Geschichten vom Chip: LM1875 Audioverstärker - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Ich liebe einige Chip-Amps - winzige Pakete mit reiner Audio-Power. Mit nur wenigen externen Komponenten, einem sauberen Netzteil und einem kräftigen Kühlkörper erhalten Sie einen echten HiFi-Sound, der es mit komplexen, diskreten Transistordesigns aufnehmen kann.

Ich bin in meinem LM386-Tribute etwas ausführlicher auf die Vorteile von Chip-Verstärkern eingegangen - das könnte ein guter Anfang sein. Hier werde ich direkt darauf eingehen, was den LM1875 so großartig macht und wie man eine einfache Schaltung baut. Fahrt, Dobbin!

Schritt 1: Sagen Sie Hallo zum LM1875

Der LM1875 ("eighteen-seventy-five") ist ein Monster von einem Chip in einem sehr bescheidenen Gehäuse und ein weiterer beliebter Chip in der DIY-Audio-Community. Das offizielle Datenblatt (PDF) behauptet die Fähigkeit, 20 W in 8Ω Lasten mit +-25 V und bis zu 30 W mit zusätzlichen +-5 V Saft zu betreiben … und das alles bei weniger als 1% THD. Und so selten es auch sein mag, ich kann bestätigen, dass die Prahlerei im Datenblatt genau richtig ist - diese Zahlen können in der Realität recht bequem erreicht werden (bei einer gesunden Kühlung).

Schritt 2: Pinbelegung

Das TO-220-Gehäuse mit nur 5 Pins ist kinderleicht zu verdrahten:

1 - Negativer Eingang (-IN)

2 - Positiver Eingang (+IN)

Standard-Op-Amp-Eingänge, wobei der positive Eingang das Audiosignal empfängt und der negative Eingang mit Masse verbunden ist.

3 - Negative Versorgung (-V)

5 - Positive Versorgung (Vcc)

Hier speisen Sie den Verstärker idealerweise mit einer dualen Versorgung. Es kann auch mit einer einzigen Versorgung betrieben werden, indem Pin 3 mit Masse verbunden wird, jedoch kann die Leistung darunter leiden.

4 - Ausgang

Hier essen Sie ein süßes, süßes verstärktes Signal.

Schritt 3: Schema und Stückliste

Hier ist ein einfaches Schema für einen einzelnen Kanal - für Stereo benötigen Sie zwei davon.

R1 und R2 sind die Verstärkungswiderstände, die an den invertierenden Eingang des Verstärkers angeschlossen sind. Die Werte von 22KΩ und 1KΩ ergeben einen Gewinn von 23:

Verstärkung = 1 + (R1 / R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Um die Verstärkung zu ändern, tausche einfach R1 mit einem anderen Widerstand im kOhm-Bereich aus und setze ihn in die Formel ein.

CIC1 bis CIC4 sind die Entkopplungskondensatoren für den LM1875. Der kleinere Kondensator (100 nF) filtert hochfrequentes Rauschen auf der Stromschiene heraus, während der größere Kondensator (220 uF) eine Stromquelle bietet, um Einbrüche in der Stromversorgung auszugleichen. In einer Produktionsschaltung sollten diese Kappen so nah wie möglich an den Stromeingangspins des Chips platziert werden. Weitere Informationen finden Sie in diesem überraschend leicht verständlichen Artikel von Analog Devices über geeignete Entkopplungstechniken.

Ebenso sind C1, C2, R2 und R3 dazu da, Rauschen herauszufiltern, während R5 als Pull-Down-Widerstand fungiert, der einen Weg nach Masse ermöglicht, wenn kein Signal angeschlossen ist (Brummreduktion).

R6 und C3 bilden eine RC-Schaltung, ein Filter, das die Rückkopplung von Funkfrequenzen in die Schaltung und die Rückführung von Schwingungen vom Lautsprecher zum Verstärker verhindert.

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Stückliste:

IC: LM1875

R1: 22kΩ

R2: 1kΩ

R3: 1kΩ

R4: 1MΩ

R5: 22kΩ

R6: 1Ω, 1W

C1: 10uF elektrolytisch (oder vorzugsweise Polyester/Polypropylen-Folie)

C2: 47uF elektrolytisch

C3: 220nF X7R / Film

CIC1, CIC3: 220uF elektrolytisch

CIC2, CIC4: 100nF X7R / Film

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Sie benötigen eine Möglichkeit, Audio einzuspeisen - ich habe eine 3,5-mm-Buchse von einem alten Gerät geerntet und einen Breakout gemacht, der direkt in ein Steckbrett eingesteckt wird, oder Sie könnten den Kopf von einem alten 3,5-mm-Audiokabel abschneiden und einige Header aufkleben die Enden und verbinden Sie es direkt.

Außerdem benötigen Sie die üblichen Jumper, Drähte, eine Lautsprecher- / Dummy-Last und ein Netzteil - ein anständiges variables Tischnetzteil, das +/- 30 V liefern kann, ist nützlich.

Endlich - ein Kühlkörper! Die meisten Chipamps der Klasse A/B benötigen eine erhebliche Kühlung, also besorgen Sie sich einen größeren Kühlkörper, als Sie denken, und behalten Sie ihn für Prototyping-Zwecke bei sich.

Schritt 4: Breadboard Build

Hier ist also mein Steckbrett…

…aber HAFTUNGSAUSSCHLUSS

Dies ist nicht das optimalste Layout - idealerweise sollten die Komponenten viel enger beieinander liegen und insbesondere die Entkopplungskappen sind zu weit von den IC-Pins entfernt. Ich habe es jedoch ausgebreitet, um es auf den Fotos leichter zu verstehen und meinen unangenehmen Kühlkörper passend zu machen. Die Ergebnisse sind für kurze Testzeiten in Ordnung.

Ich legte beide Stromschienenstreifen auf eine Seite des Steckbretts, damit ich Platz um den IC für den Kühlkörper halten konnte. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die dedizierten positiven, negativen und Masseschienen entlang der Unterseite des Boards leicht zugänglich sind.

Schritt 5: Vergessen Sie nicht den Kühlkörper

Um einen Kühlkörper vorzubereiten, richten Sie ihn zuerst auf der Platine aus und markieren Sie, wo das Loch gehen soll, um es am IC zu befestigen. Bohren Sie dann das Loch und schleifen Sie die gesamte Kontaktfläche mit sehr feinem Papier, bis die Oberfläche glatt und glänzend ist.

Tragen Sie als nächstes einen Punkt Wärmeleitpaste auf die Kontaktfläche auf und positionieren Sie den isolierenden Glimmer mit einer Pinzette darauf - versuchen Sie, den Glimmer nicht mit den Fingern anzufassen.

Verwenden Sie schließlich einen Zylinder (oder "Buchse"), eine Mutter und eine Schraube, um den Chip am Kühlkörper zu befestigen. Es sollte gerade so fest sein, dass der IC nicht um den Bolzen gedreht werden kann, und nicht fester!

Überprüfen Sie abschließend noch einmal, ob die Lasche des Chips vom Kühlkörper isoliert ist, indem Sie einen Durchgangstest mit Ihrem Multimeter durchführen - mit einer Sonde auf der Kühlkörperlasche und der anderen auf dem Kühlkörper selbst. Kein Signalton = gute Arbeit!

Schritt 6: Testen Sie es

Überprüfen und überprüfen Sie, ob alle Ihre Verbindungen fest sind, und stellen Sie sicher, dass Sie + und - Spannung in die richtigen Schienen senden. Stellen Sie das Netzteil auf ca. +-10V, treten Sie zurück und schalten Sie ein!

Wenn kein schockierender Rauchausbruch auftritt, haben Sie es wahrscheinlich geschafft. Spielen Sie Musik ab und hören Sie Ihren Testlautsprecher. Wenn Ihr Tischnetzteil über ein eingebautes Amperemeter verfügt, können Sie jederzeit sehen, wie viel Strom Ihr Verstärker gerade verbraucht - drehen Sie die Lautstärke auf, um zu sehen, wie die Stromaufnahme steigt.

Bei niedrigen Spannungen werden Sie wahrscheinlich eher früher als später auf Clipping oder andere Formen von Verzerrung stoßen, und bei höheren Lautstärken wird Ihre Musik ziemlich schrecklich klingen. Erhöhen Sie langsam die Spannung - der LM1875 verarbeitet +-25 V wie ein Champion, wenn Sie also einen anständigen Kühlkörper haben, sollten Sie sich keine Sorgen machen.

Ausgangsspannung

Ich habe den Ausgang in eine gigantische Dummy-Last (einen 300W, 8Ω Widerstand) laufen lassen und den Ausgang untersucht. Mit einer 1-kHz-Sinuswelle bei 810 mV Spitze bot mir der LM1875 eine respektable, saubere Spitze von 20,15 V (14,32 V RMS) am Ausgang - nur ein wenig über unserer Verstärkungseinstellung.

Leistung

In Bezug auf sauberen Strom mache ich das…

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

… knapp 26W! Gar nicht so schlecht.

An dieser Stelle wollte ich sehen, ob ich diese mythische LM1875 30W-Marke erreichen könnte, aber zuerst musste ich den Kühlkörper durch etwas Beruhigenderes ersetzen…

Schritt 7: Das Kupfermonster