Усилитель на LM3886
У меня была мечта…
С подросткового возраста…
Собрать хорошую Hi-Fi систему для созерцательного прослушивания любимой музыки.
Но всегда что-то мешало мне её осуществить. То денег не было, то мучила проблема выбора – какие колонки и какой усилитель брать. После института было вообще не до каких-то там «ХиФи систем». Потом часть денег утекала на студийное оборудование.
Потом пришёл Интернет и mp3, и в такого рода аппаратуре смысл как бы пропал, тем более, что дома я музыку слушать почти перестал, а слушал только на работе в наушниках.
Но начав заниматься электроникой для себя я подумал, что наконец-то пришло время собрать усилок для Hi-Fi системы! Тем самым одним выстрелом убивался целый выводок зайцев: я реализую не только интересный, но и полезный для себя проект, сделаю усилок так, как хочу я, прокачаю скилл «самоделкина», почитаю теорию, напишу данную статью для сайта и наконец-то осуществлю свою давнюю мечту.
У меня на антресолях лежит неплохая кассетная дека Yamaha KX-390, купленная в незапамятные времена каким-то случайным образом и почти не использовавшаяся. Были и советские колонки 25АС-309, к которым я уже успел приложить свои шаловливые ручки...
Оставалось сделать главный компонент – усилитель.
Долго думал, что бы собрать. А выбор был довольно широкий. Можно было собрать усилитель в классе А на силовых транзисторах (и я его таки собрал, но опыт оказался крайне неудачным). Можно было комбинированный AB на рассыпухе, можно было AB на интегральных микросхемах.
Ламповый усилитель по определённым причинам я собирать не хотел.
Так же на АлиЭкспрессе продаются различные усилители класса D («D» не значит «digital», как многие ошибочно думают, там импульсный принцип работы и аналого-цифрового преобразования, as a matter of fact, попросту нет).
В Китае вообще можно купить отдельные модули и собрать любой усилитель на свой вкус.
Также по Сети разбросана куча схем, начиная ещё с советских времён разной степени сложности и уже опробованных и обкатанных.
Но я сильно заморачиваться не хотел, поэтому вариант собирать на рассыпухе (искать нужные транзисторы, подбирать их, а потом ещё всё это настраивать), сразу отпал.
Немного поразмышляв, взвесив все плюсы и минусы, я остановился на интегральных усилителях класса AB, к тому же я натолкнулся на отличную статью [1] с подробным описанием трассировки, компоновки и расчётами «обвязки».
Плюсы такого решения очевидны: вся схема, по сути, уже сделана за вас, всё настроено и «подогнано», не надо подбирать транзисторы, надо только сделать блок питания и организовать минимальную «обвязку» для микросхемы усилителя. К плюсам можно отнести и дополнительно реализованные фишки, типа защиты от перегрева, от переплюсовки и другие – зависит от конкретной микросхемы.
Поэтому дальше речь пойдёт про усилитель, собранный именно по схеме из той статьи, придерживаясь описанной там же методики сборки.
Моя статья – это не перевод оригинала, если хотите знать подробности – читайте его, я опишу лишь свой опыт.
Там товарищ сильно заморочился с деталями и купил т.н. «аудиофильские» – это когда один керамический конденсатор стоит 300 рублей, а один резистор – 150. Про цену плёночных конденсаторов даже говорить страшно…
Ммм… Нет… Я такое покупать не хочу и решил обойтись разумным компромиссом, но тем не менее сильно не экономить на компонентах. В итоге я купил большую часть в магазине, а не на Алиэкспресс – так хоть какой-то шанс, что не подсунут подделку.
Сами микросхемы LM3886TF обошлись в 500 р. каждая. Обратите внимание, что есть точно такая же микросхема, но без покрытия (LM3886T– без буквы F) – она чуть дешевле, но для неё нужна будет изолирующая прокладка (слюдяная) для крепления к радиатору.
Немного о характеристиках (подробности читайте в datasheet [2]).
LM3886 является высокопроизводительным одноканальным усилителем, способным выдавать мощность в 68 ватт на нагрузке в 4 Ома. Если верить тестам, то на самом деле микросхема способна выдать около 40 Вт мощности. Фишкой микросхемы является технология SPiKe (Self Peak Instantaneous Temperature (Ke)), реализующая схему защиты от разных невзгод – от перегрева, перегрузки, перенапряжения, короткого замыкания.
Отличное отношение сигнал/шум более чем в 92дБ, линейность в 0,004% и широкая полоса питающего напряжения от 20 до 94 вольт! В общем, для домашнего использования более чем подходит.
Уже позже я узнал, что именно на этих микросхемах делают усилители для студийных мониторов типа KRK, Tannoy, Edifier. Определённо, это довольно веский аргумент делать домашний усилитель именно на LM3886.
Входной конденсатор важен, но «аудиофильские» стоят каких-то нереальных денег – для тех, кто не в курсе, один такой конденсатор (а их нужно два) легко может стоить и 2000 р., и 4000 р., а иногда и больше. Нужен ли мне такой? Не думаю…
Поэтому я решил наконец-таки попробовать китайское чудо Audiophiler – клон известных в определённых кругах конденсаторов MKP. Цена за один такой была вполне демократичной – что то около 150 рублей за штуку. Сами конденсаторы тяжёлые, толстые, в ярко красном цвете. Ёмкость проверил – всё точно как в аптеке.
Я бы вполне мог поставить и популярные плёночные Epcos, за те же деньги и не обломался бы, но их тогда не было в продаже.
Свою схему я приводить не буду, она точно такая же, как и в оригинальной статье:
Так как мои детали отличаются от тех, что в оригинальной схеме, то я, разумеется, занимался трассировкой платы самостоятельно. Получилось довольно компактно и чуть меньше, чем в оригинале: моя плата получилась 100 х 55 мм.
Не забываем разделить сигнальную и силовую землю. Грамотно организовать «землю» – это крайне важно! Все «земли» приходят в одну точку на плате блока питания. Обратите на это внимание при компоновке усилителя.
Ещё я дополнительно усилил дорожки питания и сигнальные цепи: нарисовал маску в слое Bottom Solder, чтобы её на производстве не заливали паяльной маской, а потом прошёлся по дорожкам припоем – я частенько проделываю такой трюк для критически важных цепей (особенно с большими токами).
В оригинальной статье рекомендуется в качестве резисторов в цепи усиления, обратной связи и фильтра (соответственно R2, R3 и R4 на схеме) использовать прецизионные (с точностью 0,1% и точнее) металлоплёночные резисторы. К сожалению, такие резисторы в свободной продаже я не нашёл, а заказывать шесть деталек из-за бугра было неохота (я даже был готов закрыть глаза на заоблачную для резисторов цену), поэтому я подобрал из самых обычных китайских 1% с точностью до второго знака после запятой. R4 в оригинальной конструкции припаяны прямо к ножкам микросхемы, но я так делать не стал, а расположил R4 на плате, просто близко к ножкам LM-ки.
Теперь о блоке питания. Схему БП я немного доработал. Во-первых, диоды в диодных мостах я поставил на радиаторы – лишними не будут. Во-вторых, убрал резисторы по 2.2К, для разрядки электролитов, вместо них и для индикации (это в-третьих) поставил светодиоды с соответствующими резисторами – через эту цепь ток из электролитов после выключения питания пусть медленно, но утечёт. И в-четвёртых, добавил плавкие предохранители в каждое плечо – защита лишней не бывает.
Я люблю индикацию, даже если она самая простенькая – из светодиодов. А тут получилось неожиданно красиво – светящие светодиоды видно сквозь решётки корпуса. Так что рекомендую всегда использовать светодиоды для индикации – и полезно, и красиво!
Электролиты для блока питания я купил в местном магазине. В схеме используются два по 8000 мкФ, но таких в продаже не было, поэтому я купил по 6800 мкФ. Тут, думаю, можно было бы и поиграться, например, поставить по одному конденсатору на 10-15000 мкФ, тогда и плату можно было бы чуть уменьшить. Но я решил оставить так, как в оригинальной схеме – по два конденсатора в плечо.
Не знаю, зачем в оригинальной схеме поставлены здоровенные 5-ваттные резисторы в цепь Цобеля, там же не течёт прямой ток? Я поставил 2-ваттные.
Ещё в оригинале поставлены дорогущие плёночные конденсаторы MKP, которые у нас продаются по 700-1000 рублей за штуку, а некоторые и дороже! Не самое рациональное решение, на мой взгляд, тем более, если мы говорим о блоке питания. Я ограничился самыми обычными плёночными конденсаторами из Китая.
Важная деталь – трансформатор. Он у меня оставался от предыдущего проекта. На выходе – две линии по 24 вольта и 4 ампера. Для такой схемы он несколько избыточен. Думаю, что здесь вполне подошёл бы трансформатор на 20 вольт и 2 ампера.
Плата блока питания получилась габаритами 100 х 130 мм.
Силовые дорожки я дополнительно усилил припоем.
Две платы усилителя и плата блока питания:
Радиаторы для микросхем я купил отечественные. Их габариты идеально подошли для усилителя.
Провода я сначала хотел использовать от старого компьютерного блока питания AWG16, но они оказались очень «дубовыми», скрутить их вообще невозможно. Поэтому я использовал китайские AWG18, хотя они чуть тоньше, зато очень эластичные и ещё плюс – оплётка отлично держит температуру и почти не плавится при пайке.
Все провода надо скручивать, поэтому при компоновке усилителя берите их с 1,5-2-кратным запасом по длине. Я немного не рассчитал и взял впритык, поэтому скрутки получились не такими плотными.
Для катушек выходной цепи Тиле пришлось купить толстый медный провод. Мотал на подобранный корпус от шариковой ручки.
В схему защиты от земляных петель я не стал ставить диодный мост (честно говоря, я так и не понял, зачем он там нужен), ограничившись резистором и конденсатором (см. оригинал статьи).
Самая дорогая часть проекта – корпус.
Изначально была идея купить какой-нибудь убитый Hi-Fi-компонент ради корпуса, но потом всё же решил купить новый корпус отдельно – для себя делаю, хотелось сделать получше. В итоге нашёл довольно неплохой, хотя и дороговатый корпус в Казани.
Сложнее всего было выпилить отверстие для большого разъёма питания, а я хотел ставить именно такой – с кнопкой включения и предохранителем. Я насверлил дырок и выпилил лобзиком с пилкой по металлу. Было тяжело.
Разметить отверстия для клемм можно на бумажном скотче, предварительно заклеив им нужную часть корпуса. Крайне важно – надо просверлить отверстия такого диаметра, чтобы влезала только пластмассовая шайба разъёма, а сам разъём не касался корпуса!
Здесь я совершил одну досадную (но не фатальную) ошибку – зачем то просверлил две пары отверстий для входных разъёмов, когда как надо было ограничиться одной парой. Но, не беда, дополнительную пару можно приспособить для небольшого предусилителя, например.
Сборка каких-либо проблем не вызвала. Я определил места для трансформатора и плат. Заранее в Китае купил небольшие уголки для крепления радиаторов. Платы поставил на стойки. Провода закрепил на стяжки с клеевой основой, приклеив их к корпусу.
Бюджет.
Сколько всего вышло по деньгам могу прикинуть только примерно и по памяти.
Цены приведены на весну 2020 года.
Микросхемы LM3886TF: 1000 р. пара.
Остальные детали для усилителя: 500 р.
Трансформатор 2 х 24В по 4А. Такой я покупал летом 2019 года за 2500 р. Но можно взять не такой мощный, тем самым сэкономив немного.
Детали для блока питания: набор ультрафаст-диодов, электролиты, мелочёвка… Ну пусть будет 1500 р. Здесь самое дорогое – это электролитические конденсаторы.
Печатные платы: примерно 1200 за блок питания + 800 за усилитель = 2000 р. (напомню, что каждую плату китайцы делают по пять шт.)
Радиаторы: 600 р. за две шт.
Провода, клеммы, винтики, шпунтики… Накинем ещё 1000 р.
Корпус около 5000 включая доставку.
Получилось всего примерно 14000 р.
Как понятно из изложенного – это средняя цена. Она может как прилично вырасти, если покупать «аудиофильские» компонеты, так и уменьшиться, если поставить задачу сэкономить. Например, можно сэкономить на корпусе и трансформаторе.
Результат.
После пары часов прослушивания на не очень большой громкости радиаторы усилителя нагрелись на ощупь градусов до 40, т.е. немного тёплые. Так что такой размер радиаторов – идеальный. Диоды в блоке питания практически не нагрелись, лишь на уровне ощущений, т.е. около 35 градусов.
В целом звук очень приятный, вообще не утомительный. У 35АС-309 со сверхвысокими дела обстоят неважно, поэтому кассеты (даже немного «убитые») на таком конфиге слушаются просто шикарно! Никакого «песка» нет, звучат почти как компакт-диск. Это меня удивило больше всего, реально, не ожидал такого от доставших меня ещё 20 лет назад аудиокассет...
Крайне важная деталь – упругий и акцентированный бас. Инструменты не сливаются в кашу, даже есть некая прозрачность. Очень приятно слушать на небольшой громкости – звука много и очень хорошо всё слышно из разных точек комнаты.
У кассетной деки выход мощнее, чем у мобилки, поэтому всего лишь на 20% громкости (у меня внешний регулятор-коммутатор) колонки орут довольно прилично. Запас по мощности есть и очень большой.
Старый рок заиграл новыми красками! Услышал у Black Sabbath, Deep Purple нереальный кач, который пропадал на том, на чём я до этого их слушал. У The Cure появилась определённая мощь! Про всякого рода экстремальный метал даже говорить не приходится – всё долбит и жужжит будь здоров!
Своей работой и усилителем я определённо доволен.
Ссылки:
[1] A Complete Guide to Design and Build a Hi-Fi LM3886 Amplifier. Мне попадался перевод этой статьи на русский, со всеми картинками и формулами, но без единой ссылки на оригинал!
[2] LM3886 Audio Power Amplifier (ссылка на pdf-файл)