Tales From the Chip: Amplificador de audio LM1875: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Me encantan algunos amplificadores de chip, pequeños paquetes de pura potencia de audio. Con solo unos pocos componentes externos, una fuente de alimentación limpia y un disipador de calor considerable, puede obtener un sonido de calidad verdaderamente alta fidelidad que compite con diseños de transistores discretos y complejos.

Entré en un poco más de detalles sobre el beneficio de los amplificadores de chip en mi tributo al LM386; ese podría ser un buen lugar para comenzar. Aquí, me sumergiré directamente en lo que hace que el LM1875 sea tan genial y cómo construir un circuito simple. ¡Monta, Dobbin!

Paso 1: Saluda al LM1875

El LM1875 ("dieciocho setenta y cinco") es un chip monstruoso en un paquete muy modesto, y otro chip muy querido en la comunidad de audio DIY. La hoja de datos oficial (PDF) afirma la capacidad de conducir 20W en cargas de 8Ω con + -25V, y hasta 30W suministrados con + -5V extra de jugo … y todo a menos del 1% THD. Y por raro que sea, puedo confirmar que la jactancia en la hoja de datos es acertada: esas cifras se pueden alcanzar con bastante comodidad en la realidad (si se cuenta con un enfriamiento saludable).

Paso 2: Pinout

El paquete TO-220, con solo 5 pines, es muy fácil de conectar:

1 - Entrada negativa (-IN)

2 - Entrada positiva (+ IN)

Entradas de amplificador operacional estándar, con la entrada positiva recibiendo la señal de audio y la entrada negativa conectada a tierra.

3 - Suministro negativo (-Vee)

5 - Suministro positivo (Vcc)

Aquí alimenta el amplificador, idealmente con una fuente dual. También puede ser accionado por una sola fuente atando el pin 3 a tierra, sin embargo, el rendimiento puede verse afectado.

4 - Salida

Aquí es donde cenas con una dulce y dulce señal amplificada.

Paso 3: esquema y lista de materiales

Aquí hay un esquema simple para un solo canal; para estéreo, necesitará dos de estos.

R1 y R2 son las resistencias de ganancia conectadas a la entrada inversora del amplificador. Los valores de 22KΩ y 1KΩ dan como resultado una ganancia de 23:

Ganancia = 1 + (R1 / R2)

= 1 + (22 / 1) = 23

Para cambiar la ganancia, simplemente intercambie R1 con otra resistencia en el rango de kohm y conéctela a la fórmula.

CIC1 a CIC4 son los condensadores de desacoplamiento del LM1875. El condensador más pequeño (100nF) filtra el ruido de alta frecuencia en el riel de alimentación, mientras que la tapa más grande (220uF) proporciona una fuente de energía para suavizar las caídas en la fuente de alimentación. En un circuito de producción, estas tapas deben colocarse lo más cerca posible de los pines de entrada de energía del chip. Para obtener más información, consulte este artículo sorprendentemente fácil de entender de Analog Devices sobre las técnicas adecuadas de desacoplamiento.

Del mismo modo, C1, C2, R2 y R3 están ahí para filtrar el ruido, mientras que R5 actúa como una resistencia desplegable, lo que permite una ruta a tierra si no hay señal conectada (reducción de zumbidos).

R6 y C3 forman un circuito RC, un filtro que elimina las frecuencias de radio de la retroalimentación al circuito y evita que las oscilaciones del altavoz regresen al amplificador.

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Lista de materiales:

IC: LM1875

R1: 22 kΩ

R2: 1 kΩ

R3: 1 kΩ

R4: 1 MΩ

R5: 22 kΩ

R6: 1 Ω, 1 W

C1: electrolítico 10uF (o preferiblemente, película de poliéster / polipropileno)

C2: electrolítico 47uF

C3: 220nF X7R / película

CIC1, CIC3: 220uF electrolítico

CIC2, CIC4: 100nF X7R / película

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Necesitará una forma de alimentar el audio: tomé un conector de 3,5 mm de un dispositivo antiguo e hice una ruptura que se conecta directamente a una placa de pruebas, o podría cortar la cabeza de un cable de audio de 3,5 mm viejo, pegar algunos encabezados los extremos y conectarlo directamente.

Además, necesitará los puentes, cables, un altavoz / carga simulada y una fuente de alimentación habituales; una fuente de alimentación de mesa variable decente que pueda proporcionar +/- 30V será útil.

Finalmente, ¡un disipador de calor! La mayoría de los chipamps de clase A / B requieren un enfriamiento significativo, así que obtenga un disipador de calor más grande del que cree que necesitará y manténgalo disponible para fines de creación de prototipos.

Paso 4: construcción de la placa de pruebas

Así que aquí está mi tablero …

… Pero ¡DESCARGO DE RESPONSABILIDAD

Este no es el diseño más óptimo; idealmente, los componentes deberían estar mucho más juntos y las tapas de desacoplamiento en particular están demasiado lejos de los pines IC. Sin embargo, lo extiendo para que sea más fácil de entender en las fotos y para que mi incómodo disipador de calor encaje. Los resultados están bien para períodos cortos de prueba.

Puse ambas tiras del riel de alimentación en un lado de la placa de prueba, para poder dejar espacio alrededor del IC para el disipador de calor. Esto tiene el beneficio adicional de hacer que los rieles dedicados positivos, negativos y de tierra sean fácilmente accesibles a lo largo de la parte inferior de la placa.

Paso 5: ¡No olvide el disipador de calor

Para preparar un disipador de calor, primero alinéelo en la placa y marque dónde debe ir el orificio para asegurarlo al IC. Luego taladre el orificio y lije toda la superficie de contacto con papel muy fino hasta que la superficie esté lisa y brillante.

A continuación, aplique un punto de pasta térmica a la superficie de contacto y coloque la mica aislante en la parte superior con unas pinzas; trate de no tocar la mica con los dedos.

Por último, use un sombrero de copa (o "casquillo"), una tuerca y un perno para asegurar el chip al disipador de calor. Debe estar lo suficientemente apretado para que el circuito integrado no se pueda girar alrededor del perno, ¡y no más!

Por último, verifique que la pestaña del chip esté aislada del disipador de calor haciendo una prueba de continuidad con su multímetro, con una sonda en la pestaña del disipador de calor y la otra en el disipador de calor. Sin bip = ¡buen trabajo!

Paso 6: ¡Pruébelo

Verifique y vuelva a verificar que todas sus conexiones sean sólidas y asegúrese de enviar voltaje + y - a los rieles correctos. Ajuste la fuente de alimentación a alrededor de + -10V, ¡retroceda y encienda!

Si no aparece una erupción de humo impactante, probablemente lo haya logrado. Reproduzca música y escuche su altavoz de prueba. Si la fuente de alimentación de su banco tiene un amperímetro incorporado, puede ver cuánta corriente está consumiendo su amplificador en un momento dado; intente subir el volumen para ver cómo aumenta el consumo de corriente.

A bajos voltajes, es probable que se encuentre con recortes u otras formas de distorsión más temprano que tarde, y a volúmenes más altos su música sonará bastante mal. Suba lentamente el voltaje: el LM1875 maneja + -25V como un campeón, por lo que si tiene un disipador de calor decente, no debería haber nada de qué preocuparse.

Tensión de salida

Ejecuté la salida en una carga ficticia gigantesca (una resistencia de 300 W, 8 Ω) y analicé la salida. Con una onda sinusoidal de 1 kHz a un pico de 810 mV, el LM1875 me ofreció un pico respetable y limpio de 20,15 V (14,32 V RMS) en la salida, solo un poco por encima de nuestra configuración de ganancia.

Poder

En términos de energía limpia, hago que …

Potencia RMS = Vrms ^ 2 / R = 14.32 ^ 2/8 = 25.63W

… ¡Apenas por debajo de 26W! No está mal.

En este punto, quería ver si podía llegar a esa mítica marca LM1875 de 30W, pero primero necesitaba cambiar el disipador de calor por algo un poco más tranquilizador …

Paso 7: el monstruo de cobre