Tales From the Chip: LM1875 Amplificador de áudio: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Eu adoro alguns amplificadores de chip - pacotes minúsculos de pura potência de áudio. Com apenas alguns componentes externos, uma fonte de alimentação limpa e algum dissipador de calor robusto, você pode obter um som de qualidade verdadeiramente hi-fi que rivaliza com designs de transistores complexos e discretos.

Entrei em mais detalhes sobre o benefício dos amplificadores de chip em meu tributo ao LM386 - pode ser um bom lugar para começar. Aqui, vou mergulhar direto no que torna o LM1875 tão bom e como construir um circuito simples. Ride, Dobbin!

Etapa 1: Diga Olá para o LM1875

O LM1875 ("dezoito setenta e cinco") é um chip monstruoso em um pacote muito despretensioso e outro chip muito querido na comunidade de áudio DIY. A folha de dados oficial (PDF) afirma a capacidade de conduzir 20W em cargas de 8Ω dadas + -25V e até 30W fornecidas com + -5V extra de suco… e tudo com menos de 1% THD. E por mais raro que seja, posso confirmar que a ostentação na ficha técnica está correta - esses números podem ser alcançados de forma bastante confortável na realidade (com algum resfriamento saudável).

Etapa 2: Pinagem

O pacote TO-220, com apenas 5 pinos, é extremamente simples de conectar:

1 - Entrada negativa (-IN)

2 - Entrada positiva (+ IN)

Entradas de amplificador operacional padrão, com a entrada positiva recebendo o sinal de áudio e a entrada negativa ligada ao aterramento.

3 - Abastecimento negativo (-Vee)

5 - Abastecimento Positivo (Vcc)

Aqui você alimenta o amplificador, de preferência com alimentação dupla. Ele também pode ser acionado por uma única fonte, amarrando o pino 3 ao aterramento; no entanto, o desempenho pode ser prejudicado.

4 - Saída

É aqui que você janta um doce sinal amplificado.

Etapa 3: Esquemático e BOM

Aqui está um esquema simples para um único canal - para estéreo, você precisará de dois deles.

R1 e R2 são os resistores de ganho conectados à entrada inversora do amplificador. Os valores de 22KΩ e 1KΩ resultam em um ganho de 23:

Ganho = 1 + (R1 / R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Para alterar o ganho, simplesmente troque R1 por outro resistor na faixa de kohm e conecte-o à fórmula.

CIC1 a CIC4 são os capacitores de desacoplamento para o LM1875. O capacitor menor (100nF) filtra o ruído de alta frequência no barramento de alimentação, enquanto a tampa maior (220uF) fornece uma fonte de energia para suavizar quedas na fonte de alimentação. Em um circuito de produção, essas tampas devem ser colocadas o mais próximo possível dos pinos de entrada de energia do chip. Para obter mais informações, consulte este artigo surpreendentemente fácil de entender da Analog Devices sobre técnicas de desacoplamento adequadas.

Da mesma forma, C1, C2, R2 e R3 estão lá para filtrar o ruído, enquanto R5 atua como um resistor pull-down, permitindo um caminho para o aterramento se nenhum sinal estiver conectado (redução de ruído).

R6 e C3 formam um circuito RC, um filtro que remove as frequências de rádio da realimentação do circuito e evita que as oscilações do alto-falante retornem ao amplificador.

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BOM:

IC: LM1875

R1: 22kΩ

R2: 1kΩ

R3: 1kΩ

R4: 1MΩ

R5: 22kΩ

R6: 1Ω, 1W

C1: eletrolítico de 10uF (ou preferencialmente, filme de poliéster / polipropileno)

C2: 47uF eletrolítico

C3: 220nF X7R / filme

CIC1, CIC3: eletrolítico 220uF

CIC2, CIC4: 100nF X7R / filme

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Você vai precisar de uma maneira de alimentar o áudio - eu colhi um conector de 3,5 mm de um dispositivo antigo e fiz um breakout que se conecta diretamente a uma placa de ensaio, ou você pode cortar a cabeça de um velho cabo de áudio de 3,5 mm, colocar alguns conectores as extremidades e conecte-o diretamente.

Além disso, você precisará dos jumpers usuais, fios, alto-falante / carga simulada e uma fonte de alimentação - uma fonte de alimentação decente de bancada variável que pode fornecer +/- 30V será útil.

Finalmente - um dissipador de calor! A maioria dos chipsamps de classe A / B requerem um resfriamento significativo, portanto, obtenha um dissipador de calor maior do que você acha que precisará e mantenha-o por perto para fins de prototipagem.

Etapa 4: construção da placa de ensaio

Então aqui está minha placa de ensaio …

… Mas ISENÇÃO DE RESPONSABILIDADE

Este não é o layout ideal - idealmente, os componentes devem estar muito mais próximos uns dos outros e as tampas de desacoplamento em particular estão muito longe dos pinos do IC. No entanto, eu espalhei para tornar mais fácil de entender nas fotos e para fazer o meu estranho dissipador de calor se encaixar. Os resultados são bons para curtos períodos de teste.

Coloquei as duas réguas de alimentação em um lado da placa de ensaio, para que pudesse manter espaço ao redor do IC para o dissipador de calor. Isso tem o benefício adicional de tornar os trilhos positivos, negativos e de aterramento dedicados facilmente acessíveis ao longo da parte inferior da placa.

Etapa 5: Não se esqueça do dissipador de calor

Para preparar um dissipador de calor, primeiro alinhe-o na placa e marque o orifício para prendê-lo ao CI. Em seguida, faça o furo e lixe toda a superfície de contato com papel muito fino até que a superfície fique lisa e brilhante.

Em seguida, aplique um ponto de pasta térmica na superfície de contato e posicione a mica isolante por cima com uma pinça - tente não manusear a mica com os dedos.

Por último, use uma cartola (ou "bucha"), uma porca e um parafuso para prender o chip ao dissipador de calor. Deve ser apertado o suficiente para que o IC não possa ser girado em torno do parafuso, e não mais apertado!

Por último, verifique se a aba do chip está isolada do dissipador de calor fazendo um teste de continuidade com seu multímetro - com uma ponta de prova na aba do dissipador de calor e a outra no próprio dissipador de calor. Sem bip = bom trabalho!

Etapa 6: Teste

Verifique e verifique novamente se todas as suas conexões estão sólidas e certifique-se de que você está enviando tensão + e - para os trilhos corretos. Ajuste a fonte de alimentação para cerca de + -10 V, afaste-se e ligue!

Se nenhuma erupção de fumaça chocante aparecer, você provavelmente conseguiu. Toque um pouco de música e ouça o seu alto-falante de teste. Se sua fonte de alimentação de bancada tiver um amperímetro embutido, você pode ver quanta corrente seu amplificador está consumindo a qualquer momento - tente aumentar o volume para ver o consumo de corrente aumentando.

Em baixas tensões, você provavelmente encontrará cortes ou outras formas de distorção mais cedo ou mais tarde, e em volumes mais altos sua música soará bastante ruim. Aumente lentamente a tensão - o LM1875 suporta + -25V como um campeão, então se você tem um dissipador de calor decente, não deve haver nada com que se preocupar.

Voltagem de saída

Executei a saída em uma carga simulada gigantesca (300W, resistor de 8Ω) e escalei a saída. Com uma onda senoidal de 1kHz no pico de 810mV, o LM1875 me ofereceu um pico respeitável e limpo de 20,15V (14,32V RMS) na saída - um pouco acima do nosso ajuste de ganho.

Poder

Em termos de energia limpa, eu faço isso …

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

… Apenas tímido de 26W! Nada mal mesmo.

Neste ponto, eu queria ver se conseguia chegar à marca mítica do LM1875 30W, mas primeiro precisava trocar o dissipador de calor por algo um pouco mais reconfortante …

Etapa 7: O Monstro de Cobre