Перейти к содержанию

LM1875 — усилитель мощности звука на 20 Вт в корпусе TO-220-5

LM1875 — монолитный усилитель мощности звука в пятивыводном TO-220: 20 Вт на 4 или 8 Ом при питании ±25 В, защита по току и от перегрева, выходные диоды внутри. Разбираем по даташиту Texas Instruments выводы, параметры, обе типовые схемы, источник питания от сетевого трансформатора, изоляцию фланца и расчёт радиатора, где в самом даташите расходятся тепловые сопротивления.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

LM1875 — монолитный усилитель мощности звуковой частоты: по включению это мощный операционный усилитель с неинвертирующим и инвертирующим входами, усилением без обратной связи 90 дБ и внутренней коррекцией, устойчивый при усилении 10 и больше. Защита — ограничение тока около 4 А, которое уменьшается при большом напряжении на выходном транзисторе, и тепловое отключение; диоды с выхода на шины питания уже внутри. В разделе «Микросхемы усилителей звука» он соседствует с TDA2030A в похожем пятивыводном корпусе и с более мощным LM3886.

Коротко

  • Питание — от 16 до 60 В полного напряжения; 60 В — и предельное значение, запаса нет.
  • Мощность — 25 Вт на 8 Ом при ±25 В и искажениях 1 %; 20 Вт на 4 или 8 Ом при ±25 В — по описанию.
  • Искажения — 0,015 % при 20 Вт на 8 Ом и 1 кГц; на 20 кГц — до 0,4 %.
  • Ток покоя — 70 мА тип., 100 мА макс. при ±25 В.
  • Защита — ограничение тока 4 А тип. (не меньше 3 А), тепловое отключение при 170 °C.
  • Радиатор обязателен; фланец на потенциале вывода 3 (−VEE) — наш вывод из примечания на с. 9.

Распиновка LM1875

LM1875 в корпусе TO-220-5, вид спереди: 1 неинвертирующий вход, 2 инвертирующий вход, 3 минус питания −VEE, 4 выход, 5 плюс питания VCC; фланец на потенциале вывода 3Выводы: 1 — +IN, 2 — −IN, 3 — −VEE, 4 — OUTPUT, 5 — VCCTO-220-5, вид спередиLM18751+IN2−IN3−VEE4OUTPUT5VCCфланец — потенциал вывода 3 (−VEE)
LM1875 в корпусе TO-220-5, вид спереди, как на рис. 1 даташита TI: фланец слева, вывод 1 внизу
ВыводОбозначениеНазначение
1+INнеинвертирующий вход
2−INинвертирующий вход, сюда приходит обратная связь с выхода
3−VEEминус питания; при однополярном питании — общий провод
4OUTPUTвыход на динамик
5VCCплюс питания

Корпус в перечне заказных исполнений — TO-220 с пятью выводами (NDH и NEB), исполнения LM1875T/NOPB и LM1875T/LF02…LF05, рабочая температура 0…70 °C. Рис. 1 подписан обозначениями корпусов NDH0005D, KC0005A, NEB0005E и NEB0005B — порядок выводов у всех один.

Предельные режимы и параметры

Предельные режимы (с. 2): питание 60 В, входное напряжение — от −VEE до VCC, кристалл 150 °C, хранение −65…+150 °C, пайка 260 °C 10 с, θJC = 3 °C/Вт, θJA = 73 °C/Вт. Характеристики — при ±25 В, 25 °C, нагрузке 8 Ом, усилении 20 (26 дБ) и 1 кГц, если не указано иное; колонка «Граница» — проверяемый в производстве предел:

ПараметрТип.ГраницаУсловия
Ток потребления70 мА100 мАбез сигнала
Выходная мощность25 Втискажения 1 %
Коэффициент гармоник0,015 %20 Вт, 1 кГц
Коэффициент гармоник0,05 %0,4 %20 Вт, 20 кГц
Коэффициент гармоник на 4 Ом0,022 %; 0,07 %—; 0,6 %20 Вт; 1 кГц и 20 кГц
Напряжение смещения±1 мВ±15 мВ
Входной ток±0,2 мкА±2 мкА
Разность входных токов0±0,5 мкА
Произведение усиления на полосу5,5 МГц20 кГц
Усиление без обратной связи90 дБпостоянный ток
Подавление пульсаций по VCC / по VEE95 / 83 дБ52 / 52 дБ (мин.)1 кГц, 1 В эфф.
Скорость нарастания8 В/мкс20 Вт, 8 Ом, полоса 70 кГц
Ограничение тока4 А3 А (мин.)VOUT = VSUPPLY − 10 В
Шум, приведённый ко входу3 мкВ эфф.RS = 600 Ом, CCIR

Мощность в таблице измерена с радиатором 1 °C/Вт без прокладки при 25 °C (примечание 1). Защита по выходу имеет отрицательный температурный коэффициент, поэтому мощность на 4 Ом может немного снизиться, когда фланец нагрет выше 55 °C. По рис. 5 при ±20 В на 8 Ом получается около 17 Вт при 1 %.

Схема с двухполярным питанием

Типовая схема на с. 2 даташита. Сигнал через C1 = 2,2 мкФ приходит на вывод 1; R1 = 1 МОм и R2 = 22 кОм — на общий провод. С выхода на вывод 2 — R4 = 20 кОм, от вывода 2 на общий провод — R3 = 1 кОм последовательно с C2 = 22 мкФ. Питание: на VCC — C3 = 0,1 мкФ и C7 = 100 мкФ, на −VEE — C4 = 0,1 мкФ и C6 = 100 мкФ. На выходе — R5 = 1 Ом с C5 = 0,22 мкФ на общий провод, динамик 4–8 Ом подключён прямо к выходу.

Наш расчёт: усиление 1 + 20 / 1 = 21 (26,4 дБ); C2 с R3 дают нижнюю границу 1 / (2π · 1 кОм · 22 мкФ) ≈ 7,2 Гц, входная цепь C1 с R2 — около 3,3 Гц. Усиление меньше 10 TI не допускает: устойчивость гарантирована только при 10 и больше.

Схема с однополярным питанием

Рис. 2 даташита: вывод 3 — на общий провод, половину питания делают R1 = R2 = 22 кОм с C2 = 10 мкФ на общий провод, через R3 = 22 кОм она приходит на вывод 1. Вход — C1 = 1,0 мкФ, R4 = 1 МОм на общий провод. Обратная связь — R6 = 200 кОм с выхода на вывод 2, от вывода 2 на общий провод — R5 = 10 кОм и C3 = 10 мкФ. Питание блокируют C4 = 0,1 мкФ и C7 = 100 мкФ, на выходе — R7 = 1 Ом с C5 = 0,22 мкФ и динамик через C6 = 2200 мкФ.

Наш расчёт: усиление 1 + 200 / 10 = 21; нижняя граница цепи обратной связи — 1 / (2π · 10 кОм · 10 мкФ) ≈ 1,6 Гц, выходного конденсатора с динамиком 4 Ом — около 18 Гц, с 8 Ом — около 9 Гц.

Питание от сети

Такие усилители питают от сетевого трансформатора, диодного моста и конденсаторов фильтра. Первичная цепь — сетевое напряжение: предохранитель, изоляция и монтаж первичной обмотки должны соответствовать требованиям для сетевых цепей, а работать с включённым в сеть прибором без опыта нельзя. Амплитуда напряжения в розетке — около 325 В при 230 В действующих, как подобрать трансформатор — в статье «Трансформатор».

На стороне усилителя главное — не превысить 60 В. Нестабилизированный источник без нагрузки и при повышенной сети даёт больше, чем под нагрузкой. TI в даташите LM3886 (уравнение 9) закладывает на это около 15 % и ещё 10 %. Наш расчёт для LM1875: ±25 В под нагрузкой — это до ±25 · 1,15 · 1,1 ≈ ±31,6 В, то есть 63 В в сумме, выше предела. Чтобы холостой ход не превышал ±30 В, под нагрузкой должно быть не больше ±30 / (1,15 · 1,1) ≈ ±23,7 В. Свой трансформатор проверьте измерением без нагрузки.

Фланец и радиатор

TI требует радиатор всегда: при 60 В и токе покоя 100 мА без сигнала рассеивается 6 Вт, а θJA корпуса TO-220 в тексте — 54 °C/Вт, то есть нагрев на 324 °C, и сработает тепловая защита. Защита отключает усилитель при 170 °C кристалла, включает снова около 145 °C, а при повторном нагреве отключает уже при 150 °C.

Фланец. При однополярном питании он под потенциалом общего провода, и TI советует крепить микросхему прямо к радиатору без прокладки. При двухполярном питании фланец на −VEE (наш вывод): радиатор без прокладки окажется под отрицательным напряжением питания, и его нельзя соединять с шасси или общим проводом. Подробнее о фланцах — в статье «Теплоотводящий фланец корпуса».

Сколько рассеивает микросхема. Для резистивной нагрузки TI даёт оценку для идеального выходного каскада класса B:

Pрас≈Uп22π2Rн+Pпок,P_\text{рас} \approx \frac{U_\text{п}^2}{2\pi^2 R_\text{н}} + P_\text{пок},

где Uп — полное напряжение питания, Pпок — мощность покоя. Для динамика TI советует худший случай — нагрузку с фазой 60°: она греет усилитель примерно как её активная часть, то есть динамик 8 Ом — как резистор 4 Ом.

Тепловые сопротивления на пути к воздуху по с. 8: металл к металлу — около 1 °C/Вт со смазкой и 1,2 °C/Вт всухую, слюдяная прокладка — 1,6 °C/Вт со смазкой и 3,4 °C/Вт всухую. Радиатор:

θрад≤Tj−TвоздPрас−θjc−θконт.\theta_\text{рад} \le \frac{T_j - T_\text{возд}}{P_\text{рас}} - \theta_{jc} - \theta_\text{конт}.

Пример TI. 50 В, 8 Ом, по кривым рис. 10 — до 19 Вт; кристалл ниже 150 °C при воздухе до 70 °C: (150 − 70) / 19 ≈ 4,2 °C/Вт всего. С θJC = 2 °C/Вт и смазанной слюдой — радиатор 0,6 °C/Вт. При воздухе до 50 °C — 1,6 °C/Вт, а если изолировать от шасси сам радиатор и обойтись без слюды — 1,2 °C/Вт.

Наш расчёт: ±20 В, динамик 8 Ом, воздух в корпусе 40 °C.

  • Нагрузка считается как 4 Ом: 40² / (2π² · 4) ≈ 20,3 Вт; ток покоя 100 мА добавляет 40 В · 0,1 А = 4 Вт; всего около 24,3 Вт.
  • Всего от кристалла (150 °C) до воздуха — (150 − 40) / 24,3 ≈ 4,5 °C/Вт.
  • С θJC = 2 °C/Вт из примера: со смазанной слюдой радиатор — не хуже 0,9 °C/Вт, с радиатором, изолированным от шасси, без прокладки — 1,5 °C/Вт.
  • С θJC = 3 °C/Вт из таблицы предельных режимов: со слюдой не хватает даже идеального радиатора, без прокладки — 0,5 °C/Вт.

Наш вывод: при двухполярном питании выше ±20 В и динамиках 4–8 Ом LM1875 требует очень большого радиатора; однополярное питание с фланцем прямо на радиаторе снимает потери на прокладке. Свои значения удобно пересчитать в калькуляторе радиатора; о том, как складываются тепловые сопротивления, — в глоссарии.

Устойчивость и монтаж

  • Общий провод. Возвраты нагрузки, выходной цепочки и входа с обратной связью ведут к точке общего провода раздельно; конденсаторы 0,1 мкФ по питанию и цепочку на выходе ставят как можно ближе к микросхеме.
  • Наводки с выхода на вход при высокоомном источнике или длинных входных проводах лечат конденсатором 50–500 пФ на входе.
  • Ёмкостная нагрузка. Без последовательного резистора переходный процесс звенит при ёмкости больше 0,1 мкФ; при ожидаемой большой ёмкости ставят резистор не меньше 1 Ом последовательно с выходом или 10 Ом параллельно с 5 мкГн.
  • Провода питания скручивают и отводят от платы и входных цепей; при правильном монтаже искажения на 8 Ом при 10 Вт — меньше 0,05 % на 20 кГц и 0,02 % на 1 кГц.

Расхождения в документации

  • θJC. В таблице предельных режимов — 3 (единица напечатана как «°C»), в примере расчёта радиатора на с. 8 — 2 °C/Вт. От выбора зависит, пройдёт ли слюдяная прокладка (пример выше). Наш вывод: считайте по 3 °C/Вт.
  • θJA. В таблице — 73, в тексте на с. 8 — 54 °C/Вт. Строки θJC и θJA к тому же стоят в таблице под заголовком Lead Temperature.
  • Пример радиатора. 19 Вт для 50 В и 8 Ом взяты с кривых рис. 10; по формуле той же страницы с током покоя 100 мА выходит около 20,8 Вт (наш расчёт).
  • Фланец. Прямого указания, с каким выводом соединён фланец, в даташите нет; вывод 3 следует из примечания на с. 9 и рис. 2.
  • Напряжение питания. Рабочий диапазон 16–60 В из списка особенностей совпадает с предельным значением 60 В: запаса на колебания сети нет.

Частые вопросы

Какая распиновка у LM1875?

По рис. 1 даташита (вид спереди, фланец слева): 1 — неинвертирующий вход, 2 — инвертирующий вход, 3 — −VEE, 4 — выход, 5 — +VCC. Даташит прямо не пишет, с каким выводом соединён фланец, но в примечании на с. 9 говорит, что при однополярном питании фланец под потенциалом общего провода — а общий провод в этой схеме подключён к выводу 3. Наш вывод: фланец на потенциале вывода 3, при двухполярном питании это −VEE.

Какое питание нужно LM1875?

Полное напряжение — от 16 до 60 В (±8…±30 В или однополярное), 60 В — одновременно и предельное значение. Характеристики даны при ±25 В. От трансформатора с выпрямителем считайте напряжение без нагрузки и при повышенном напряжении сети: по правилу TI из даташита LM3886 это на 15 % и ещё на 10 % выше напряжения под нагрузкой, и ±25 В под нагрузкой превращаются примерно в ±31,6 В — больше 60 В в сумме (наш расчёт).

Какой радиатор нужен LM1875?

TI требует радиатор всегда, даже без нагрузки: при 60 В и наибольшем токе покоя 100 мА микросхема рассеивает 6 Вт. В примере TI при питании 50 В, нагрузке 8 Ом и воздухе до 70 °C нужен радиатор 0,6 °C/Вт со смазанной слюдяной прокладкой. По нашему расчёту при ±20 В, динамике 8 Ом и 40 °C в корпусе радиатор нужен не хуже 0,9 °C/Вт со слюдой или 1,5 °C/Вт без прокладки — если верить θJC = 2 °C/Вт из примера; с 3 °C/Вт из таблицы предельных режимов слюдяная прокладка уже не проходит.

Можно ли привинтить LM1875 к радиатору без прокладки?

При однополярном питании — да, это прямо советует TI: фланец под потенциалом общего провода. При двухполярном питании фланец под −VEE, и радиатор без прокладки оказывается под отрицательным напряжением питания: его нельзя соединять с шасси и общим проводом. Тогда либо ставят изолирующую прокладку, либо изолируют от шасси сам радиатор — в примере TI это позволяет взять радиатор 1,2 °C/Вт вместо 0,6 °C/Вт.

Источники

  1. Texas Instruments. LM1875 20W Audio Power Amplifier (SNAS524A, May 2004, revised May 2004) — с. 1 — Features, Description, рис. 1 (выводы, вид спереди); с. 2 — типовая схема с двухполярным питанием, предельные режимы (60 В, θJC 3, θJA 73); с. 3 — электрические характеристики при ±25 В и 8 Ом, примечание 1 (радиатор 1 °C/Вт, фланец выше 55 °C), рис. 2 (однополярное питание); с. 4 — рис. 5 (мощность от питания), рис. 8 (допустимая мощность от температуры); с. 5 — рис. 9 и 10 (рассеиваемая мощность от выходной); с. 7 — устойчивость, ёмкостная нагрузка, искажения, ограничение тока; с. 8 — тепловая защита 170/145/150 °C, формула рассеиваемой мощности, пример радиатора, прокладки; с. 9 — примечание о фланце при однополярном питании, реактивная нагрузка 60°; Package Option Addendum от 25.02.2026 — исполнения LM1875T, 0…70 °C
  2. Texas Instruments. LM3886 Overture Audio Power Amplifier Series (SNAS091C, May 1999, revised March 2013) — с. 22, уравнение 9 — наибольшее напряжение питания: напряжение под нагрузкой, плюс около 15 % на холостом ходу и 10 % при повышенном напряжении сети. Правило того же производителя для другого усилителя, не данные LM1875
  3. Texas Instruments. LM1875 20-W Audio Power Amplifier — страница продукта — статус Active; даташит — Rev. A от 13.05.2004; Product details: класс AB, моно, 20 Вт, питание 16–60 В, нагрузка от 4 Ом, 0…70 °C; корпуса TO-220 (NEB) и TO-220 (NDH), 5 выводов

Нашли ошибку?

Смотрите также