)

C2: 47uF elettrolitico

C3: 220nF X7R / pellicola

CIC1, CIC3: elettrolitico 220uF

CIC2, CIC4: 100nF X7R / pellicola

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Avrai bisogno di un modo per alimentare l'audio: ho raccolto un jack da 3,5 mm da un vecchio dispositivo e ho creato un breakout che si collega direttamente a una breadboard, oppure potresti tagliare la testa da un vecchio cavo audio da 3,5 mm, attaccare alcune intestazioni su le estremità e collegarlo direttamente.

Inoltre, avrai bisogno dei soliti ponticelli, cavi, un altoparlante/carico fittizio e un alimentatore: sarà utile un alimentatore da banco variabile decente in grado di fornire +/- 30V.

Finalmente - un dissipatore di calore! La maggior parte dei chipamp di classe A/B richiede un raffreddamento significativo, quindi procurati un dissipatore di calore più grande di quanto pensi di aver bisogno e tienilo in giro per scopi di prototipazione.

Passaggio 4: creazione del tagliere

Quindi ecco la mia breadboard…

…ma DISCLAIMER

Questo non è il layout più ottimale - idealmente, i componenti dovrebbero essere molto più vicini tra loro e i cappucci di disaccoppiamento in particolare sono troppo lontani dai pin IC. Tuttavia, l'ho steso per renderlo più facile da capire nelle foto e per adattare il mio scomodo dissipatore di calore. I risultati vanno bene per brevi periodi di test.

Ho messo entrambe le strisce di alimentazione su un lato della breadboard, in modo da poter mantenere lo spazio attorno all'IC per il dissipatore di calore. Ciò ha l'ulteriore vantaggio di rendere facilmente accessibili i binari dedicati positivi, negativi e di massa lungo la parte inferiore della scheda.

Passaggio 5: non dimenticare il dissipatore di calore

Per preparare un dissipatore di calore, allinealo prima sulla scheda e segna dove dovrebbe andare il foro per fissarlo all'IC. Quindi praticare il foro e carteggiare l'intera superficie di contatto con carta molto fine fino a quando la superficie non è liscia e lucida.

Successivamente, applica un punto di pasta termica sulla superficie di contatto e posiziona la mica isolante sopra con delle pinzette - cerca di non maneggiare la mica con le dita.

Infine, usa un cappello a cilindro (o "bush"), un dado e un bullone per fissare il chip al dissipatore di calore. Dovrebbe essere abbastanza stretto che l'IC non può essere ruotato attorno al bullone e non più stretto!

Infine, ricontrolla che la linguetta del chip sia isolata dal dissipatore di calore eseguendo un test di continuità con il tuo multimetro - con una sonda sulla linguetta del dissipatore di calore e l'altra sul dissipatore di calore stesso. Nessun segnale acustico = buon lavoro!

Passaggio 6: provalo

Controlla e ricontrolla che tutte le tue connessioni siano solide e assicurati di inviare la tensione + e - ai binari corretti. Imposta l'alimentazione a circa +-10V, fai un passo indietro e accendi!

Se non appare alcuna eruzione scioccante di fumo, probabilmente ci sei riuscito. Riproduci un po' di musica e ascolta l'altoparlante di prova. Se il tuo alimentatore da banco ha un amperometro integrato, puoi vedere quanta corrente sta assorbendo il tuo amplificatore in un dato momento - prova ad alzare il volume per vedere l'assorbimento di corrente aumentare.

A bassi voltaggi, prima o poi ti imbatterai in clipping o altre forme di distorsione, e a volumi più alti la tua musica suonerà in modo abbastanza orribile. Aumenta lentamente la tensione: l'LM1875 gestisce +-25V come un campione, quindi se hai un dissipatore di calore decente non dovrebbe esserci nulla di cui preoccuparsi.

Tensione di uscita

Ho eseguito l'uscita in un carico fittizio gigantesco (un resistore da 300 W, 8) e ho analizzato l'uscita. Con un'onda sinusoidale da 1kHz a 810mV di picco, l'LM1875 mi ha offerto un rispettabile e pulito picco di 20,15V (14,32V RMS) in uscita - appena un po' sopra la nostra impostazione di guadagno.

Potenza

In termini di energia pulita, lo faccio…

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

… poco meno di 26W! Non è affatto male.

A questo punto, volevo vedere se potevo arrivare a quel mitico marchio LM1875 30W, ma prima dovevo sostituire il dissipatore di calore con qualcosa di un po' più rassicurante…

Passaggio 7: il mostro di rame