LM3886 — усилитель мощности звука на 68 Вт с функцией MUTE

Распиновка LM3886

T и TF. Рис. 2 отсылает к двум чертежам: NDJ0011B — неизолированный корпус со ступенчатыми выводами, NDA0011B — изолированный. В перечне заказных исполнений это LM3886T/NOPB (NDJ) и LM3886TF/NOPB (NDA), оба по 11 выводов. Примечание к рис. 2: LM3886T неизолированный, и при монтаже на радиатор только с термопастой фланец и радиатор оказываются под потенциалом V−; слюдяная прокладка изолирует радиатор от V−, но увеличивает тепловое сопротивление корпус–радиатор. Отверстие под винт по чертежам — 3,81 ± 0,05 мм у NDJ0011B и 3,84 ± 0,05 мм у NDA0011B.

Предельные режимы и параметры

Предельные режимы (с. 3): |V+| + |V−| — 94 В без сигнала и 84 В с сигналом; синфазное входное напряжение — в пределах V+ и V− при |V+| + |V−| ≤ 80 В; дифференциальное — 60 В; ток выхода ограничен внутри; рассеиваемая мощность 125 Вт (выше 25 °C корпуса снижать по θJC = 1 °C/Вт до 150 °C кристалла); ESD 3000 В; кристалл 150 °C, мгновенная температура в области безопасной работы — 250 °C; хранение −40…+150 °C; θJA = 43 °C/Вт. Характеристики — при ±28 В, IMUTE = −0,5 мА, нагрузке 4 Ом и 25 °C:

Типовая схема

Рис. 1 даташита. Сигнал с потенциометра RIN = 10 кОм через RB = 1 кОм приходит на вывод 10. С выхода на вывод 9 — Rf1 = 20 кОм, от вывода 9 на общий провод — Ri = 1 кОм и Ci = 22 мкФ. Вывод 7 — на общий провод. MUTE: от вывода 8 к V− — RM и выключатель S1, параллельно RM — CM = 100 мкФ. Питание блокируют конденсаторы CS на V+ и V−, нагрузка на рисунке — 8 Ом.

Наш расчёт: усиление 1 + 20 / 1 = 21 (26,4 дБ), нижняя граница цепи обратной связи — 1 / (2π · 1 кОм · 22 мкФ) ≈ 7,2 Гц. RB, по TI, не пускает в неинвертирующий вход токи, которые при питании ниже 1,5 В могли бы пройти в нагрузку. Необязательные детали — Cc на входе, Rf2 и Cf в обратной связи, RSN и CSN на выходе, L и R последовательно с нагрузкой — TI добавляет, если нужно ограничить полосу или нагружать усилитель длинным кабелем; по даташиту они могут взаимодействовать друг с другом.

Источник питания от сети

LM3886 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 прибором без опыта нельзя. Амплитуда в розетке — около 325 В при 230 В действующих, о выборе трансформатора — в статье «Трансформатор».

TI предлагает считать питание так (уравнения 7–9). Пиковое напряжение и ток на выходе — √(2 · Rн · P) и √(2P / Rн). К пиковому напряжению прибавляют недоход до шин 4 В, а затем запас: напряжение без нагрузки обычно на 15 % выше, при повышенной сети — ещё на 10 %. Пример TI — 40 Вт на 4 Ом: 17,9 В и 4,5 А в пике, усиление не меньше 12,6, выбрано 13 с Rf1 = 100 кОм и Ri = 8,2 кОм, нижняя граница 4 Гц, верхняя 100 кГц.

Наш расчёт для того же примера: 17,9 + 4 = 21,9 В под нагрузкой и 21,9 · 1,15 · 1,1 ≈ 27,7 В на холостом ходу при повышенной сети, а в даташите — ±21,0 и ±26,6 В (см. расхождения). Обратная задача: чтобы с запасом на холостой ход и сеть полное напряжение не превышало 84 В, под нагрузкой должно быть не больше ±42 / (1,15 · 1,1) ≈ ±33 В. Без сигнала допускается до 94 В, но при подаче сигнала предел уже 84 В.

Защита от недостаточного питания не даёт усилителю включиться, пока |V+| + |V−| ≤ 12 В, а V− должно быть хотя бы на 9 В ниже общего провода. При включении усилитель ждёт, пока конденсаторы фильтра зарядятся почти полностью, а при выключении сначала уводит выход на ноль — поэтому щелчков в динамике нет.

Радиатор и прокладка

Без радиатора при импульсах мощности дольше 100 мс корпус быстро нагревается. Рекомендации TI (с. 18):

• термопаста между корпусом и радиатором — 0,2 °C/Вт или меньше при неплоскостности до 0,005 дюйма; без пасты — не лучше 0,5 °C/Вт;
• слюдяная прокладка 2 мил (0,05 мм) с пастой с обеих сторон — около 0,4 °C/Вт; силиконовые прокладки без пасты — заявлено 0,5 °C/Вт, но по опыту TI они портятся и после снятия микросхемы их меняют;
• металла под корпусом должно хватать, чтобы тепло от центра корпуса дошло до рёбер.

Наибольшая рассеиваемая мощность и радиатор — уравнения 2 и 6 даташита:

где U_п — полное напряжение питания, T_{J max} = 150 °C, θ_JC = 1 °C/Вт.

Наш расчёт: ±28 В, 4 Ом, воздух в корпусе 40 °C.

• 56² / (2π² · 4) ≈ 39,7 Вт; с наибольшим током покоя 85 мА добавляется до 56 В · 0,085 А ≈ 4,8 Вт, которых уравнение 2 не содержит.
• LM3886T на термопасте (θCS = 0,2 °C/Вт), фланец и радиатор под V−: θSA ≤ (110 − 39,7 · 1,2) / 39,7 ≈ 1,57 °C/Вт; с учётом тока покоя (44,5 Вт) — около 1,27 °C/Вт.
• Радиатор должен быть соединён с шасси — нужна слюда (0,4 °C/Вт): около 1,37 °C/Вт, с током покоя — около 1,07 °C/Вт.
• Динамик 8 Ом на нагрев считайте как 4 Ом: правило TI для нагрузки с фазой 60° из даташита LM1875.

Рис. 34 сводит такие расчёты в таблицу: для 40 Вт рассеяния при 40 °C — 1,6 °C/Вт, при 25 °C — 1,9 °C/Вт. Свои значения — в калькуляторе радиатора, о фланцах под напряжением — в статье «Теплоотводящий фланец корпуса».

Тепловая защита отключает усилитель при 165 °C и включает снова около 155 °C; при длительной перегрузке он так и переключается между этими температурами. Радиатор выбирают так, чтобы она не срабатывала в обычной работе.

Устойчивость и монтаж

• Блокировка питания — электролит 10 мкФ и больше и керамика 0,1 мкФ у выводов; без неё возможны «моторный» низкочастотный и высокочастотный режимы генерации. Против искажений на высоких частотах TI советует электролит 470 мкФ или больше у выводов.
• Длинные провода питания запасают энергию при замыкании выхода; с местным конденсатором от 20 мкФ выбросы важны, только если провода длиннее пары футов (больше 1 мкГн). Провода питания и общий скручивают.
• Общий провод — в одну точку: возвраты нагрузки, выходной цепочки и входа ведут раздельно; обратную связь берут прямо с вывода выхода.
• Наводки с выхода на вход — конденсатор Cc 50–500 пФ между входами.
• Ёмкостная нагрузка больше 0,2 мкФ без последовательного резистора вызывает звон; для длинных кабелей — 10 Ом параллельно с 0,7 мкГн последовательно с нагрузкой.

Расхождения в документации

• Напряжение питания. В особенностях — «20–94 В», в рабочих условиях — 20–84 В; 94 В — предел только без сигнала.
• Недоход до шин. В таблице — до 2,0 В до V+ и до 3,0 В до V− при 100 мА, в разделе о расчёте питания — «4 В для LM3886».
• Пример 40 Вт на 4 Ом. 17,9 + 4 = 21,9 В, а в тексте — ±21,0 В; по уравнению 9 от 21,9 В получается около ±27,7 В, а не ±26,6 В. Ci ≥ 4,85 мкФ, а выбрано 4,7 мкФ — меньше рассчитанного минимума (нижняя граница около 4,1 Гц вместо 4 Гц, наш расчёт).
• Температура. Рабочие условия — −20…+85 °C, в перечне заказных исполнений — 0…70 °C.
• Обозначения корпусов. В примечании к рис. 2 — старое TA11B, в подписи — NDJ0011B; это один и тот же чертёж (TA11B Rev B). На рис. 2 остались упоминание корпуса PFM и пометка Preliminary.
• Изолированное исполнение. θJC = 1 °C/Вт и рис. 34 даны без разделения на T и TF; тепловых данных для изолированного LM3886TF в даташите нет.
• Страница продукта. В заголовке — «stereo», в таблице Product details — моно (один канал), как и в даташите; там же напряжение питания выходного каскада указано до 94 В, а аналоговой части — до 84 В.