增益克隆功率放大器 LM3886

在这个应用中，我们正在构建一个类似增益卡的放大器。这种应用类型在音频世界中被称为增益克隆。为了获得满意的音频响应，我们在反馈线路中添加了Linkwitz均衡器并增加了低音补偿。

我们使用的是LM3886，它是其兄弟型号LM3875的修订版本。这些是我们关注的参数。老实说，这些数值远优于市场上许多HI-FI放大器。尤其难以找到110dB的信噪比。另一个特点是，当没有输入信号时，该放大器几乎处于静默状态。即使将耳朵贴近扬声器，也几乎听不到任何噪声。

我们将进行类似增益卡的应用。在DIY音频应用领域，这类克隆被称为增益卡克隆。为了对音频反馈应用提供满意响应，我们在低音线路中添加了简单的Linkwitz均衡补偿。

使用的是LM3875的新修订版本LM3886。

最大输出功率：68W RMS - 108W 峰值

THD：0.03% @ 60W

SNR：110dB @ 60W - 92.5 dB @ 1W

PSRR：120dB

保护电路：直流/交流短路保护、热保护

输出级：共轭EU-A类

我们关注的是这些参数。显然，这些数值在市场上多数HI-FI放大器中处于领先水平。特别是110dB信噪比在市场中极为罕见。简而言之，若正确设置该放大器，在无输入信号时即使贴近扬声器也听不到任何嘶声或杂音。换言之，该放大器在无信号输入时完全静默。另一方面，即使在全功率连续运行且使用推荐扬声器组时，也几乎不会出现失真。效果更胜一筹。

现在来看电路图..国家半导体工程师提出了以下基本应用电路。

我们将进行增益卡类似应用。在DIY音频领域，这类克隆称为增益卡克隆。为提升音频反馈响应，我们在低音线路中应用了简易Linkwitz均衡补偿。

集成LM3875的新修订版本LM3886将被使用。

最大输出功率：68W RMS - 108W峰值

THD：0.03% @ 60W

SNR：110dB @ 60W - 92.5 dB @ 1W

PSRR：120dB

保护电路：直流/交流短路保护、热保护

输出级：共轭EU-A

我们关注的参数如下。显然这些数值优于市场多数HI-FI放大器。特别是110dB信噪比在市场难得一见。简要概括：若正确设置该放大器，在无输入时即使贴近扬声器也听不到任何噪声。换言之，该放大器在无信号输入时完全静默。即使全功率连续驱动推荐扬声器组，也几乎无失真。

现在来到电路图部分..国家半导体工程师建议的基础应用电路如下。

可见电路图十分简洁易实现。信号线路未作任何改动以避免引入噪声。电路中Rin为输入电平电位器，Rb为限流电阻，Ri和RF1为增益电阻。本应用实现20K/1K=21倍（26.4dB）增益。22μF电容通过提供约7Hz起始滚降来保障反馈增益平坦度，消除低频扬声器传输限制。

我们的应用如下：

可见负反馈线路经过大幅修改。由此在30Hz-70Hz频段获得约7dB增益峰值，在30Hz处实现约34dB提升。此电路由Nico Ras设计，适用于16或20cm宽、10-15升密闭箱体的低音扬声器，能很好补偿通常始于70-80Hz的频响跌落，并将低频截止点（F3）维持在40-50Hz范围。若考虑F3点接近40Hz的高品质小型低音炮系统便知其中优势。但追求极低频（20Hz）的用户需额外设计有源低音炮系统。应用电路在26V直流供电、4欧姆扬声器、2Vpp输入信号时可输出平均65W RMS功率。8欧姆扬声器用户可将电源电压提升至±38V。当然这些值也可在更低电压下使用。

电源电路同样简洁：

采用双次级变压器、两个KBU6系列（6A）二极管桥和2个10000μF电感电容组成"π型"滤波。通用规则为每安培使用2200μF电容即满足HI-FI应用稳压需求，本例每安培使用4700μF电容。按平均每通道2安培计算，建议持续高功率（80%以上）用户每通道使用2个10000μF电容。

变压器选择：HI-FI应用普遍采用环形变压器。这类变压器价格较高（60-80欧元）但节省空间，其磁通泄漏低故可安装于放大器同箱体内。若将放大器与变压器分箱放置，可使用标准EI型变压器。变压器数据至少需满足：

- 8欧姆标准应用：220V/2×24V（带中间抽头）至少250W

- 8欧姆高功率模式：220V/2×24V至少350W

- 4欧姆标准应用：220V/2×18V至少250W

- 4欧姆高功率模式：220V/2×18V至少350W

变压器功率选择依据：68W RMS输出功率加上至少20%瞬时峰值达81W，考虑到AB类放大器60%效率，需消耗至少135W。双通道同时工作则需270W电源功率。实际上250W已足够满足常规2x20W聆听需求。高功率模式时每通道持续55W以上功率，配合硬摇滚音乐节奏峰值，每通道需180W功率。此类环境下需确保变压器和电路散热良好。

实施：

通过精心设计的印刷电路板使电路实现非常简便。

前视图可见紧凑结构虽略显拥挤，但远离噪声设计。特别是保持NFB（负反馈）线路简短强化了这一特性。此电路状态已通过测试获得良好结果。

安装过程流畅，但需注意所有输入输出端采用印刷电路板接线端子。必须使用1%精度金属膜电阻，否则无法获得相同效果。

后视图显示元件需安装在焊接面。电源线需保持简短，后装配方式可实现这一点。集成电路电源引脚需先预上锡。实施中虽耗时但无难度。

需注意LM3886有两种版本：带绝缘外壳的LM3886TA和不带绝缘外壳的LM3886TF。本应用采用绝缘垫片加硅脂直接连接散热器。TA版本用户必须使用绝缘垫片和硅脂，并确保固定螺栓与散热器绝缘。

电源印刷电路板如下：

该板设计简洁，包含四个PCB端子、两个KBU6系列二极管桥和两个10000μF/35V电容。此板将与放大器同箱安装，并通过DC1和DC2短线连接。

散热器选择：TA版本用户需使用2.8°C/W散热器，即约5cm×10cm带8片以上鳍片的铝散热器。TF版本需1.8°C/W散热器，相当于两倍尺寸。也可尝试更小的铜散热器。本应用采用两个AMD Athlon处理器铜散热器无风扇对接。

标准散热器价格50-100元，总成本约35元解决方案...该配置在平均两小时摇滚音乐（约20W×2）测试中通过温升检验。测试方法：两小时运行后手指能持续接触IC表面10秒以上则散热合格。散热器表面温度应接近IC温度。若用热电偶测量，表面温度应低于65°C，否则会触发热保护。若IC过热而散热器温凉，需检查连接和硅脂。

注：右侧图片中的继电器为电源继电器。通过前面板微型开关控制四通道（DC1+/-和DC2+/-）同步通断，建议加装。

组装：

将所有电路板收集至一个或多个箱体固定安装。建议选用木质、塑料或金属箱体，每个箱体须有通风孔。箱体选择需预留后方空间。

背板需连接三个端子/端口：4针电源接口（可用PC硬盘4针接口）、标准扬声器端子和RCA信号输入接口。单输入单组放大器建议使用单输入以保持最低噪声。

信号线连接最关键，处理不当会导致噪声：

- RCA信号输入接口通过最短路径连接箱体，使用细芯音频编码端子直连放大器电路板

- 同一RCA连接器左右声道通过屏蔽电缆（LIYCY）连接音量电位器远端

- 电位器中点通过短线连接音频编码端子，电缆屏蔽层单端接地

- 绝对禁止将两条独立屏蔽线共地

- RCA连接器外壳需接地

- 绝对禁止无负载运行电位器，会导致集成电路振荡烧毁高音单元

- 使用LM3886TA需加装绝缘垫片和绝缘螺栓，通电前测量金属部件间应为开路

- 若信号回路与机箱形成地环路会产生100Hz嗡嗡声

扬声器连接：（+）极接CMB编码端子（唯一多引脚端子），GND-RET编码端子为电源分配点，此点不得连接信号线，可通过单点接地连接机箱。

最后注意：电源和扬声器连接至少使用1.5mm²截面积多芯线，否则有过热风险。

扬声器：

最终扬声器选择应基于高质量组件和计算准则。建议选用力所能及的最佳低音和高音单元。

低音单元根据偏好选4或8欧姆，直径至少16-20cm且绝不能选用低音炮单元。频响曲线应至少延伸至3kHz以便与高音单元良好衔接。一般低音炮频响仅至500Hz-1kHz且表现不佳。

高音单元需相同阻抗（4或8欧姆），至少50W功率的球顶高音，绝不推荐压电高音。

被动分频仅使用串联无极性电容。准备1μF至10μF多种电容，根据听感选择串联接入高音单元。

箱体制作（与本设计无关）最简单部分：使用18mm刨花板或MDF，低音单元箱体容积10升（推荐15-20升）。示例10升箱体尺寸：

前面板宽20cm

深度25cm

高度30cm

需考虑扬声器占用体积。

箱体前面板开孔安装低音和高音单元，背板安装接线端子。关键点：箱体内填充吸音棉（不过紧或过松），安装扬声器时所有接缝处用硅胶密封防止漏气。

最后说明：放大器增益仍为26dB（20倍），对于某些低电平输出（如iPod）可能不足。若用户反映音量不够，可后续添加前置放大器项目。

祝制作顺利。

博士

材料清单

半导体：

LM3886TA（TF） 2个

KBU608 2个

电容：

10000μF 35（50）V 2个

1000μF 35（50）V 2个

10μF 35（50）V 钽电容 4个

2.2μF 35（50）V 钽电容 2个

470nF 63V 聚酯电容 1个

100nF 63V 陶瓷电容 2个

150nF 63V 聚酯电容 2个

电阻：

20kΩ 0.6W 1% 金属膜电阻 2个

20kΩ 1/8W 5% 碳膜电阻 2个

15kΩ 0.6W 1% 金属膜电阻 2个

10kΩ 0.6W 1% 金属膜电阻 2个

1kΩ 0.6W 1% 金属膜电阻 4个

2.2Ω 1/4W 5% 碳膜电阻 1个

其他：

10kΩ×2 双联对数电位器

2×18（24）V 环形或EI型变压器（250或350W）带中间抽头

不低于2.8°C/W散热器

RCA端子

扬声器端子

4针电源端子（公/母）

线材及其他材料