Tales From the Chip: LM1875 audioversterker - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Ik hou van een paar chipversterkers - kleine pakketjes pure audiokracht. Met slechts een paar externe componenten, een schone stroomvoorziening en flink wat heatsinks kun je echt hifi-kwaliteitsgeluid krijgen dat wedijvert met complexe, discrete transistorontwerpen.

Ik ging wat meer in detail over het voordeel van chipversterkers in mijn LM386-eerbetoon - dat zou een goede plek kunnen zijn om te beginnen. Hier duik ik meteen in wat de LM1875 zo geweldig maakt en hoe je een eenvoudig circuit kunt bouwen. Rijd, Dobbin!

Stap 1: Zeg hallo tegen de LM1875

De LM1875 ("achttien-vijfenzeventig") is een monster van een chip in een zeer bescheiden pakket, en een andere zeer geliefde chip in de doe-het-zelf-audiogemeenschap. De officiële datasheet (PDF) claimt de mogelijkheid om 20W aan te sturen in 8Ω belastingen gegeven +-25V, en tot 30W geleverd met een extra +-5V sap… en dat alles met minder dan 1% THD. En hoe zeldzaam het ook mag zijn, ik kan bevestigen dat de opschepperij in de datasheet perfect is - die cijfers kunnen in werkelijkheid redelijk comfortabel worden bereikt (mits wat gezonde koeling).

Stap 2: Pinout

Het TO-220-pakket, met slechts 5 pinnen, is doodeenvoudig om aan te sluiten:

1 - Negatieve ingang (-IN)

2 - Positieve ingang (+IN)

Standaard op-amp-ingangen, waarbij de positieve ingang het audiosignaal ontvangt en de negatieve ingang is verbonden met aarde.

3 - Negatieve voeding (-Vee)

5 - Positieve toevoer (Vcc)

Hier voed je de versterker, idealiter met een dubbele voeding. Het kan ook worden aangedreven door een enkele voeding door pin 3 aan aarde te binden, maar de prestaties kunnen eronder lijden.

4 - Uitgang

Hier dineer je op een zoet, zoet versterkt signaal.

Stap 3: Schema en stuklijst

Hier is een eenvoudig schema voor een enkel kanaal - voor stereo heb je er twee nodig.

R1 en R2 zijn de versterkingsweerstanden die zijn aangesloten op de inverterende ingang van de versterker. De waarden van 22KΩ en 1KΩ komen uit op een winst van 23:

Versterking = 1 + (R1 / R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Om de versterking te wijzigen, verwisselt u eenvoudig R1 met een andere weerstand in het kohm-bereik en sluit u deze aan op de formule.

CIC1 t/m CIC4 zijn de ontkoppelcondensatoren voor de LM1875. De kleinere condensator (100nF) filtert hoogfrequente ruis op de voedingsrail, terwijl de grotere kap (220uF) een stroombron vormt om dips in de voeding weg te werken. In een productiecircuit moeten deze doppen zo dicht mogelijk bij de stroomingangspinnen van de chip worden geplaatst. Bekijk voor meer informatie dit verrassend eenvoudig te begrijpen artikel van Analog Devices over de juiste ontkoppelingstechnieken.

Evenzo zijn C1, C2, R2 en R3 er om ruis weg te filteren, terwijl R5 fungeert als een pull-down-weerstand, waardoor een pad naar aarde mogelijk is als er geen signaal is aangesloten (bromreductie).

R6 en C3 vormen een RC-circuit, een filter dat voorkomt dat radiofrequenties worden teruggevoerd in het circuit en voorkomt dat oscillaties van de luidspreker terugkeren naar de versterker.

_

stuklijst:

IC: LM1875

R1: 22kΩ

R2: 1kΩ

R3: 1kΩ

R4: 1MΩ

R5: 22kΩ

R6: 1Ω, 1W

C1: 10uF elektrolytisch (of bij voorkeur polyester/polypropyleen film)

C2: 47uF elektrolytisch

C3: 220nF X7R / film

CIC1, CIC3: 220uF elektrolytisch

CIC2, CIC4: 100nF X7R / film

_

Je hebt een manier nodig om audio in te voeren - ik heb een 3,5 mm-aansluiting van een oud apparaat geoogst en een uitbraak gemaakt die rechtstreeks in een breadboard kan worden gestoken, of je zou het hoofd van een oude 3,5 mm-audiokabel kunnen hakken, wat headers erop kunnen plakken de uiteinden en sluit deze direct aan.

Je hebt ook de gebruikelijke jumpers, draden, een luidspreker/dummyload en een voeding nodig - een degelijke variabele bank-PSU die +/- 30V kan leveren, zal handig zijn.

Eindelijk - een koellichaam! De meeste klasse A/B-chipamps hebben aanzienlijke koeling nodig, dus zorg voor een groter koellichaam dan u denkt nodig te hebben en bewaar het voor prototypingdoeleinden.

Stap 4: Breadboard bouwen

Dus hier is mijn breadboard…

…maar DISCLAIMER

Dit is niet de meest optimale lay-out - idealiter zouden de componenten veel dichter bij elkaar moeten staan, en met name de ontkoppelingsdoppen zitten te ver van de IC-pinnen. Ik heb het echter uitgespreid om het gemakkelijker te begrijpen op de foto's en om mijn onhandige koellichaam te laten passen. De resultaten zijn prima voor korte testperiodes.

Ik heb beide powerrail-strips aan één kant van het breadboard geplaatst, zodat ik ruimte rond het IC kon houden voor het koellichaam. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de speciale positieve, negatieve en grondrails gemakkelijk toegankelijk zijn langs de onderkant van het bord.

Stap 5: Vergeet de Heatsink niet

Om een koellichaam voor te bereiden, plaatst u het eerst op het bord en markeert u waar het gat moet komen om het aan het IC te bevestigen. Boor vervolgens het gat en schuur het gehele contactoppervlak met zeer fijn papier totdat het oppervlak glad en glanzend is.

Breng vervolgens een dot thermische pasta aan op het contactoppervlak en plaats de isolerende mica erop met een pincet - probeer de mica niet met uw vingers vast te pakken.

Gebruik ten slotte een hoge hoed (of "bush"), een moer en een bout om de chip aan het koellichaam te bevestigen. Het moet net strak genoeg zijn dat het IC niet rond de bout kan worden gedraaid, en niet strakker!

Controleer ten slotte nogmaals of het lipje van de chip is geïsoleerd van het koellichaam door een continuïteitstest uit te voeren met uw multimeter - met één sonde op het koellichaamlipje en de andere op het koellichaam zelf. Geen piep = goed gedaan!

Stap 6: Test het

Controleer en controleer nogmaals of al uw verbindingen solide zijn en zorg ervoor dat u + en - spanning naar de juiste rails stuurt. Zet de voeding op ongeveer +-10V, ga achteruit en schakel in!

Als er geen schokkende rookuitbarsting verschijnt, is het je waarschijnlijk gelukt. Speel wat muziek en luister naar je testspeaker. Als uw bankvoeding een ingebouwde ampèremeter heeft, kunt u op elk moment zien hoeveel stroom uw versterker trekt - probeer het volume hoger te zetten om de stroomafname te zien toenemen.

Bij lage spanningen zul je waarschijnlijk eerder dan later te maken krijgen met clipping of andere vormen van vervorming, en bij hogere volumes zal je muziek behoorlijk afschuwelijk klinken. Verhoog langzaam de spanning - de LM1875 verwerkt +-25V als een kampioen, dus als je een fatsoenlijk koellichaam hebt, hoef je je nergens zorgen over te maken.

Uitgangsspanning

Ik heb de output in een gigantische dummy load (een weerstand van 300 W, 8Ω) geleid en de output in kaart gebracht. Met een sinusgolf van 1 kHz bij 810 mV piek, bood de LM1875 mij een respectabele, schone 20,15 V piek (14,32 V RMS) op de uitgang - net iets boven onze versterkingsinstelling.

Stroom

Wat schone stroom betreft, maak ik dat …

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

… gewoon verlegen van 26W! Helemaal niet slecht.

Op dit punt wilde ik zien of ik bij dat mythische LM1875 30W-merk kon komen, maar eerst moest ik het koellichaam verwisselen voor iets geruststellender …

Stap 7: Het koperen monster