AMPLIFICATORE AUDIO 40W CON LIMITER
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Semplice amplificatore monochip per usi generali, Hi Fi, P.A. completo di circuito limiter.
Ottimo per pilotare diffusori convenzionali ad impedenza e, mediante trasformatore di uscita, potremo sonorizzazione una linea audio 100V a media potenza
Descrizione del circuito
L'idea di realizzare un semplice modulo amplificatore con intgegrato di potenza è stata dettata dalla semplicità di esecuzione, facilità di assemblaggio e semplicità circuitale.
La scelta è caduta su di un componente inflazionatissimo, omnipresente, ma per questo non meno interessante di altri meno utilizzati. L'LM3886, un monochip in contenitore multiwatt che, se scelto con contenitore metallico, può erogare oltre 60W.
Al contrario, visto il limite impostomi di 40W, ho optato per il chip tutto plastico (non occorre mica di isolamento tra aletta e chip) perchè basta connettere termicamente l'integrato al dissipatore con una semplice silpad termotrasferente gommosa adesiva.( La silpad è quella strip rosa biadesiva che sostituisce la mica per cui non occorre più neppure la vite di fissaggio); Con una manciata di componenti disposti su di una basetta relativamente piccola si può ottenere un amplificatore completo di alimentazione con relativo ponte, condensatori e fusibili. Essendo il circuito nato per l'uso commerciale ho previsto un semplice circuito di limiter che "pota" il segnale in eccesso. Ho realizzato un sistema di limitazione morbido per non avere quell'effetto martellante di taluni limitatori che utilizzano componenti attivi.
Schema elettrico interno LM3886
Schema elettrico teorico LM3886 (data sheets)
Peculiare è la possibilità che ha il modulo, aggiungendo un trasformatore e poco altro, di pilotare diffusori per linea 100V P.A. tensione costante.
In questo modo (vedi articolo sulla sonorizzazione P.A.) potremo connettere molti diffusori in parallelo, stendere lunghe linee audio di potenza, con cavi relativamente sottili senza incorrere in caduta di tensione.
Lo schema elettrico
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Schema elettrico ottimizzato per il prototipo
Lo schema elettrico adottato è tratto dal data sheets del costruttore, a questo proposito consiglio di osservare lo schema elettrico di principio dell'LM3886, che in definitiva è un grosso OP AMP con alcune peculiarità tra cui il muting utilizzato come antibump. Unica aggiunta è il circuito del limiter ottico.
Analizzando il circuito, in primis vediamo il ponte raddrizzatore dell'alimentatore, abbastanza dimensionato che verrà posto assieme ad IC1 a contatto dell'aletta tramite silpad, i condensatori elettrolitici sui rami dell'alimentazione mentre, al posto dei soliti fusibili ho preferito usare due ripristinanti a pasticca (poliswitch), uno per ramo di alimentazione.
Per prove fatte ho usato un solo condensatore poliestere sull'ingresso alternata (soluzione più economica) anche se sullo schema elettrico e circuito stampato è prevista la possibilità di avere un condensatore in parallelo ad ogni diodo del ponte, per limitare al massimo il rumore dei picchi di commutazione degli stessi diodi.
La configurazione circuitale del 3886 è nota a tutti, il circuito antibump all'accensione, con resistore e condensatore al pin 8 (muting) dell'integrato, condensatori di Bypass e resistori di reazione come da "linear application" by National, cella di smorzamento R/L in serie al carico, oltre comune L/C in parallelo allo stesso, erroneamente, spesso dimenticato.
Basti ricordare quante volte abbiamo visto il resistore in serie alla capacità "abbrustolito", infatti, all'insorgere di autooscillazioni è appunto questo componente che si assume tutta la dissipazione, proteggendo lo stadio da rotture!
Un semplice circuito di limitazione del segnale è basato su di un clipping detector a led composto da TR1, R5, R11 e DZ1. Il circuito è concepito in modo che, in uscita (pin 3) se la tensione supera il valore stabilito (18V) LD2 inizia ad accendersi, assieme al led interno all'accoppiatore ottico lineare, composto di un fotoresistore e led verde; Accendcendosi il led illumina il fotoresistore che diminuirà il valore resistivo forzando verso massa il partitore di segnale in ingresso. Non appena sovrapiloteremo lo stadio i led si accenderanno con conseguente limitazione del segnale in ingresso. Ciò avviene in modo morbido essendo il fotoresistore un elemento lineare. L'effetto sarà una limitazione poco percettibile ma tale da non introdurre distorsione.
Montaggio del circuito
Il circuito stampato è del tipo monofaccia, semplice da realizzare con i tanti metodi a disposizione.
Potrete attenervi al disegno da me realizzato in modo di avere integrato e ponte proporio sul bordo basetta, facilitando l'accoppiamento con l'aletta. I connettori da me utilizzati sono di tipo professionale ad inserzione rapidaad inserzione rapida, potranno essere sostituiti con morsetti passo 5mm a vite. Unica precauzione durante il montaggio è effettuare buone saldature, non invertire i componenti polarizzati, non indugiare troppo col saldatore su IC1 per non "arrostirlo" prima di utilizzarlo.
L'unico componente da autocostruire è l'accoppiatore ottico lineare: è composto di un led verde a contatto visivo con un fotoresistore miniatura. Entrambi i componenti sono racchiusi in un tubetto di termoguaina in modo che non siano influenzati dalla luce esterna.
Esistono in commercio accoppiatori già pronti ma la reperibilità non è ottimale quindi si consiglia il self made.
Saldate prima tutti i componernti passivi, e via via gli altri, infine IC1, l'accoppiatore, il ponte, i fusibili e TR1.
Ricordate di cablare i numerosi ponticelli presenti sul circuito.
Ora non resta che controllare tutto, magari due volte, poi, definita l'aletta da utilizzare, prendete una strip di silpad adesiva e fissate IC1 poi fate lo stesso per il ponte raddrizzatore.
Assicuratevi che l componenti fissati non siano storti o disassati, ne che la silpad sia ripiegata.
Collaudo del circuito
Prendete un trasformatore da rete 230V con secondario duale 25+25V 1,5A ( da 22+22V 2A se opterete per impedenza di carico 4 Ohm e 60W RMS) e connettete all'ingresso alimentazione, ricordando di collegare lo zero centrale a massa.
Dopo aver connesso all'uscita un carico fittizio o nun altoparlante, dell'impedenza scelta, collegate azll'uscita l'oscilloscopio quindi iniettate segnale. Una perfetta sinusoide in uscita vi garantirà un audio indistorto, poi,aumentando ancora il livello di segnale di conseguenza la sinusoide lieviterà fino ad avere uno smorzamento ai suoi apici(siamo al clipping); il led inizierà ad accendersi.
Ora se incrementerete ancora il segnale in ingresso, il led si accenderà maggiormente ma non avrfete incrfemento di ampiezza della sinusoide in uscita . E' intervenuto il limitatore. Entro certi limiti questo circuito non risente dello squadramento dell'onda in uscita.
Chiudete ora tutto in un box metallico schermato ed il gioco è fatto.
Se utilizzerete il trasformatore di uscita per connettere carichi 100V, ricordate di montare i componenti di protezione sul primario del trasformatore. Durente il funzionamento a piena potenza è normale che il trasformatore di uscita "canti", e lo farà ancor più se dimenticherete di connettere carico sull'uscita.
Ricordo che l'LM3886 è autoprotetto, anche termicamente.
Chi non vorrà servirsi del limitatore, potrà eliminare TR1 ed i componenti relativi, Il valore dello Zener DZ1, se si utilizzano carichi di 8 Ohm è ottimale di 6,8V; per carichi differenti il valore potrebbe variare tra 5,6 e 7,5V. modificando questo componente è possibile variare la soglia di intervednto del limitatore.
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Circuito stampato lato componenti
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Disegno circuito stampato lato rame
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Particolare della cella R/C in uscita , dell'accoppiatore a destra e fusibili a sinistra
Trasformatore di uscita 50W 100V
COMPONENTI
R1=R4=R5 10kOhm 1/8W 5%
R2= 100kOhm 1/8W 5%
R3=R9= 470 Ohm 1/8W 5%
R6= 4,7 Ohm 3W
R7= 10 Ohm 1W
R8= 22kOhm 1/8W 5%
R10= 470kOhm 1/8W 5%
R11= 2,2KOhm 1/8W 5%
R12= 4,7 Ohm 1/8W 5%
FR1= fotoresistore miniaztura 1M Ohm buio (accoppiato a LD1)
F1=F2= poliswitch 3A autoripristinante
PR1= ponte raddrizzatore 100V 4A BU10-04
TR1=BC327
DZ1= 6,8V 1W zener
LD1= led verde 5mm (accoppiato a FR1)
LD2= led rosso 5mm (limiter)
IC1=LM3886TF (plastic multiwatt case)
C1**=C2**=C3**=C4**=C6=100nF poli 63V passo 5mm
C5*=100nF poli 275V passo 10mm
C7=C8=2200uF 50V elettr. verticali
c)=390nF poli passo 5mm
C10=100pf cer disco
C11=10pF cer disco
C12= 10uF 25v elettr vert
C13= 330uF 16V elettr vert.
I componenti contraddistinti sulla lista e schema elettrico con due asterischi sono opzionali e sostitutivi al componente con un solo asterisco.
Essendo il modulo completamente autonomo, completo di alimentatore, si presta egregiamente alla realizzazione di amplificatori multicanale, anche per sonorizzazione Home theatre, Multiroom o diffusori attivi multiamplificati.
Potrete a vostra scelta utilizzare un potenziometro di volume in ingresso, da 22K Ohm.
Per uso domestico potremo connettere un box acustico della potenza di 40W con impedenza di 8 Ohm, oppure di 60W con impedenza di 4 Ohm, ricordando di dimensionare opportunamente l'alimentatore e limiter, se opterete per l'aggiunta del trasformatore di uscita sarà facile sonorizzare linee 100V tensione costante con 40W di potenza globale.
Nell'immagine relativa allo schema elettrico potete vedere la connessione del trasformatore di uscita con secondario multipresa: 0/25/50/70 e 100V; primario 8 Ohm 50W (la potenza del trasformatore deve essere un poco esuberante rispetto alla potenza erogata dal modulo per sopperire alle perdite del trasfo stesso.
La cella R/C parallelo con i due condensatori elettrolitici in antiserie tra loro sul primario del trasformatore è necessaria in quanto un'eventuale saturazione del traferro dell'induttore potrebbe mettere KO l'integrato di potenza.
Durante il normale funzionamento il segnale di potenza audio passa per i due condensatori e giunge al carico induttivo (primario del trasformatore); in presenza di componente continua in uscita i condensatori la bloccano, quindi tutto passa tramite il resistore.
Questo assicura ad IC1 un carico tollerabile anche qualora la saturazione del trasformatore rendesse l'avvolgimento un cortocircuito netto.
Queste precauzioni sono importanti nell'utilizzo professionale audio, specie se si tratta di amplificazioni di sicurezza come gli impianti EVAC (messaggistica audio di evacuazione antiincendio) dalla cui funzionalità ed affidabilità si deve esser certi .
Buon divertimento a tutti
