Amplificador con LM1875

[jmr]

¡Hacia mucho que no escribía nada en el foro, y más aún que no construía ningún aparato!
Este verano he construido este amplificador:

AMPLIFICADOR MONTE FUJI v2

Esta nueva versión del amplificador estereofónico Monte Fuji ha sido totalmente renovada, con el objetivo de conseguir una calidad de sonido superior al anterior, y al mismo tiempo dotarle de un aspecto más atractivo y elegante aunque, eso sí, de concepción minimalista. Sigo fiel a esos 10 W (sobre 8 Ω) de potencia de salida por canal, porque son más que suficientes para ofrecer un nivel de presión acústica satisfactorio. En principio, fue ideado para usarlo con mis cajas acústicas para escritorio Monte Fuji (también de construcción propia), aunque evidentemente, se puede utilizar para análogas aplicaciones.

Componentes de la fuente de alimentación:
CI1: circuito integrado L7815CV
CI2: circuito integrado L7915CV
I1: interruptor
F1: fusible de 160mA
B1: pequeña bobina con núcleo toroidal de ferrita
T1: transformador toroidal 230/2x15 V, 25 VA
P1: puente de diodos KBL06
R1: resistencia 1KΩ
L1: led azul
C1, C2: condensador electrolítico 10.000 μF, 25 V
C3, C4: condensador de poliéster metalizado 330 nF
C5, C6: condensador electrolítico 100 μF, 25 V
C7, C8: condensador de poliéster metalizado 680 nF

Componentes del amplificador: (x2)
CI3: circuito integrado LM1875T
R2: potenciómetro doble logarítmico 25 KΩ
C9: condensador de polipropileno metalizado 2,2 μF
R3: resistencia 22KΩ, 1%
C10: condensador electrolítico bipolar 22 μF, 25 V
R4: resistencia 1 KΩ, 1%
R5: resistencia 20 KΩ, 1%
R6: resistencia 1 Ω, 1%, 1W
C11: condensador de polipropileno metalizado 220 nF

La fuente de alimentación es simétrica, con tensiones de salida de +/- 15 V completamente reguladas y estabilizadas gracias a los integrados L7815 y L7915. Debido a la escasa demanda de corriente de las dos etapas amplificadoras los dos integrados solo llevan unos pequeños disipadores térmicos de 13,4 ºC/W (con su correspondiente pasta térmica y aislante de silicona). Los condensadores C7 y C8, en la práctica, están montados en las placas de circuito impreso de los LM1875, para que así realicen mejor su función.

Las etapas amplificadoras, de clase AB, están basadas en el LM1875 de Texas Instruments, un “gainclone” que ofrece un sonido de muy alta calidad. La gran mayoría de los valores de los componentes que he utilizado han sido los sugeridos por el fabricante, para asegurarme de su funcionamiento óptimo.
El condensador de acoplo (C9) debe de ser de polipropileno metalizado, que son los de mejor calidad para frecuencias de audio. R3 es la impedancia de entrada, aunque en este caso, modificada por el potenciómetro R2 (esto no afectará a su correcto funcionamiento). La relación entre las resistencias R5 y R4 establece la ganancia de tensión del amplificador en 26 dB aproximadamente. El condensador bipolar C10 de la entrada inversora nos previene de tensión continua en la salida y establece la frecuencia de corte inferior en 7 Hz. La red Zobel formada por R6 y C11 nos proporciona estabilidad en frecuencia, protegiendo la salida de indeseables oscilaciones de alta frecuencia.
La potencia máxima que disiparía el integrado CI3 son 5,7 W por lo que con un disipador térmico de 11 ºC/W es suficiente, se debe de aislar el integrado del disipador con un aislante de silicona y aplicar pasta en ambos lados de este, para mejorar la conducción térmica.

[jmr]

Solo queda realizar el montaje de los distintos elementos en la caja (no olvidar conectar el chasis a la tierra de la red eléctrica), y cablear entre si las distintas partes del amplificador (en la sección de entrada de la señal de audio se debe de utilizar cable coaxial).

[jmr]

¡Bueno eso es todo! Espero que os guste.

[jmr]

Y para los que quieran indagar más en la función de los distintos componentes del amplificador:
Hoja de datos del LM1875: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1875.pdf

I've read all the threads I can find on the LM1875 and seen all the great layouts that have been produced but there seem to be some big variances in component values which I don't understand. I'd really appreciate views and advice.
The layout attached is as per the datasheet with the exception of RX which some posters have included. So :
RX - some have included 1K - why?
R1 - standard at 1M - some omit - why?
C1 - ranges between 1u and 2.2u - what are the pros and cons?
R2 - standard at 22K
C4, C3 - standard at 0.1uF
C6, C7 - ranges between 100 and 220uF. Use lower values with a higher VA transformer assuming it has adequate smoothing?
R4 and R3 - set the gain but some use high values (180K,22K) whereas the datasheet shows 20K and 1K - pros and cons?
C2 - most seem to stay around 22uF, I assume a bipolar is best? If I went to say 47uF what would be the effect?
R5, C5 - the Zobel network to stop capacitive loads creating high frequency oscillations - any reason to change 1R and .22uF?
Thanks in anticipation

If you want to know the motivations why people skip or include certain components, you will have to ask them directly. Many components have more than one function. You will find them also explained in datasheets.
RX
- limits the incoming current to the amplifier's input.
- forms an RF filter with a follwing capacitor to ground that is not shown in your schematic. You can find such a capacitor e. g. in the LM3886 datasheet on page 5 labeled Cc.
R1
- terminates the cable coming from the source.
- holds C1 close to gnd to avoid or reduce pops when the source is switched, plugged or unplugged.
C1
- determines the roll-off at low frequency.
- protects amp and speaker from DC coming from the source.
- relieves amp and speaker from working in a range where you cannot hear or where the speaker cannot reproduce any meaningful content.
Pro is protection, con is influence on the sound due to capacitor parasitics.
R2
- references the non-inverting input to ground. Can be used to adjust the DC offset.
- forms a high-pass filter with C1.
C3, 4
- decouple the amplifier from lead inductance and filter out high-frequency disturbances on the rails. The standard value gives good results. In some cases smaller values can improve their effect.
C6, 7
- depends on the application. Higher output power or lower impedance (both mean higher current demand) require higher capacitance. Bigger values are also good for the bass performance. 100-220 µF may be a bit small. The datasheet shows PCBs with 1000 µF per rail, which is still small, but may be sufficient for this power range.
R3, R4
- some people prefer low values to keep Johnson noise low. Others prefer high values to reduce thermal drift that may come from heat dissipation (low resistance -> high current -> heat). The datasheet values seem to be a good compromise. The values also influence the DC offset. They should be in a range where R2 values of 10-100k (practical values for amplifier input resistance) can bring the output DC offset down to almost zero. Good amps have less than 2-3 mV, mediocre amps have up to 10 mV. 100 mV are often accepted by chip amp enthusiasts (especially the DC-coupling aficionados), but would be considered crap in almost all other amps.
C2
- protects the non-inverting input from DC.
- reduces the DC gain to 0 so that the DC offset is not amplified by the same gain as the music signal and does not endanger the speaker.
- is a high-pass filter that should have a roll-off lower than or equal to the input filter (formed by C1 and R2).
R5, C5
- It is usually good to stick to the datasheet values, if you don't own at least an oscilloscope to check what happens when you use others.

good explanation, except.
adding the DC blocking capacitor to the Negative FeedBack route reduces the DC gain to 1 (=+0dB).

(copiado de un foro de DiyAudio: http://www.diyaudio.com/forums/chip-amp ... alues.html )

¡Saludos!

[Miguel]

Pues enhorabuena, el 1875 suena muy bien y para el escritorio que te has montado tiene que ir de lujo, además no te has pasado con la ganancia ¿ 27 dBs si no me he equivocado ? porque si no no hay quien mueva el pote

Si llego a filtrar y multiamplificar es mi opción económica para amplificar los agudos

Saludos

[jmr]

Pues enhorabuena, el 1875 suena muy bien y para el escritorio que te has montado tiene que ir de lujo, además no te has pasado con la ganancia ¿ 27 dBs si no me he equivocado ? porque si no no hay quien mueva el pote

Gracias.

Con la ganancia en 26 dB a mi me va bien. La entrada esta conectada a la tarjeta de sonido del ordenador, y la salida a unas cajas de 86 dB.
La ganancia se puede disminuir variando las resistencias mencionadas. Lo único que recomiendan en la hoja de datos es que esta sea superior a los 10 dB, para que el amplificador permanezca estable.

[pepe]

Hola. Y digo yo:

¿No sería mejor quitar los reguladores de la fuente?

Por un lado, no podrás alcanzar los 10 + 10 W con esos reguladores y por otro, si se calientan demasiado (facil porque no tienen demasiado disipador) se limitan automáticamente bajando la tensión de salida hasta cero si es necesario y te puedes encontrar un amplificador de alimentación simétrica alimentado con un solo ramal ......

Saludos.

[jmr]

¡Hola Pepe!

¿Quitar los reguladores? No. Eso es in-negociable. Y es porqué odio ese pequeño zumbido (aunque sea muy débil) que suele quedar debido al rizado de una fuente sin regulador.
Créeme los reguladores apenas se calientan con el uso que les doy, y eso se podría solucionar fácilmente poniendo unos disipadores mayores.
¿Por qué dices que con los disipadores no se podrían alcanzar los 20 W de salida? Si intentáramos llevar al limite el amplificador, los LM1875 disiparían 5,7 +5,7 W, y entregarían 10+10 W (algo escasos, según curva) a las cajas de 8 ohmios, lo que nos da un total unos 31 W. Los reguladores tendrían que entregar poco más de 1A, y según su hoja de datos tienen una capacidad de corriente de 1,5 A. http://www.st.com/st-web-ui/static/acti ... 000444.pdf . La potencia disipada por los reguladores es la diferencia de voltaje entre su entrada y salida multiplicada por su intensidad [aprox: (20-15)*1], es decir unos 5 W cada uno (los disipadores, entonces, estarían justitos pero creo que seria suficiente). Hay que tener en cuenta que el voltaje que entrega el transformador va cayendo a medida que este entrega más intensidad.
Si realmente quisiéramos utilizar de una forma más o menos continuada esos 10+10 W de potencia de salida, el componente que creo que no seria capaz de aguantar seria el transformador. 10+10+5,7+5,7+4+4+lo que disipe el propio transformador, nos darían más de 40 W (teóricamente, claro); lo cual nos obligaría a usar un transformador de al menos 40 VA.
Yo no lo puse más grande porqué, en este caso, la baja potencia de salida entregada no me preocupa.

Saludos.

[pepe]

Hola.

Lo decía por dos motivos, uno de ellos equivocado por mi parte:

En la figura 10 de la hoja de aplicación, la potencia a -+15 no llega a 10, aunque en la figura 5 dice que si. ¿?

Pero el motivo fundamental es que recordaba el 7815, pero no conocia el L7815 que da medio amperio más. estaba haciendo el cálculo con una salida de 1 amperio, con un total de 30W de fuente.

De todas formas, el que falle un regulador, bien por calentamiento, sobrecarga, fallo o lo que sea, me sigue dando muy mal rollo. Se te quedaría el amplificador con un solo rail de alimentación.

Hasta donde yo recuerdo, esos reguladores no eran un prodigio de eficiencia. Se calentaban con poco que le conectaras y empezaban a bajar tensión. Lo mismo con los modelos modernos han corregido el tema.

Tambien puedes considerar usar los sustitutos pwm que no se calientan casi nada.

Saludos.

[jmr]

Si cierto, en la figura 10 no llega a 10 W , pero en la nº 5, que parece más clara, llega justito a esa potencia, admitiendo incluso alimentación de +/- 8 V.
Mi experiencia personal con los reguladores siempre a sido buena, nunca me han fallado. Como curiosidad, comentarte que también existen reguladores estándar TO-220 de 2A, los L78Sxx. http://www.st.com/st-web-ui/static/acti ... 000449.pdf

Saludos.

[pepe]

Solo recordaba los de 1 y 3 amp.

Tendré que ponerme al dia.

Saludos.

[Rollsig]

La tensión máxima en los bornes del altavoz (tensión de pico) está limitada por la fuente de alimentación en este caso +-15Vols es imposible que sea superior. Esa tensión es la que nos determina, en este caso, la máxima potencia. La potencia rms será con una tensión de 15/1,413=10,6V. que no son los 15Vols de pico. A esta tensión hay que quitarle la tensión necesaria para que los transistores de salida funcionen y la impedancia de salida del integrado. Podemos suponer que la tensión real aproximada máxima en los bornes del altavoz es de +-9,6vol. La potencia máxima será 9,6*9,6/8=10W. Y la potencia en pico máxima rondará los 19W.La intensidad máxima en pico será de 1,7Amp.

[jmr]

La potencia rms será con una tensión de 15/1,413=10,6V. que no son los 15Vols de pico. A esta tensión hay que quitarle la tensión necesaria para que los transistores de salida funcionen y la impedancia de salida del integrado. Podemos suponer que la tensión real aproximada máxima en los bornes del altavoz es de +-9,6vol. La potencia máxima será 9,6*9,6/8=10W. Y la potencia en pico máxima rondará los 19W.La intensidad máxima en pico será de 1,7Amp.

Hola Rollsig.

No entiendo el planteamiento...
Los 15 v que entrega la fuente, son 15 de tensión continua de alimentación... no sé para que los divides por la raíz de 2.

Saludos.

[amr]

Si te imaginas una onda de salida senoidal, los picos podrán alcanzar un valor máximo igual a la tensión de alimentación (realmente un poco menos), y por tanto será la tensión de pico máxima que el amplificador puede dar. Si se supera esta amplitud, la onda empezará a recortarse (te adjunto un dibujo). Para calcular el valor RMS de esta onda de salida, se divide por la raiz cuadrada. Esto es teoría, claro, que como ya se sabe una onda senoidal poco tiene que ver con una señal de audio.

[jmr]

Hola AMR.

Si, de acuerdo... pero esa teoría sería valida sólo para componentes ideales, que no disipen potencia alguna (lo cual dista mucho de la realidad). En la práctica no le veo mucho sentido

Saludos.