Audioverstärker mit LM3886-Chip
Erstellt: DL6GL, 15.08.2025, letzte Änderung
Wer sagt denn, dass Funkamateure erst bei hohen Frequenzen munter werden? In meinem Shack verstaubte seit langem ein zweimal 2N3055-Uraltverstärker, mit dem in den 1970ern Party gemacht worden war. Er sollte nun für die Überprüfung meines reparierten Stationslautsprechers herhalten, bei dem die Bass-Sicke zerbröselt war. Da wohl die Elkos mit der Zeit erschlafft waren und die Potis kratzten, war der Spaß eher begrenzt.
Wirklich brauchen würde ich ihn nicht, es reizte mich aber, mit den heutigen Mitteln etwas Neues zu bauen. Nachdem ich mit kleinen integrierten Audioverstärkern schon gute Erfahrungen gemacht habe, sollte auch hier ein solcher zum Einsatz kommen, allerdings mit mehr Dampf. Die Wahl fiel recht schnell auf den LM3886 von Texas Instruments [1], vormals National Semiconductor.
Im Web sind solche Verstärker unter dem Stichwort "Gainclone" zu finden, Selbstbau-Clones des 47 Labs Gaincore-Verstärkers von 1999. Dieser machte seinerzeit glühende Audiophile, für die der "wahre" Musikgenuss nur diskret mit Transistoren, eher noch mit Röhren, möglich ist, mit einem ebenso guten Sound aus dem integrierten Audio-Chip LM3875 sprachlos. Trotz der damit schlichten Innereien ist es 47 Labs offenbar gelungen, das Gerät für ein paar tausend Dollar unter die Leute zu bringen. Was nichts kostet, taugt nichts. Das war die Steilvorlage für die Selbstbauergemeinde, dem ebenbürtige Klone mit den 10 Dollar Chips LM3875, später LM3886, entgegenzustellen.
Einen Gainclone fertig oder als Bausatz im Web bestellen war mir zu einfallslos. Stattdessen habe ich mit Hilfe von [2] und [3] versucht, hinter die Auslegungskriterien eines solchen Verstärkers zu steigen und dies in einem Excel-Sheet (im Download) zu programmieren. Die notwendigen Platinen wurden ebenso selbst entworfen. Dirk, DH4YM, war so freundlich, diese herzustellen.
1 Netzteil
Abb. 1.1: Netzteil Schaltung.
Das Netzteil ist für einen Mono-Verstärker mit 30W RMS Sinus an 4Ω ausgelegt. Das Power-Netzteil (linke Hälfte in Abb. 1.1) ist ungeregelt. Für höhere Leistungen sind der Trafo, hier 2 x 15V / 80VA, Fuse1 … Fuse 3 und ggf. Werte der Ladeelkos C5 … C7 und C9 … C11 anzupassen. Mit einem stärkeren Netzteil wären bis zu 68W RMS Sinus an 4Ω bei einem Klirrgrad (THD + N) kleiner als 0,1% mit einem LM3886 erreichbar. Bei der Serienschaltung der Trafowicklungen die Farbmarkierungen der Anschlussdrähte beachten, in Abb. 1.1 angegeben.
Um den Brückengleichrichter auf dem Endstufenkühlkörper montieren zu können, ist dieser zusammen mit C1 bis C4 auf einer gesonderten Platine untergebracht.
R1 und R2 reduzieren die Eingangsspannungen für die 15V-Spannungsregler auf minimal ca. 15 + 3 V = 18V. R1 bis R3 sind bei höheren Trafo-Sekundärspannungen entsprechend anzupassen.
2 Klangregler
Auch wenn Puristen das verpönen, wurde eine Baxandall-Klangregelung ("Kuhschwanzentzerrer") vorgesehen. Unsere subjektive Wahrnehmung hängt nun mal auch von der Lautstärke ab.
Abb. 2.1: Klangregler Schaltung Option 1 mit Lautstärkeregler am Eingang.
Ansichtssache ist die Positionierung des Lautstärkereglers – am Eingang oder am Ausgang.
Abb. 2.2: Klangregler Schaltung Option 2 mit Lautstärkeregler am Ausgang.
Die Grundverstärkung kann über die Gegenkopplung an IC1a zwischen 2 und 6,5 fach (6 bis 16dB) voreingestellt werden, wahlweise auf 1 (0dB) mit Änderung von C4, R4, R3 und P2.
Der Klangregler verbraucht je ca. 8 … 10mA aus + und - 15V.
3 Endstufe
Zur Auslegung der Endstufe wurde ein Excel-Sheet entworfen mit einer zugehörigen Beschreibung (im Download).
Abb. 3.1: Endstufe Schaltung mit LM3886.
Bis auf einige wenige Details ist sie identisch für alle zulässigen Ausgangsleistungen. Für die 30W Mono-Version sind der LM3886 und der Brückengleichrichter des Netzteils auf einem 1,2 °C/W-Rippenkühlkörper montiert.
Die Komponentenbezeichnungen in Klammern (…) entsprechen denen im Datenblatt [1].
4 Messungen
Abb. 4.1: Frequenzgang des Klangreglers.
Regelbereich: +/- 14dB bei 20Hz und 20kHz. Dämpfungsmitte bei 600Hz.
Abb. 4.2: Frequenzgang der Endstufe.
Frequenzgang +/- 1dB: < 10Hz bis 50kHz, gemessen mit einem analogen Millivoltmeter.
Mit C1 (Cin) versuchsweise = 4,7µF war der untere Frequenzbereich linealglatt bis 10Hz. Wenn die Boxen das mitmachen, sollten damit auch die Kanonenschläge in Tschaikowskis Ouvertüre 1812 ihre Wucht so richtig entfalten.
Die im Datenblatt gezeigten THD-Diagramme sprechen für sich. Was blieb, war die Messung der Aussteuerbarkeit mit dem in Abb. 1.1 gezeigten Netzteil bis unterhalb des Clippings mit dem Scope bei 1kHz. Ergebnis: 66W Peak = 33W RMS an 4,1Ω Draht-Hochlastwiderstand. Die Auslegungsrechnung ergab 32,8 W RMS an 4,1Ω.
Der DC-Offset am Verstärkerausgang wurde mit - 0,3mV gemessen, das Rauschen mit 2mVpp – nichts zu hören. Auch kein Brumm.
5 Zusammenbau
Um unerwünschte Verkopplungen und insbesondere Brummschleifen zu verhindern, ist die Gesamtverdrahtung wie folgt ausgeführt:
Abb. 5.1: Monoverstärker Gesamtverdrahtung.
Masse-Bezugspunkt für die Endstufe mit beachtlichen Stromstärken ist der GND-Anschluss der Power Supply am Fußpunkt der Ladeelkos (Abb. 1.1). Deshalb wird die Lautsprecher-Masse (Speaker GND) dort und nicht am Massepunkt auf der Power Amplifier-Platine angeschlossen. Im Endverstärker selber ist die Masseführung sternförmig angelegt.
Der Netzschutzleiter (gelb/grün) ist an Gehäuse-Masse verschraubt (Abb. 5.1 links oben). Die einzige Verbindung der Gesamtschaltung an Gehäuse-Masse erfolgt am empfindlichsten Punkt, dem Verstärkereingang (Abb. 5.1, rechts unten).
Referenzen
[1] https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3886.pdf
[2] https://www.circuitbasics.com/design-hi-fi-audio-amplifier-lm3886/
[3] https://neurochrome.com/pages/taming-the-lm3886-chip-amplifier
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LM3886 design calculation.xlsx