Nízkofrekvenčný zosilňovač 2x60W so skreslením 0,06%
Nízkofrekvenčný zosilňovač 2x60W so skreslením 0,06%
2X60W AMPLIFIER WITH LM3886 Overture™ Audio Power Amplifier Series High-Performance 68W Audio Power Amplifier w/Mute
Ing. Anton Kosmel
Uvedená konštrukcia vznikla s potreby uviesť do praxe moderné monolitické integrované obvody fy National Semiconductor rady Overture™. Použitím integrovaných obvodov rady Overture™ je možné vyrobiť jednoduchý zosilňovač, ktorý má parametre špičkových High-end prístrojov. Nízkofrekvenčný zosilňovač obsahuje zdroj napájacieho napätia pre obe časti zosilňovača - korekčný predzosilňovač a koncový výkonový stupeň, je konštrukčne navrhnutý tak aby všetky jeho prvky boli na jednej doske s minimálnymi rozmermi a nevyžadoval si zložité oživovanie.
Základné technické údaje
SCHÉMA
ZOZNAM SÚČIASTOK
ROZMIESTNENIE NA DPS_1
PUBLIKÁCIA ČLÁNKU V PRAKTICKEJ ELEKTRONIKE 06/1996 (PE 06/96) STRANA 9,10,11,12 (formát pdf) strará verzia dosky plošných spojov
LM2876/LM3886.pdf LM3886 Overture™ Audio Power Amplifier Series
High-Performance 68W Audio Power Amplifier w/Mute
Korekčný predzosilňovač
Napájacie napätie: +15V, -15V
Odber prúdu: 2 x 13mA
Frekvenčný rozsah (pre pokles -0,2dB): 20 Hz až 20 kHz
Rozsah regulácie výšky: +11 až -11dB
Rozsah regulácie basy: +11 až -11dB
Zkreslenie celkové THD: 0.01%
Pomer signál/šum (vstup nakrátko): 92dB
Odstup medzi kanálmi: 75dB
Koncový zosilňovač osadený 2 x LM3876 (údaje z fy literatúry)
Napájacie napätie: +30V, -30V
Kľudový prúd: 30mA
Trvalý výkon na záťaži 8 Ohm: 2 x 40W
Špičkový (hudobný) výkon: 2 x 100W
Celkové harmonické skreslenie - THD (20Hz f 20kHz): 0.06%
Intermodulačné skreslenie (60Hz, 7kHz,4 :1): 0.004%
Pomer signál/šum P=40W, f=1kHz, Rs=25 Ohm: 114dB
Popis integrovaného obvodu LM 3876 z rady Overture™
LM 3976 je výkonový nízkofrekvenčný zosilňovač s trvalým výkonom 40W/8Ohm, ktorý má nízke celkové harmonické zkreslenie 0.06%, intermodulačné skreslenie len 0.003% a frekvenčný rozsah 20Hz až 20 kHz. Integrovaný obvod je vyrobený monolitickým procesom a je montovaný do puzdra TO-220 s 11 vývodmi. Obsahuje patentovo chránenú elektronickú ochranu SPiKe™ Protection, ktorá zabezpečuje ochranu pred zvýšeným alebo príliš zníženým napájacím napätím, pred skratom výstupu na zem alebo na napájacie napätie a pred tepelným zničením. Prechodné javy, ktoré vznikajú pri zapnutí a vypnutí zosilňovačov obvod eliminuje vlastným elektronicky riadením umlčovačom, čo predstavuje značné zjednodušenie konštrukcie výkonového stupňa. Tieto jeho špičkové vlastnosti ho predurčujú na použitie do stereo High-end audiovizuálnych zariadení.
Rada Overture™ obsahuje okrem LM 3876 ďalšie obvody, ktoré majú s ním zhodné vlastnosti a zapojenie vývodov, líšia sa len dosahovaným výkonom. V nasledujúcom zapojení ich možno bez zásahu do plošného spoja alebo zapojenia, ľubovoľne obmieňať, samozrejme s prihliadnutím na dimenzovanie sieťového transformátoru a chladiča odvádzajúceho stratový výkon.
LM 2876 trvalý výkon 25W/ špičkový výkon 75W
LM 3876 trvalý výkon 40W/ špičkový výkon 100W
LM 3886 trvalý výkon 60W/ špičkový výkon 150W (dosahuje na záťaži 4 Ohm)
Zapojenie vývodov IO rady Overture™ :
1. U+
7. Zem
2. Nezapojený
8. Umlčovač (mute)
3. Výstup
9. Ui-
4. U-
10. Ui+
5,6 Nezapojený
11. Nezapojený
Popis zapojenia
Celková schéma zapojenia nf zosilňovača je na obr.:1 skladá sa zo štyroch častí pričom bol dôraz kladený na to aby boli na jednej doske s minimálnymi rozmermi.
1. Zdroj symetrického napájacieho napätia ±30V pre koncový stupeň
Zdroj symetrického napájania koncových stupňov je realizovaný trochu netypicky tak, že sú použité dva diódové mostíky D1 a D2. Takéto zapojenie umožňuje použitie dvoch identických sieťových transformátorov, pričom ich výkon je oproti použitiu jedného transformátora s vyvedeným stredom polovičný.
Samozrejme nič nebráni tomu aby sme použili iba jeden diódový mostík spolu s transformátorom, ktorý má vyvedený stred. Výhodou zapojenie je teda univerzálnosť dosky plošného spoja a väčšia dostupnosť transformátorov s jedným vinutím. V prípade použitia LM 3876 musia mať použité transformátory výkon cca 75W a striedavé napätie ~20V.
Filtráciu napájacieho napätia zdroja po usmernení zabezpečujú elektrolitické kondenzátory C2, C3, C4, C6, C7, C8. Kondenzátory C1 a C5 zabezpečujú odrušenie zdroja. Výstupné napätie zdroja na bodoch U+ a U- musí byť maximálne +30V, -30V voči zemi (GND). Rezistor R4 spolu s LED diódou D5 je možné použiť na signalizáciu zapnutia zosilňovača.
2. Zdroj symetrického napájacieho napätia ±15V pre korekčný predzosilňovač
Zdroj symetrického napájania pre korekčný predzosilňovač je realizovaný monolitickými stabilizátormi IO1 (LM7815) a IO2 (LM7915). Kondenzátory C10, C11, C14, C15 zabraňujú kmitaniu stabilizátorov, musia byť minimálne 68nF. Zenerove diódy D3, D4 sa osádzajú len v prípade, že by sme použili stabilizátory s nižším napätím ako +15V, -15V ( napr. LM7805 a LM 7905 + zenerova dióda so zenerovým napätím 10V). Inak sa miesto D3 a D4 použijú drôtové prepojky. Kondenzátory C9, C13 zabezpečujú filtráciu napájacieho napätia na vstupe C12, C16 na výstupe zdroja. Na výstupe zdroja musí byť +15V, -15V.
3. Korekčný predzosilňovač s nízkošumovými operačnými zosilňovačmi NE5534
Obvodová schéma pre ľavý a pravý kanál je rovnaká. ďalej bude len popis ľavého kanálu.
Nf signál prichádza cez väzobný kondenzátor C101 na korekčné obvody. Vstupný odpor predzosilňovača určuje rezistor R101. Korektoru basov, ktorý tvoria rezistory R102, R104, R105, potenciometer P101 a kondenzátor C105 je predradený kondenzátor C102 spolu s elektrolitickým kondenzátorom C103. Korektor pre výšky je tvorený rezistormi R106, R107, potenciometrom P102 a kondenzátorom C107. Ide o funkciu, ktorá je u svetových výrobcov označovaná ako loudness. Väčšina majiteľov profesionálnych prístrojov ponecháva uvedenú funkciu trvale v činnosti aj pri vyšších hlasitostiach, preto som pre zjednodušenie zvolil pevnú fyziologickú reguláciu. Obvody korekcií sú zapojené v obvode spätnej väzby operačného zosilňovača IO101 (NE5534). Z výstupu IO101 je signál vedený na balančný potenciometer P103 a ďalej na regulátor hlasitosti P104 tvorený logaritmickým potenciometrom. Z bežca P104 signál postupuje do neinvertujúceho operačného zosilňovača IO102. Zosilnenie tohoto stupňa je nastavené rezistormi R111 a R112 . Jeho vstupný odpor je daný rezistorom R110. Z výstupu operačného zosilňovača je signál vedený cez väzobný kondenzátor C113 a rezistory R114, R115 a trimer P105 na vstup koncového stupňa. Kondenzátory C108, C109, C111, C112 blokujú napájacie napätia operačných zosilňovačov
4. Koncový stupeň realizovaný 2xLM3876
Schéma koncového stupňa vychádza z doporučeného zapojenia so symetrickým napájacím napätím. Signál z korekčného predzosilňovača postupuje na vstup výkonového IO103 na jeho mieste je možné použiť ľubovoľný monolitický integrovaný obvod z rady Overture™ (LM2876, LM3876, LM3886). Kondenzátor C114 na vstupe IO103 zabraňuje vf osciláciám. Sériový člen R116 a C115 určuje dolnú medznú frekvenciu, ktorá je 16Hz. Zpätnoväzobný člen C116 a R117 obmedzuje hornú medznú frekvenciu na 150kHz. Zosilnenie je dané pomerom rezistorov R116 a R118. Indukčnosť L101 znižuje zaťaženie výstupu kapacitnou záťažou na vysokých frekvenciách.
Rezistor R121 zmenšuje činiteľ akosti L101. Sériový člen R120 a C120 stabilizuje výstup tým, že zabraňuje vf osciláciám. Člen R119 a C119 určuje časovú konštantu umlčovača (funkcia mute).
Elektrolitické kondenzátory C117, C118 a keramické kondenzátory C121, C122 blokujú a filtrujú napájacie napätie priamo na vývodoch IO103. Rezistor R3 sa pripája na kovovú skriňu zosilňovača.
Oživenie a nastavenie
Doska plošného spoja je na obr.: 2, rozmiestnenie súčiastok na doske plošného spoja je na obr.: 3.
Ak na zhotovenie zosilňovača použijeme kvalitné súčiastky a ich montáž bude vykonaná čisto, zosilňovač bude pracovať na prvé zapojenie. Kedže zosilňovač nemá žiadne nastavovacie prvky zaobídeme sa bez meracích prístrojov a postačí nám jednoduchý merací prístroj, ktorý len použijeme na overenie napájacích napätí, prípadne na zmeranie odberov prúdu. Pri návrhu dosky bolo veľmi prísne rešpektované tzv. jednobodové uzemnenie. Preto ak použijeme originálnu dosku plošného spoja vyhneme sa rôznym vrtochom, ktorými oplývajú niektoré nf zosilňovače.
Na výkonové integrované obvody IO103 a IO203 je potrebné priskrutkovať chladič s Al profilu s rozmermi cca120x50x50mm. Rozmery puzdra integrovaného obvodu sú na obr.:4
Záver
Uvedený nf zosilňovač so realizoval 2-krát s integrovanými obvodmi LM 2876 a LM3876. Bol porovnávaný s profesionálnymi zosilňovačmi rovnakých výkonov fy ONKYO a PHILIPS na trojpásmových reproduktorových sústavách VISATON o objeme 90l. Reprodukcia tohto zosilňovača je hlavne vďaka špičkovým koncovým stupňom fy National Semiconductor vskutku podľa firemnej literatúry excellent. Integrované obvody rady Overture™ je možné kupiť u firmy MACRO, dosku plošného spoja u A.M.I.S., s.r.o. Prievidza
Literatúra
[1] Overture™ Audio Power Amplifier Series
LM 3876 (LM 2876) High-Performance 100W (75W) Audio Power Amplifier w/Mute, © 1993 National Semiconductor Corporation
Zoznam použitých súčiastok
KONDENZÁTORY
6 C2,C3,C4,C6,C7,C8 4700M/35V elektrolyt RM7,5mm
2 C9,C13 470M/35V elektrolyt RM5mm
24 C1,C5,C10,C11,C14,C15,C102, 68N/35V keramický RM5mm
C108,C109,C111,C112,C121,
C122,C202,C208,C209,C211,C212,
C221,C222,C01,C02,C03,C04
2 C12,C16 220M/25V elektrolyt RM3,7mm
6 C101,C103,C115,C201,C203,C215 10M/16V elektrolyt RM 2,5mm
4 C113,C119,C213,C219 100M/25V elektrolyt RM2,5mm
2 C107,C207 3N9/35V zvitkový RM5mm
2 C110,C210 150P/35V keramický RM5mm
2 C114,C214 220P/35V keramický RM5/2,5mm
2 C116,C216 56P/35V keramický RM2,5mm 4 C105,C120,C205,C220 100N/35V zvitkový RM5mm
POLOVODIČE
2 D1,D2 B250C4000 diódový mostík 4A
2 D3,D4 ZD podľa použitých IO1 a IO2
1 D5 LED
1 IO1 LM7815
1 IO2 LM7915
4 IO101,IO102,IO201,IO202 NE5534
2 IO103,IO203 LM3876 (LM2876, LM3886)
2 L101,L201 0,7uH 15záv. CuL1,2mm na priemer 10mm
2 P101/P102,P201/P202 25K/N dvojitý potenciometer
1 P104/P204 10K/G dvojitý potenciometer
1 P103/P203 10K/N dvojitý potenciometer
2 P105,P205 10K trimer RM5x10mm
2 R1,R2 82R TR296 RM10mm
1 R3 75R TR296 RM10mm
2 R101,R201 68K TR296 RM10mm
6 R102,R104,R112,R202,R204,R212 6K8 TR296 RM10mm
4 R109,R110,,R209,R210 1M TR296 RM10mm
4 R105,R113,R205,R213 12K TR296 RM10mm
5 R4,R106,R107,R206,R207 2K2 TR296 RM10mm
2 R108,R208 18K TR296 RM10mm
6 R111,R115,R116,R211,R215,R216 1K TR296 RM10mm
2 R114,R214 68R TR296 RM10mm
4 R117,R118,R217,R218 22K TR296 RM10mm
2 R119,R219 33K TR296 RM10mm
2 R120,R220 2R7 TR296 RM10mm
4 R121,R123,R221,R223 22R TR296 RM10mm