Amplificatore stereo LM1875

Amplificatore stereo HiFi 18+18Watt R.M.S.

Amplificatore stereo HiFi dalle prestazioni sorprendenti dato il buonissimo rapporto costo/potenza. Si realizza con un contenuto numero di componenti su un supporto pcb molto compatto. l'alimentazione è duale quindi non può essere utilizzato direttamente come booster in automobile, ma è un'ottima soluzione di HiFi ad uso domestico.

La casa costruttrice "National semiconductor" fornisce le seguenti caratteristiche tecniche:

Features

Description

The LM1875 is a monolithic power amplifier offering very low distortion and high quality performance for consumer audio applications.

The LM1875 delivers 20 watts into a 4 or 8 load on ±25V supplies. Using an 8 load and ±30V supplies, over 30 watts of power may be delivered. The amplifier is designed to operate with a minimum of external components. Device overload protection consists of both internal current limit and thermal shutdown.

The LM1875 design takes advantage of advanced circuit techniques and processing to achieve extremely low distortion levels even at high output power levels. Other outstanding features include high gain, fast slew rate and a wide power bandwidth, large output voltage swing, high current capability, and a very wide supply range. The amplifier is internally compensated and stable for gains of 10 or greater.

Applications

Dissipazione termica e interfacciabilità

Come specificato nella documentazione tecnica il piedino 3 che corrisponde alla massa risulta collegato alla parte metallica dell'housing del circuito integrato, quindi questo potrà essere direttamente collegato al dissipatore termico senza necessità di usare miche di isolamento o alette separate per i due canali. In qualche caso sarà anche possibile utilizzare a titolo di dissipatore termico l'intero chassy del dispositivo. In questo caso sarà bene fare attenzione agli eventuali interfacciamenti con dispositivi non alimentati in duale. Consiglio di leggere attentamente la documentazione tecnica scaricabile dal link sottostante prima di interfacciarsi a altri dispositivi.

scarica il data book dell'LM1875

Migliorie possibili.

E' possibile migliorare le performance dell'amplificatore apportando delle marginali modifiche ad alcuni valori riportati nello schema, ad esempio i condensatori C2 e C12 possono aumentare notevolmente di valore (ad essempio 1000uF o addirittura 2200uF anzichè 220 uF come indicato in questo schema o i soli 100uF del data book) fornendo più "dinamica" all'amplificatore quando richiesto, ad esempio durante l'esecuzione battente dei toni bassi. In realtà questi condensatori risultano in parallelo a quelli dell'alimentazione fornendo comunque una elevata riserva energetica. Il condensatore elettrolitico d'ingresso può essere sostituito con uno di equivalente valore al poliestere che risulta essere sicuramente più rapido in risposta. Alcuni amanti dell'HiFi ritengono opportuno usare resistenze a film metallico con tolleranza +/- 1%, che aumentano il costo e danno miglioria apprezzabile solo dagli audiofili più esperti.  

PCB del progetto eseguito con Eagle

Il P.C.B. dell' amplificatore è stato sbrogliato in modo da facilitare il montaggio e il senso estetico, difatti i componenti omogenei sono tutti raggruppati in zone facilmente distinguibili. Le serigrafie riportano oltre al nome del componente anche il valore dando la possibilità di eseguire assemblaggi agevoli anche ai principianti. il PCB risulta molto compatto 66mm x 34mm predisposto per essere costruito in tecnologia FR4 dual Layer. Le piste sono molto robuste e larghe specialmente in quelle zone coinvolte da alte correnti a causa della necessità di trasferire la potenza R.M.S. dichiarata.  Il ponte di diodi e quindi l'alimentatore duale, sono già integrati nel supporto, quindi per poter soddisfare le esigenze di potenza dovranno essere in grado di sopportare almeno 4 ampère.  Una stima approssimata delle potenze in gioco infatti porta a questo ragionamento: ogni semionda è soggetta a circa 12Volt che per circa 2 ampère danno circa 24 Watt potenzialmente raggiungibili. Questa stima va duplicata dato che il progetto è costituito essendo stereo da due rami simmetrici. Ne consegue che i diodi D3,D4,D5,D6 che formano il ponte raddrizzatore dovranno essere in grado di portare almeno 4 ampere ciascuno.

 Download dei file Eagle e files costruttivi gerber dell'amplificatore stereo con LM1875

Immagini delle piste per i due layer bottom e top.

Nota:l'unico foro di fissaggio disponibile ha un diametro di 3 mm.

PCB del progetto eseguito in Eagle

Questo progetto, palesemente sviluppato per accontentare gli studenti della fascia di età dalla prima superiore  fino alla terza, dato che per i successivi anni si tende a lavorare con le schede a micropic, è un'ottima palestra di assemblaggio  ma lo è molto di più nella parte di sviluppo CAD.  Come abbiamo visto i disegni di tutti i layer compresi i file costruttivi gerber sono disponibili nei link che vi ho postato, ma chi si volesse cimentare in un'ottima esercitazione prima di scaricali cerchi di sviluppare il layout in maniera autonoma a partire dal solo schema.

Come procurarsi il PCB dell'amplificatore
 

Chi fosse interessato ad un singolo esemplare del PCB mostrato qui sopra mi contatti pure via messaggio privato perchè possiamo attingere alla mia scorta privata fino ad esaurimento della campionatura che ho a magazzino. Consiglio a tutti gli interessati di guardare tra i miei progetti, ad esempio il sistema di svlippo Micro-GT PIC versatile I.D.E. in modo da poter fare un unico pachetto e quindi un'unico viaggio all'ufficio postale.

Consiglio ad esempio di abbianare qesto aplificatore al VU.Meter stereo  10+10 LED che ho presentatao qui su grix.

Se nei post risulterà che un certo numero di persone è interessato a completare questo progetto con un VU-Meter  potrei procedre all' ordinazione di una campionatura in cina.

Per gli insegnati , o per i grandi laboratori hobbistici c'è la possibilità di procurarsi piccole serie del PCB facendovi inviare i seguenti pannellini contenti ciascuno 10 esemplari.

Se invece volete fare svolgere questa esercitazione nei laboratori scolastici è in posti dove si necessità di quantità non inferiori a 100 esemplari potete contattare Sandy, all'indirizzo di posta elettronica bonzisandy88@hotmail.com  ,Che vi farà da interprete presso la fabbrica cinese in cui ho già depositato i file gerber che sono comunque disponibili gratuitamente dai link che ho scritto in precedenza.

un esemplare in fase di montaggio, i cavi saranno sostituiti con cavetto schermato

Conclusioni

Sono certo che questo amplificatore darà a tutti coloro che voranno costruirlo grandi soddisfazioni. L'assemblaggio non ha nessun inghippo nascosto e vi funzionerà pratimanete al primo colpo. Vi ricordo che la presa centrale del trasformatore che userete dovrà collocarsi a massa, cosa non difficile da trovare data la chiarezza del layout.
 

Le viti di fissaggio sono purtroppo solo una , ma come potete vedere dal PCB non c'è spazio per poter aggiungere il secondo foro. un aumento della superficie del pcb porta i costi a salire  con una curva piuttosto ripida.

Auguro a tutti buon divertimento.

Marco Gottardo

Migliorie possibili.

 Suggerisco di interfacciare il presente progetto al VU-Meter stereo 10+10 LED che ho pubblicato su questo stesso sito. L'effetto è sorprendete. Consiglio inoltre di abbinarlo al controllo di toni stereo volume , loudnees e bilanciamento disponibile sempre sul sito.

Feedback from user.

Ovvero, cosa ne pensano gli utenti di internet e gli esperti  del settore. Si tratta di persone molto preparate e con grande esperienza regressa, quindi ogni suggerimento o critica va presa come gradito insegnamento.

Ecco cosa posta l'utente "nibbio" di grix dopo una attenta analisi del circuito e del suo funzionamento:

Elenco alcune incompense di questo circuito che andrebbero appagate:

1°) Il potenziometro di volume in ingresso (VR1 A-B) sarebbe opportuno che
avesse una resistenza alquanto inferiore all'impedenza d'ingresso
dell'ampli, che nel caso specifico si può riassumere nella resistenze
R1 e R6 da 47k.
Quindi per questo doppio potenziometro sarebbe opportuno che avesse una
valore resistivo inferiore ma non superiore ai 22 k, anche se in questi
casi il miglior rapporto fra potenziometro e impedenza dovrebbe essere
di circa 1/5 in su.

2°) I diodi rettificatori D3-D4-D5-D6 del tipo 1N4004 sono palesemente
insufficienti in potenza per il lavoro che sono chiamati a svolgere.
Perciò andrebbero sostituiti con diodi che reggano potenze di almeno
il triplo rispetto ai 1N4004.

3°) I condensatori elettrolitici D9 e D10 da 2200microF possono risultare
scarsamente livellanti a potenze relativamente sostenute.
Pertanto consiglio che la loro capacità fosse di almento 4700microF.

4°) La reti di compensazione formate dalle serie C5-R5 e C14-R10 NON assolvono
alcun compito in un tale constesto circuitale reattivo.
Pertanto andrebbero eliminate, perchè inutili.
Mentre avrebbe molta più efficacia contro eventuali autoscillazioni, nonchè
la soppressione di segnali in RF, un condensatore a disco del valore del
valore di circa 15-20 picoF posto in parallelo alle resistenze di reazione
R3 3 R8.
Oltretutto anche in parallelo alle resistenze d'ingresso R1-R6 andrebbe
aggiunto un condensatore da 120-150 picoF a soppressione di segnali radio.

5°) Infine va specificato che le resistenze R4-R9 (rete di Zobel) devono avere
una potenza non inferiore a circa 2 watts, in quanto a potenze audio
relativamente elevate saranno attraversate da una cospicua intensità di
corrente proprio per il ruolo di smorzamento elettrico che assolvono fra
la corrente in uscita del finale e quella prodotta dalla bobina mobile
dell'altoparlante.

Ho finito.
Sono a disposizione per qualsiasi chiarimento.  (utente nibbio di www.grix.it)

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Segue la mia risposta al post di "nibbio" pubblicata su grix.

Tutto vero e molto chiaro.
Questo è un progetto per principianti percui non ho approfondito molto.
Così come è funziona bene comunque.
I diodi sono stati messi cosi perchè sufficienti per le potenze medie ottenibile a una tensione duale relativamente bassa, ma salendo di tensione e quindi di potenza è meglio siano sostituiti con BY251, che piu' o meno ci stanno nel PCB. Ad elevate potenze (attorno ai 50W con tensione duale di circa 60V sconsiglio vivamente di mantenere la sezione di alimentazione sul PCB e di fare affidamento a un alimentatore non stabilizzato esterno costituito dal solo ponte di diodi (robusto che tenga piu' di 10A) e grossi condensatori di livellamento.
Attenzione anche ai dissipatori che in caso si volesse operare a queste potenze vanno opportunamente dimensionati.

Ma ricordiamoci, l'ampli può dare, ma come lo ho presentato io è dimensionato per 18W.

Credo che siano in molti casi sufficienti.

Se volete un aplificatore più potente ci sono altre soluzioni circuitali ed è comunque sconsigliato avere lo stadio finale integrato.

I finali integrati fanno inorridire gli audiofili.

Accettiamo questo piccolo ampli così come è...è fatto per dare 18W

Marco

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Segue una rielaborazione personale del progetto eseguita da "tecchese" un altro utente di www.grix.it personalmente ritengo il suo sbroglio molto valido.

Scrive questo post "teccese" sul progetto che ho pubblicato su grix.

Spero di non essere picchiato, ma ho ri-ruotato il PCB usando per le piste di segnale piste da 20mil e per quelle di alimentazione e uscite casse 70mil, usando il bellissimo autorouter freeware disponibile su http://www.freerouting.net/ anzichè quella chiavica di router di Eagle. Per finire ho anche aggiunto un piano di massa su entrambi i lati.

Il risultato si può vedere cliccando su questo link (per Eagle 5.10):

Nuova versione disponibile --> scarica i file Eagle dal questo sito

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Risposta al post di "paolo.m49" in cui chiede: perchè limitare la potenza a 18+18 W quando gli LM1875  possono fornire il triplo di questa potenza?

Certo magari un pò meglio si poteva fare e come detto in post precedenti gli LM1875 possono tirare fuori il triplo di quello per cui li sto usando, però...

1) Il circuito è per ragazzi di 14 anni, e io non me la sento di fargli spendere 50 euro per trasformatore da (minimo) 200V.A.
2) Per ottenere quelle potenze non puoi usare il suo alimentatore interno, ci vuole un PCB esterno che monti dei bei bombolotti elettrolitici con un mega pontone di diodi, infatti se vuoi potenza da qualche parte la corrente deve pur passare e se vuoi dinamica servono i condensatoroni.
3) Come si fa a chiedere ai ragazzi di 14 anni, dopo che hanno speso la paghetta per comprarsi gli LM di spendere altri 10€ per comprare dei dissipatori dimensionati opportunamente... a volte è poco male, perchè gli dico , usa i soldi che spendi per le sigarette e comprati i componenti. A volte la tattica funziona :-)
4)La versione a ponte con finali di potenza a BJT in pusch-pull è l'esercizio numero 3 di CAD che pubblico a giorni. Abbiamo finito il PCB proprio ieri e i ragazzi sono stati tutti molto bravi. se volete un'anteprima lo schema si trova sul mio sito personale, a breve il PCB e i file gerber. Io ve li metto disponibili, ma stavolta non li realizzo perchè ho finito i soldini :-) (se qualcuno li realizza faccia la cortesia di mandarmene uno).

Ora vado a dare un'occhiata alprogetto di pPaolo.m49 speriamo che non sia troppo simile. Come sappiamo questi circuiti sono piuttosto standard con soluzioni rielaborate dal data book.
Bho... speriamo bene.

Marco

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