AMPLIFICATORE CON LM4766
In questa pagina presento un amplificatore allo stadio solido con l’integrato LM4766 scelto tra i tanti esistenti nel mercato per la facile reperibilità e per il basso costo; il progetto, per la semplicità di realizzazione, è indirizzato più ai principianti che agli auto costruttori navigati che potrebbero considerarlo poco stimolante per le loro mani esperte abituate a maneggiare circuitazioni ben più impegnative. In ogni caso per renderlo appetitoso anche a loro, ho dato all’amplificatore l’aspetto di uno strumento da banco posizionando sulla scheda sia il potenziometro che i connettori d’ingresso e di uscita per rapiti accessi e manovre.
Nel caso non si desideri questa rigida e restrittiva disposizione dei componenti suddetti basterà non montarli sulla scheda ma canonicamente sui pannelli posteriore e anteriore del contenitore dove alloggerà l’amplificatore e collegarli ai pad dei componenti lasciati liberi con cavetti appropriati (schermati per il potenziometro e per gli ingressi, filari di almeno 1mm^2 per le uscite).
Comunque dato che principalmente si tratta di un progetto dedicato ai principianti cercherò di esporre passo dopo passo la descrizione per il montaggio.
IL CIRCUITO
Del circuito esterno c’è poco da dire dato che la parte complessa è contenuta nel chip che contiene una notevole quantità di componenti per il suo corretto funzionamento; l’integrato funziona in classe AB a simmetria complementare e gli unici elementi che interessano a noi sono le resistenze R6 per il canale destro ed R7 per quello sinistro con il quale valore si può determinare il guadagno dell’amplificatore mediante la seguente formula:
· RF = RI * (AV -1) [1]
Dove:
· RF = R6 = R7
· RI = R8 = R9 = 1KΩ
· AV = guadagno desiderato
Il guadagno voluto dipende dalla sensibilità ( definita come l’ampiezza del segnale da fornire in ingresso per ottenere in uscita la massima potenza) che vogliamo dare all’amplificatore, la si determina tramite la seguente formula:
1. AV = √( P0 * RL) / VIN [2]
(radice quadrata del prodotto (PO * RL) diviso VIN, nel caso non fossero chiari i caratteri)
Dove P0 è la desiderata potenza in uscita, VIN il valore per ottenerla e RL è l’impedenza dell’altoparlante.
NOTA IMPORTANTE:
LM4766 non può avere amplificazioni minori di 15.5
ESEMPIO:
Si voglia che l’amplificatore eroghi una potenza di 10W su 8Ω con una tensione d’ingresso di 0.707 Veff.
· Si determina il guadagno necessario:
· AV = √( P0 * RL) / VIN = √( 10 * 8) / 0.707 = 12.65
Ma questa amplificazione è più bassa di quella minima ammessa dall’integrato per cui sono obbligato a usare quest’ultima per determinare la resistenza:
· RF = RI * (AV -1) = 1000 * (15.5 – 1) = 14500Ω
Uso una resistenza di valore commerciale da 15KΩ più alto e più vicino a quello calcolato. Allora il guadagno risultante sarà:
· AV = (RF / RI) +1 = (15000/ 1000) + 1 = 16 (formula ricavata dalla [1])
E la tensione necessaria per avere la massima potenza è:
· VIN = √( P0 * RL) / AV = √( 10 * 8) / 16 = 0.559V (formula ricavata dalla [2])
Leggermente più basso rispetto a quello prestabilito ma va bene ugualmente.
ELENCO DELLE FUNZIONI DEL RESTO DEI COMPONENTI.
· C1 E C2 sono i condensatori d’ingresso per ogni canale, essi debbono essere del tipo non polarizzato dato che sul pin 8 e 13 dell’integrato sono presenti delle tensioni che possono variare da 1mV a 10mV ed essendo così piccole non danno una indicazione sicura per poter montare dei normali elettrolitici nel verso giusto; il segnale alternativo musicale, di maggiore entità rispetto alle tensioni suddette, seppur per alcune frazioni di tempo li polarizzerebbe inversamente e a lungo andare i condensatori elettrolitici perderebbero le loro caratteristiche.
Anche per la coppia C3, C5 e C4, C6 vale lo stesso discorso ma data la difficoltà di trovare in commercio dei condensatori non polarizzati di quella capacità ho ripiegato per il classico collegamento in serie; se non riuscite a trovare anche quelli d’ingresso potete collegarne due in serie da 10µF al loro posto. (la capacità totale di una serie di condensatori tutti uguali tra loro corrisponde alla capacità di ognuno di essi diviso il loro numero).
· R4 serve ad abilitare l’integrato; il valore di questa resistenza va calcolato per far scorrere in essa una corrente minima di 2 mA. Per valori più bassi di corrente (più alti di resistenza) LM4766 entra in mute. Il valore massimo di R4 si calcola come segue:
· R4 = (|V-| - 2.6) / 2 mA
Dove |V-| è il modulo della tensione negativa.
· C12 è un condensatore di filtro per eliminare rumori indesiderati.
· R2 ed R3 servono per prevenire oscillazioni.
· C7, C13, C8, C11 sono condensatori di filtro per prevenire oscillazioni.
· C9 e C10 sono i condensatori di livellamento. Il ponticello SJ1, apparentemente inutile dato che collega i terminali dei due condensatori a massa quando lo si poteva fare anche senza la sua intromissione, serve a convogliare le correnti impulsive in un punto più vicino al ponte raddrizzatore per evitare che queste vadano in giro sulla scheda a sporcare il segnale utile. RICORDATEVI DI CHIUDERLO PRIMA DI DARE ALIMENTAZIONE.
· B2 è il ponte raddrizzatore
SCHEDA
Ci sono diversi modi per realizzare il circuito stampato, personalmente uso una pressa (tipo quelle per stampare disegni sulle magliette o per scaldare le pizzette, ma va anche bene il ferro da stiro) e la carta blu (pellicola pnp).
Il procedimento è semplice:
Con una laser si stampa (NO MIRROR se realizzate il miei stampati, per gli altri che trovate altrove dovete ragionarci su) sulla parte opaca della carta blu il disegno del circuito stampato. Dopo aver pulito bene la scheda di rame, sfregandoci sopra con una spugnetta ruvida e dopo con un panno ruvido imbevuto di diluente nitro (bisogna passare più volte fin quando sul panno non rimangano grandi tracce di sporco), si dispone la carta blu dalla parte opaca sul lato rame precedentemente pulito e la si fissa ai lati con nastro carta.
Acceso il ferro da stiro in anticipo e regolatolo al massimo (dovrebbe avere una temperatura intorno ai 180C°) passatelo dolcemente, con una leggera e uniforme pressione su tutta la superficie della scheda, per circa tre minuti.
Aspettate che la scheda si raffreddi, togliete la carta blu ed il gioco è fatto. Adesso potete immergere il circuito stampato nell’acido nel modo consueto, quando è pronto togliete il toner con uno straccio imbevuto con diluente nitro e date alla scheda una spruzzata di vernice trasparente per circuiti stampati, il rame rimarrà limpido e lucido e sarà protetto da ossidazioni future.
Per maggiori chiarimenti andate a:
http://www.arimagenta.it/progetti/pdf_doc/circuitistampati.pdf
DISSIPATORE
Girovagando per la rete ho visualizzato diversi siti che propongono amplificatori con LM4766 e in molti di essi, pur dichiarando potenze al limite del sopportabile dall’integrato, gli autori corredano le loro opere con dissipatori striminziti non all’altezza per smaltire il calore generato a quelle potenze. Mi domando allora in quali ambienti e a che volume quelle persone ascoltino il loro l’amplificatore, forse, mi son detto, in frigorifero o in cuffie…
Purtroppo contro la fisica non si può andare, in più bisogna sempre progettare un sistema di dissipazione presupponendo che l’amplificatore lavorerà negli ambienti più sfavorevoli possibili, anche di estate sotto al sole. Solo così saremo sicuri di aver fatto un buon lavoro.
LM4766 può erogare teoricamente una potenza di 40W su un carico di 8Ω per canale (comunque quella minima garantita per i pezzi in produzione è di 30W su 8Ω per canale), non conviene farlo lavorare vicino al massimo delle sue possibilità perché la distorsione dopo i 30W inizia a farsi valere, quindi ho deciso di fargli erogare al massimo 25W per canale.
Conti alla mano a quella potenza di uscita la dissipazione si aggira attorno ai 60W che sommata a quella dissipata dal ponte rettificatore (che è avvitato anche lui sul dissipatore) raggiunge circa i 70W totali; l’integrato, per poter lavorare ad una temperatura ambiente di almeno 40C°, ha bisogno di un dissipatore di resistenza termica non superiore a 0.4C°/W e la temperatura sul case non deve superare gli 80C°, se ciò accadesse LM4766 entrerebbe in protezione.
Se interessa un po’ di teoria sulla dissipazione di calore andare a dissipatori.
COME SI MONTA IL FINALE SUL DISSIPATORE
Fare riferimento alla figura sottostante.
Il case dell’integrato è connesso al negativo dell’alimentazione, va quindi isolato elettricamente dal dissipatore che essendo montato a contatto con lo chassis è collegato a massa. Per questo va interposto tra l’integrato e il dissipatore una piastrina (b) termicamente conduttiva ma elettricamente isolante. Questa prima di essere montata va leggermente sporcata con pasta termica (siliconica) (c).
MONTAGGIO.
l’esploso per il montaggio è visualizzato nella sottostante figura:
Le rondelle (E) servono per evitare che la boccola (A) esca dalla lamina del case, deve essere giusto a filo di essa. Il numero di rondelle (E) da inserire dipende dal tipo di boccola (A) e dal loro spessore.
Nel caso non si voglia montare una vite passante, occorre filettare il buco sul dissipatore ed usare una vite più corta (F) al posto della (E). Il dado (G) e la dentellata (H) ovviamente non serviranno più.
Nel caso si usi una vite in teflon non occorre montare la boccola (A) e le rondelle (E).
DATI TECNICI:
Potenza massima su 8Ω = 25W
T.H.D. @ 1KHz a 25W = 0.11%
Banda passante @ -3dB = 3Hz – 60KHz
Alimentazione = 22V - 0 - 22 V, 2.6A
REALIZZAZIONE:
Tutti i file per la realizzazione sono scaricabili qui.
I disegni delle schede sono stati salvati con una risoluzione di 600 d.p.i., quindi stampandoli con quella risoluzione si otterranno le misure originali.
Ricordarsi di effettuare i ponticelli colorati in rosso sul lato componenti.
Ciao e buon lavoro
Fabio