Jste zde

PRC moduly a Smokey zesilovač s LM386

Je s podivem, že se Číňanům vyplatí do Evropy zasílat elektronické moduly osvědčených zapojení za pár korun. Takže i AKO s 555 si lze koupit jako hotový generátor. V nabídce mne ale zaujal jiný obvod z konce šedesátých let a tím je výkonový zesilovač do krabičky od cigaret. Stačí připojit baterku, přes kondenzátor repráček a už to hraje. Na rozdíl od časovače 555 tenhle obvod u nás asi nikdo nezná.

Integrovaný výkonový zesilovač LM386 z roku 1969 byl původně určen pro řízení vstřikování paliva u automobilů Ford a vyráběla ho postupem let řada výrobců, takže se prodával i pod označením JRC386 či NJM386. Nejvíc ho, ale proslavil počátkem osmdesátých let Bruce Zinky, který pro své přátele vymyslel kytarový zesilovač, který se i s malým reproduktorem a 9V baterií vešel do krabičky od cigaret a jeho zesilovače si můžete koupit i  dnes. A samozřejmě mnohem levněji vám Číňané pošlou modul zesilovače přes oceán v kontejneru. Je jasné, že existují mnohem dokonalejší zesilovače s větším výkonem a výrazně menším zkreslením, popisované třeba na těchto stránkách: http://stephan.win31.de/music.htm

Ale ten půvab integrovaného obvodu, který vznikl v době přistání lidí na Měsíci, modernější obvody nemají. Cítíte tu nostalgii ze stránky padesát let starého datasheetu?  A najděte si nějakou knížku nebo časopis z konce šedesátých let s amatérskými konstrukcemi pro porovnání, jak vypadaly konstrukce zesilovačů u nás.

Integrované obvody jednotlivých výrobců se vnitřním zapojením lišily, i když se navenek chovaly prakticky shodně. Ale to je dnes už asi jedno, protože koupit se asi dá jen verze LM386. Ale i ta existuje v několika revizích s odstupňovaným výkonem podle dovoleného napájecího napětí a nejlépe je to asi popsáno v datasheetu Texas Instruments (revize 2017, 28 stran).  Také zjednodušené vnitřní schéma je mnohem přehlednější než na originálním katalogovém listě.

Na stránkách https://www.electrosmash.com/lm386-analysis je velmi podrobně rozebraná struktura zesilovače. Ten má osvědčené obvodové řešení, rozdílový vstup, napěťový stupeň a koncový komplementární stupeň ve třídě AB. Dále je vlevo dole vidět i proudové zrcadlo. Pokud bychom uzemnili vstupy, potečou emitory tranzistorů vstupního rozdílového stupně stejné proudy, nebude mezi nimi rozdíl, takže levý tranzistor bude nasávat proud z napájecího zdroje přes sériově spojené odpory 15K a pravý tranzistor z výstupní svorky 5 a horniho koncového tranzistoru NPN opět přes odpor 15k. Je tedy zřejmé, že v klidu bude na výstupu polovina napájecího napětí (proudové zrcadlo a stejné odpory 15K).  V rámci minimalizace počtu vnějších součástek byla zpětná vazba podivně ukryta dovnitř integrovaného obvodu. Nejsnáze si lze představit řešení invertujícího zesilovače kdy prostřední +INPUT připojíme na zem. Pak je vstupní napětí v malosignálovém střídavém modelu na odporech mezi emitory (150+1,35k) a výstupní napětí na odporu 15k, což by dávalo zesílení stokrát. Svorky 8-1 (GAIN-GAIN) lze zkratovat a zesílení by pak bylo pouze desetnásobné (15k/150). Skutečnost se mírně liší, protože odporem 15k protéká dvojnásobný proud, takže zesílení je buď 20 nebo 200 (26dB nebo 46dB). Při neinverujícím řešení se to bude klasicky lišit o jedničku, vstupní napětí je na příčce a výstupní na celém děliči, ale to nehraje vzhledem k velikosti zesílení roli. Pro menší zesílení lze obvod považovat za výkonný operační zesilovač a zavést i normální zpětnou vazbu jak v invertujícím tak neinvertujícím klasickém zapojení. V tom případě by se samozřejmě nechalo základní zesílení 200. V článcích věnovaných LM386 se to dokonce doporučuje jako způsob jak dosáhnout lepších parametrů zesilovače. A mimochodem,protože že lze snadno udělat invertující, či neinvertující variantu, lze ze dvou obvodů poskládat i můstkový zesilovač. Kouzlo jednoduchosti konstrukce se tak ale samozřejmě vytrácí.

V katalogovém listě je v základním zapojení kondenzátor 10uF který má zkratovat část odporu zpětné vazby, jenže jeho hodnota je příliš malá. Měla by být minimálně desetkrát větší a když se nad tím člověk zamyslí, obyčejný zkrat bude mnohem lepší řešení než malý kondenzátor.  Do série s tímto kondenzátorem se občas zapojuje odpor, pokud by konstruktér chtěl pevně nastavit zesílení. Ale i to není optimální, protože kondenzátor je prostě příliš malý a opět by stačilo zapojit pouze samotný odpor bez kondenzátoru.

 Vzhledem k původnímu využití obvodu k připojení nějakého malého reproduktoru, který by nízké kmitočty stejně nezahrál, to asi nevadilo. Horší je, že to u hotových čínských modulů, u kterých není dopředu zřejmé, k čemu budou použity, je také zapojena sériová kombinace 10uF s nulovým odporem mezi vývody GAIN-GAIN (1-8).  Mně to před lety dost rozladilo, že to nehraje nižší kmitočty, viz odměřená frekvenční charakteristika čínského modulu.

Přišlo mi, že počátek pásma zesilovače 200 Hz mne je prostě špatně a začal jsem hledat chybu. Nejdříve jsem si prohlédl zapojení a přitom našel nezdokumentované součástky. Jednak tam byl kondenzátor mezi napájením a zemí, což vlastnosti zapojení samozřejmě vylepšuje a jednak kondenzátor mezi vývodem jezdce potenciometru 10k a neinvertujícím vstupem. Vstupní odpor zesilovače je podle vnitřního zapojení 50k, takže teoreticky tam by i malý kondenzátor měl stačit. Nicméně byl opatrně paralelně zapájen přes SMD kondenzátor normální kondenzátor s větší kapacitou, pochopitelně bez znatelného zlepšení.

Po vyzkratování SMD kondenzátoru C1 kouskem pocínovaného drátku se frekvenční charakteristika spravila. Ovšem po připojení reproduktoru 8 ohmů byla charakteristika opět špatně, protože i výstupní elektrolyt 100uF je i zde vzhledem k reproduktoru s předpokládanou impedancí 8 ohm prostě příliš malý (klasický derivační článek s fmez=1/2piRC).  Rozumnější by bylo měnit zesílení proměnným odporem na pozici kondenzátoru C1 a R1mezi vývody GAIN-GAIN (od 20 do 200), protože by se zachovala vstupní impedance 50k a neklesla by na hodnotu trimru 10k. Bohužel funkce pro zesílení je Au=2*15000/(150+R*1350/(R+1350)) neumožňuje rozumnou regulaci zisku s žádným typem odporové dráhy. Snad jen kdyby se použil otočný přepínač a odpory R by se spočítaly pro rozumné odstupňované hodnoty zisku, třeba s rozestupem po třech decibelech vzhledem k logaritmickému charakteru lidského sluchu. Po úpravách vypadá frekvenční charakteristika takto:

Problémy byly asi i s měničem napětí (zákmity) a má původní představa, že vezmu čínský modul zesilovače a modul měniče a šoupnu to do krabičky s ochrannou diodou proti přepólování a získám tak rychle jednoduchý trotlfest zesilovač pro měření v labinách se nenaplnila. A to nic není proti problémům se s moduly se spínaným i zesilovači. Než jsem třeba přišel na to, že nefunguje bez reproduktoru, protože pro správnou funkci pravděpodobně potřebuje jeho indukčnost… Celé mne to rozladilo a odložil zesilovače do skříně. Před vánoci jsem to vytáhl a odměřil. Zesílení je nastaveno 100 krát (40dB).

Pro kontrolu limitace zesilovače jsem na generátoru navolil amplitudovou modulaci s velmi pomalou změnou kmitočtu. Průběh přebuzení mi přijde pěkný, plynulý a symetrický.

V dalším zapojení je ilustrováno měření přenosové charakteristiky pomocí osciloskopu s generátorem Keysight a jsou vidět i zákmity (nevyskytovaly se u všech modulů). Vpravo je pro názornost připojen další osciloskop na výstupní signál. Keysight totiž při měření přenosové charakteristiky automaticky mění citlivost a nastavení časové základny při změně kmitočtu.

No a na závěr bylo zkontrolováno i zkreslení zesilovače. A i to pro daný účel má přijatelnou hodnotu desetiny procenta. A je to prosím integrovaný obvod navržený v roce 1969

A Myšák správně podotýká, že si odpojení reprobeden je dokonalý firewall od reklamních skřeků zelených skřetů, ale úžasný zvuk kytarového cigaretového zesilovače si pak vychutnat nelze.

​​​​​​​

Hodnocení článku: