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LM3875單電源擴大機
by Joe Huang
2010/2/7

動機:
學弟喜歡購買許多二手音響配件(壞的也買)來玩,剛好他缺一個功率放大器(後級), 於是我”嘴滑”…隨口說出應該不難做吧,我改天做一個出來…

後來我朋友電腦喇叭有點故障,問我有沒有推薦的平價喇叭,於是我又興起做
後級的念頭啦~~

剛好之前購買的LM3875有剩餘,所以就拿現有材料來設計了 .而因為我懶的再搞一個雙電源供應器,所以我就修改LM3875 datasheet單電源版來玩.

電路圖如下

電路圖中輸入端的電阻我是後來才加的,這塊版子完成後發現插上便宜訊號線(另一端空接)後會有很嚴重的干擾,而接上訊源後干擾則會消失,所以加一個1K電阻做為增加訊號線(差模?)迴路阻抗用(這不叫高阻抗線;輸入阻抗亦無改變),當然這1K電阻理論上對"訊號”毫無影響.

還有雖然datasheet電路中有說220pF跟補償電阻串(2.7R(3.3R)+0.1uF)是選擇性的,但是我之前的經驗是LM3875或許不太穩定, 所以建議還是要裝.

當然,不太穩定不是說這顆IC”性能”不好, 往好處想,不太穩定在自動控制上代表極點接近虛軸, ”或許”表示它追訊號的能力比較”準”呢!

零件排列+佈線圖(零件面看入)

1腳: 電源+
3腳: out
4腳: 電源-(地)
7腳: Vin+
8腳: Vin-(信號地)
使用”星狀接地” ,電源地與訊號地是分開的, 但是訊號地再透過一個0.01uF薄膜電容與電源地做一個連接成為”混合接地”
線路盡量短這是當然的, 另外還要注意大電流路徑(電源,out)跟小電流路徑(訊號)分開, 避免產生串音(crosstalk)或電磁干擾
(照片說明)

左上跟右下的橘黃區域分別為”混合接地”跟”星狀接地”
藍區為訊號(小電流)
紅區為電源部分(大電流)
綠區為輸出(大電流)
黃區為輸出補償(中功率)
淡紫線是回授路徑(中小電流)

Layout(銅箔面)
Ver 1.0

Ver 2.0

這兩者主要差別是考慮EMC影響跟一些接地點的改變
V2把電源+跟地的迴路面積減小了,但是星狀接地變的比較不明顯,但是共通阻抗的(形狀)改變”看起來”還算可以接受
另外還有把”乾淨地”改連到訊號地(layout右上方)

製做過程(初版):


把layout印在描圖紙上


在曝光機上放一張黑紙吸收(底部)雜散光源,再放上感光電路版跟layout的紙


撕掉電路版感光保護膜,抽掉空氣讓紙跟電路版平整貼合


蓋上曝光機蓋子,時間設定80秒,打開上方光源


曝光完成後立即把電路板丟進顯像液裡


過一陣子…


把顯像好的電路板夾上夾子


丟入這台看起來頗噁心的刻蝕機裡…..(聽說有劇毒!?)


刻蝕完成品


開始鑽孔(濾波電容跟輸出交連電容最好先試裝)還有用酒精把藍色不知名化學物洗掉

焊上SMD(0805)電阻和電容


焊上精密電阻


焊上薄膜電容跟端子座


最後焊上IC跟大體積的電解電容就完成啦


換個角度拍


屁股照!


插上市售電源穩壓器24V跟15元喇叭單體在接上訊源就可以發聲囉!

照片中的電源濾波電容只有330uF,在還沒有接訊號線時哼聲極大, 做了一些小測試後, 推測市售電源穩壓器(1百多元)品質極差, 330uF換了一個普通的4700uF即把哼聲降到耳朵貼進喇叭才聽到的情況, 新的電容稍run一下會發現哼聲會更少 !

溫度部分不算很高,手指可以摸IC背面摸個幾秒不用離開,應該是不太需要裝散熱片

訊號線部分就如同文前描述,插上後會出現明顯干擾音(有裝VR的話甚至還可以聽到蠻清楚的AM電台= =…), 而把訊號線再接上訊源則可消除干擾.
Well…做好V1.0後又看了一些書, 於是設計了V2.0, 直到最近才改良出了V2.1版(with 1K)的架構, 但是還沒測試就是了…

做好了2聲道(V1.0)拿去朋友家, 試聽了一陣子, 除了可變電阻在不同角度的染音雜音頗為恐怖外(相信V2.1可解決), 基本上聲音是很甜美的, 有量,有速度但又不生硬, 帶點柔順感, 背景還算黑, 沒甚麼底噪, 細節也不錯, 而頻率響應範圍我認為是受到(電腦)喇叭單體的限制, 高頻推的很棒很享受, 可是頻率一高過某個範圍就急轉直下快聽不到了.

成本的話一組大概幾百元而已吧,就LM3875比較貴,有興趣的可以玩一玩,不過要注意輸出電容一定要夠大, 否則會低頻會損失喔! 另外就是電源部份,因為這是單電源,所以IC實際工作電壓相當於是用+-12V的雙電源在運作,功率稍低,可以的話使用電壓越高越好, 但是當電源大於36V時要小心被插頭電到….

這篇分享就到這邊
很感謝AA, 這裡有許多熱心的高手願意分享好文,好圖以及好部落格, 也有豐富的試聽心得, 才能讓小弟有所感觸, 有興趣去看相關書籍並藉此充實自己.



Layout有興趣者歡迎自行使用,但非經許可請勿用於商業用途
轉載請附上原出處網址

關於回授部分.和原廠單電源的電路做法似乎不同.
原廠20k-1k-電容下電源地.你的為20k-1k接訊號地
訊號地(1/2 Vcc?不過會這樣似乎是從輸出端回售電阻過來的).會不會跟著輸出訊號漂(僅0.01電容到電源地).這邊我好像轉不太過來.總覺得怪怪的.可否為小弟說明一下?

自己Layout、洗板

照片中是實驗室嗎？

兩年前~小弟有聽過幾次版友CKLEE組裝的GainClone"耳擴"

推650, 580好像把單體拿出來"甩"一樣~遊刃有餘~低頻控制力也十足~

但缺點是稍嫌粗聲~這寶貝如果能仔細調整應該也可當個勇猛的耳擴了

AD 寫:關於回授部分.和原廠單電源的電路做法似乎不同.
原廠20k-1k-電容下電源地.你的為20k-1k接訊號地
訊號地(1/2 Vcc?不過會這樣似乎是從輸出端回售電阻過來的).會不會跟著輸出訊號漂(僅0.01電容到電源地).這邊我好像轉不太過來.總覺得怪怪的.可否為小弟說明一下?

AD大大的疑問真是一語點醒夢中人阿
小弟當初看datasheet電路, 看到10uF有直覺想到是用來隔絕直流用的, 但是覺得10uF體積可能很大所以一直亂想不裝它的替代方案(先輸出電容再回授…等等), 後來好像想到說回授部分有”額外”直流輸入(1/2Vcc*1/(20+1))就給他輸入吧,反正那額外直流都要被輸出電容隔絕掉…(以上臆測成分頗多)

隔幾天就忘記這回事了, 以為不裝沒差, 反正datasheet上面是打*號, 就沒有想太多就直接捨去….

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(錯誤)
現在想想,如果電路版不變,消極的改善直流偏壓方式就是把兩個80K其中接電源(上方)那1顆改為88K歐姆這樣Vin- =12-12*1/(1+20)=11.43 , Vin+亦等同24*80/(80+88)=11.43 不過好像還是有某種東西不平衡,我也不太會說
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今日修正: 似乎回授產生的直流輸入訊號永遠都是(Vin+) - Vcc/2*1/(21) 無論Vin+怎麼調Vcc/2*B(回授)永遠沒辦法消除; 除非加一個10uF, 這樣對交流B不影響, 而直流的B=1 ==>直流輸入變成(Vin+) - Vcc/2*1/(21) = 12-12*1=0

至於回授的地到底要連去電源地還是訊號地小弟也不清楚,當初只是想到反正回授電流很小,而且訊號地就在旁邊, layout很方便就拉過去了


有甚麼想法歡迎提出來~小弟下次再出V2.1改進版

steel 寫::o 自己Layout、洗板

照片中是實驗室嗎？

呵呵~這是小弟上學期開始”打工”的地方(下學期大概就變成專題的名義吧)
這是系上蕭老師的實驗室啦,不過與其說它是實驗室倒不如說是迷你工廠比較貼切…
工作內容就幫忙學長打雜,跑腿and”製做電路版!” 所以練習見識DIY機會頗足,還算是愉快的工作

liuchengdar 寫:兩年前~小弟有聽過幾次版友CKLEE組裝的GainClone"耳擴"

推650, 580好像把單體拿出來"甩"一樣~遊刃有餘~低頻控制力也十足~

但缺點是稍嫌粗聲~這寶貝如果能仔細調整應該也可當個勇猛的耳擴了

原來gainclone還有耳擴阿~
聽起來好勁爆

電路圖與電路板不完全吻合是很常見的小問題，當整體電路架構再大些，小問題可能就成為大災難，這不是危言聳聽，有待過電子工廠生產線的經驗比較能體會。

呵呵，船大好眼力，Vin地端的【好朋友】不少哩！
另外的問題是：不加散熱片，LM3875的溫度如何？

componentbeggar 寫:呵呵，船大好眼力，Vin地端的【好朋友】不少哩！
另外的問題是：不加散熱片，LM3875的溫度如何？

想請問[好朋友]是指?
下一版有想把乾淨地"口"形斷開一個小縫,若有磁場通過"口"內部就不會形成感應電流,但是我也不確定想法是否正確?

溫度的話,由於缺乏儀器我也沒辦法量測,前文有說手指可以放在上面幾秒鐘,中小音量10秒以上不是問題,大音量或許2秒吧
我猜大概50度左右

要不要這樣改改試試.
1.原訊號地兩條接線取消
2.訊號地接電源地
3.回授電阻的1K改接到右邊電容處.下地電容改0.1並47
4.3875往上拉.以方便裝散熱片.3875雖發熱量不大.但是要真的正常使用還是要散熱的

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要不要這樣改改試試.
1.原訊號地兩條接線取消
2.訊號地接電源地
3.回授電阻的1K改接到右邊電容處.下地電容改0.1並47
4.3875往上拉.以方便裝散熱片.3875雖發熱量不大.但是要真的正常使用還是要散熱的

Thanks!
下一版架構大概就這樣改
其實這是小弟第一次layout,或許是有點玩心,所以就加了很多零零碎碎的想法,但是效果是否較佳未知,搞不好還多了一些怪東西反而劣化也說不定

BTW 回授電阻要接訊號地or電源地我想到比較可能的答案了.
應該是電源地,因為回授是輸出的分壓,是輸出的一部分,所以電流是從Vcc進來的,所以要減少Vcc出發的路徑跟跟地路徑所包含之迴路就是跟著"電源線"走,這樣迴路面積只有電源線長度*平行線之距(+零散面積), 所以接到電源地; 反之, 如果接去訊號地,此回授電流要構成一個迴路會經過:輸出=>回授路徑=>訊號地=>最後才進入電源,因為訊號地不是電源線的地,所以會產生一個很大的迴路面積,所以通過的電磁場等的總量就多了