Spis treści:
Technika audio ma wielu pasjonatów, również wśród elektroników. Liczne wzmacniacze audio powstają z użyciem lamp elektronowych, a także tranzystorów. Możemy spotkać się z kombinowanymi konstrukcjami hybrydowymi, w których stopień mocy jest na lampach, a przedwzmacniacz – na tranzystorach lub odwrotnie. Projektowanie wzmacniaczy audio, znacznie ułatwia wykorzystanie dedykowanych układów scalonych, takich jak np. LM3886. Układ ten stanowi prawie gotowe rozwiązanie konstrukcyjne i został wyposażony w szereg zabezpieczeń chroniący ten wzmacniacz przed zwarciami, przeciążeniami i przepięciami.
Wzmacniacz audio na LM3886 - zrób to sam!
Niniejszy artykuł przedstawia koncepcję wzmacniacza mocy audio opartego na układzie scalonym LM3886. Wzmacniacz może dostarczyć moc 2x 30W-40W dla obciążenia 4Ohm oraz w trybie mostkowym 80W-100W dla obciążenia 8Ohm.
Konstrukcja wzmacniacza mocy opartego na układzie scalonym LM3886 jest oparta na przykładzie z arkusza danych zawartym w nocie aplikacyjnej AN-1192 dostarczonej przez Texas Instruments. Górny obwód to wzmacniacz nieodwracający o wzmocnieniu 1 + R2/R1. Dolny wzmacniacz odwraca sygnał ze wzmocnieniem R2/R1 (gdzie R2 jest rezystorem w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego). W przypadku układu mostkowego, problem polega na tym, aby tak dobrać wartości rezystorów, żeby oba obwody wzmacniacza miały takie samo wzmocnienie. W tym celu najlepiej użyć rezystorów metalizowanych wykonanych w tolerancji 1%. Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego wynosi 1+ 132,8/3,001 = 45,25, a wzmocnienie wzmacniacza odwracającego wynosi (132,8+3046)/1,015 = 45,27. Aby móc zwiększyć wzmocnienie, w konstrukcji uwzględniono przełącznik wzmocnienia SW1, który w stanie zwartym zmniejsza wartość rezystancji R1, aby uzyskać czterokrotnie większe wzmocnienie. Obwód nieodwracający wykorzystuje rezystor 1k połączony równolegle z 3k, co wypadkowo daje rezystancję, 751R. Wzmocnienie odwracające układu wynosi 1+ 132,8/0,75=177,92 =~ 178. Przełącznik SW2 umożliwia przełączanie wzmacniacza pomiędzy trybem mostkowym a stereo. W pozycji „mostkowej” wzmacniacz B jest ustawiony na odwracanie, dodatnie wejście jest uziemione, a wyjście wzmacniacza A zastępuje masę na wyjściu B. W trybie stereo, oba wzmacniacze pracują w trybie nieodwracającym. Przełącznik SW1C powoduje obniżenie wzmocnienia tak, że wzmacniacze A i B mają równe wzmocnienie. Wejściowe gniazda wzmacniacza są połączone w taki sposób, że gdy w gnieździe A nie ma wtyczki, sygnał jest wysyłany zarówno do wzmacniacza A, jak i wzmacniacza B (podwójny sygnał mono). W trybie niskiego wzmocnienia 1,6 V międzyszczytowe napięcie wejściowe daje maksymalną moc wyjściową (70Vpp), a w trybie wysokiego wzmocnienia wymagane jest 0,4V.
Zasilanie wzmacniacza
Zasilacz wzmacniacza to prosta konstrukcja z dwoma dużymi kondensatorami elektrolitycznymi i dwoma kondensatorami foliowymi (z dielektrykiem stałym) oraz prostownikiem mostkowym. Prostownik to MB252 (200V/25A). Montuje się go na tym samym radiatorze, co końcówki mocy. Zarówno prostownik, jak i LM3886 są izolowane galwanicznie, więc nie jest wymagana dodatkowa izolacja. Transformator to transformator toroidalny o mocy 120VA z symetrycznym uzwojeniem 2x24V o znamionowej wydajności prądowej 2,4A na pojedyncze uzwojenie 24V. W sekcji 4.6 dokumentacji AN-1192 podana jest moc wyjściowa dla różnych obciążeń, napięć zasilania i konfiguracji (pojedyncza, równoległa i mostkowa). Powodem, dla którego zdecydowałem się wdrożyć projekt mostu, był głównie fakt, że posiadałem transformator, którego nie można było zastosować w układzie równoległym ze względu na niskie napięcie. (Obwód równoległy 100 W wymaga 2×37 V, ale konstrukcja mostka działa z 2×25 V). Aby optymalnie dobrać transformator, zalecane jest użycie wspomagającej aplikacji PSU Designer II od Duncan Amps.
Chłodzenie wzmacniacza i sterowanie wentylatorem chłodzącym
Podczas pracy, układ scalony wzmacniacza mocy oddaje do otoczenia znaczne ilości ciepła. Z tego względu, aby zapewnić jak najlepsze oddawanie ciepła do otoczenia oraz zabezpieczyć wzmacniacz przed przegrzaniem, niezbędne jest dodanie chłodzenia aktywnego pod postacią radiatora wraz z wentylatorem wymuszającym obieg powietrza chłodzącego. Dodatkowo, dobrze jest wyposażyć układ chłodzenia w sterowanie prędkością wentylatora odpowiednio do temperatury radiatora.
Z uwagi na dużą różnicę napięć pomiędzy wejściem a wyjściem, nie jest zalecane zasilanie wentylatora ze stabilizatora napięcia 12V biorącego zasilanie bezpośrednio z mostka diodowego po transformatorze, ponieważ może to powodować duże straty mocy i zbyt silne nagrzewanie. Zamiast tego, możemy użyć przetwornicy step-down opartej na układzie scalonym 741 (pojedynczy wzmacniacz operacyjny skompensowany termicznie) jako kontrolerem i tranzystorem PNP BDT30C działającym jako przełącznik, który ładuje kondensator 220uF do napięcia 18V, co jest rozsądnym wyjściem dla użycia regulatora 7812 zasilającego wentylator. Układ wykorzystuje timer 555 oraz termistor NTC 10k do kontrolowania współczynnika wypełnienia timera 555. Montuje się go na radiatorze układu scalonego mocy. Potencjometr 20k służy do regulacji niskiej prędkości. Sygnał wyjściowy 555 jest odwracany przez tranzystor NPN BC237 i staje się sygnałem sterującym (PWM) do wentylatora. Współczynnik wypełnienia zmienia się z 4,5% na 9% od zimnego do ciepłego. Tranzystor BDT30 i regulator 7812 są zamontowane na oddzielnym radiatorze.
Radiator
Układ wzmacniacza mocy LM3886, mostek diodowy i rezystor NTC mogą być zamontowane na miedzianej płycie radiatora. Należy wywiercić otwory i nagwintować gwinty pod śruby montażowe za pomocą narzędzia do gwintowania. Płytkę PCB z komponentami wzmacniacza mocy należy zamontować tak, aby zapewnić jak najkrótsze okablowanie od zasilania i do kolumn głośnikowych.
