O scalonych układach wzmacniaczy mocy można pisać dużo, a może i nawet więcej. 
Pierwszym, z jakim miałem do czynienia był polski wzmacniacz scalony o oszałamiającej mocy 5W, a był to UL1405 w obudowie podobnej do TO3 (czyli takiej jak inna legenda, np, 2N3055 czy też KD 502, tyle że z większą ilością nóżek). Układ zdobyty wówczas z niemałym trudem w jednym ze sklepów z częściami elektronicznymi na warszawskiej Pradze. Byłem wtedy małym gnojkiem i te 5W wydawało mi się ogromną mocą - szczególnie w porównaniu do wzmacniaczy lampowych z Bambino i większości ówczesnych radioodbiorników.
Podstawowa zaleta (przynajmniej dla mnie - wtedy adepta elektroniki) takiego scalaka to pojedyncze napięcie zasilania i jego stosunkowo niska wartość (w porównaniu do napięcia anodowego z lampowych konstrukcji). Szybko wziąłem się do roboty i zaopatrzony w cienki pędzelek, lakier "Wilbra" i kawałek papierowo-fenolowego laminatu zacząłem malować rysunek ścieżek - oczywiście nie było wówczas żadnych komputerów z odpowiednimi programami, więc zmuszony byłem "zerżnąć" projekt ścieżek z jakiejś noty katalogowej znalezionej w czasopiśmie elektronicznym.
Koniec końców udało się tak zrobioną płytkę wytrawić i nawet powiercić (tu kolejna ciekawostka - igłą do szycia z odłamanym w połowie "oczkiem" - bo wierteł poniżej 2,5mm dostać wówczas nie szło za bardzo...
Wreszcie tak wykonana płytka została "uzbrojona" w elementy (pamiętam, że rezystory kupowałem po 50 gr za sztukę -
kilogramowy bochenek chleba kosztował wtedy coś ok. 4 zł, więc można sobie porównać) i uruchomić. Coś tam grało, to fakt. Nawet solidnie zatrzęsło membraną "dyżurnego" szerokopasmowego głośnika GD 31,5/21.5 (5W 8 omów), ale... od razu coś mi w tym brzmieniu nie pasowało. Przyzwyczajony byłem do słuchania wzmacniaczy lampowych i nie słyszałem wtedy jeszcze o harmonicznych, że są parzyste i nieparzyste i że to one w znacznym stopniu kształtują to brzmienie, dodając do muzyki "smaczku".
W każdym razie wzmacniacz ten mnie rozczarował i skończył wkrótce na półce z różnymi "przydasiami", by wkrótce stać się dawcą części...
Tyle historii (mojej) związanej z pierwszymi scalonymi układami wzmacniaczy mocy.
A dziś? Na pewno wybór zdecydowanie się powiększył; można wybierać, co się lubi - czy to w oparciu o moc czy brzmienie... No właśnie - BRZMIENIE. Jakieś 30 lat temu (nigdy nie przykładałem wagi do upływu czasu, więc proszę mi wybaczyć, jeśli się mylę), szukając układu o stosunkowo dużej mocy natrafiłem na recenzje układu TDA 7294 - chyba znanego każdemu elektronikowi stawiającemu pierwsze kroki w dziedzinie audio. Kostka ta wtedy miała dość dobre recenzje - szczególnie ze względu na dużą moc (ok. 65W) i stosunkowo prostą aplikację, a szczególnie ze względu na skuteczne (chociaż mało "eleganckie" w działaniu - zniekształcenia) układy wbudowanych zabezpieczeń. Nabyłem kilka sztuk i stosunkowo szybko (wtedy miałem już jakąś "namiastkę" komputera z wgranym z dyskietki programem EAGLE - jakaś pierwsza wersja) powstała płytka.
Przyznam się, że TDA mnie "kupił" od pierwszego "odpalenia" - brzmienie w miarę czyste (potem się okazało czemu "w miarę") i "potężne" (60W) co było ogromną zaletą - niewielka płytka (z czasem nawet jeszcze pomniejszona, gdy dopracowałem rozstaw elementów).
Wtedy już miałem w planach coś w rodzaju wieży DiY zbliżonej wielkością do serii Kasprzakowskich "klocków" z serii 8000, a więc stosunkowo niewielkiej obudowy, bo tylko 30 cm szerokości i 4,4 cm wysokości, więc każdy cm3 zajmowanej objętości był cenny.
Wzmacniacz w każdym razie powstał i ładnych kilka lat służył mi dzielnie umilając pracę nad kolejnymi projektami, naprawami i co tam jeszcze zajmowało mi czas "po pracy". Po jakimś czasie mój Kolega (często bywał u mnie przy okazji omawiania jakichś projektów i ich wykonania) zasugerował mi, żebym poeksperymentował z innym układem scalonym - LM 3886 właśnie, który szybko zaczął być wychwalany za brzmienie i ogólnie za jakość dźwięku jaką "produkował".
Przyznam się, że początkowo miałem sceptyczne nastawienie co do tej kości - bo wiadomo jak bywa - często ważniejszą oceną od rzeczywistych parametrów była "fama" układu rozpowszechniona przez wszelkiej maści audiofili. W końcu jednak się przełamałem i na zdobytej na Wolumenie (słynny Warszawski bazar elektroniki) kości złożyłem wzmacniacz, zacząłem go testować i... wstyd przyznać, ale moje wcześniejsze fascynacje dotyczące TDA zaczęły topnieć.
Ponieważ miałem już gotowy wzmacniacz (wzorowany na 8000), a w nim już siedziała końcówka na TDA, postanowiłem spróbować w jego miejsce zaimplementować wzmacniacz na LM 3886 - co okazało się dość proste, ponieważ aplikacja LM okazała się jeszcze prostsza od tej dla TDA.
Tak czy inaczej powstała taka konstrukcja, która pasowała w miejsce wcześniejszej wręcz idealnie: wystarczyło odkręcić cztery (!) śrubki, przepiąć wtyczki sygnałowe i już. I już zacząć porównania, a te wyszły wręcz rewelacyjnie! Od pierwszego momentu LM 3886 ujął mnie swoim miękkim naturalnym brzmieniem - szybko można było wyczuć różnicę w braku tej "chropowatości", jaką miał TDA w zakresie najwyższych częstotliwości. I nice chcę tu być postrzegany jak kolejny Audio-oszołom kreujący swoje zdanie w oparciu o legendy - za stary już wtedy byłem, by podlegać szczenięcym fascynacjom i legendom audiofolskim. Ponadto wiele lat pracowałem ("na zlecenie") z muzykami czy to na scenie, czy w studio podczas realizacji nagrań, więc miałem wyrobiony słuch na tyle, by się nie sugerować w ocenie mitami.
Ponieważ LM 3886 okazał się w eksploatacji wzmacniaczem spełniającym moje (i chyba nie tylko moje) wymagania, powstało kilka wersji dla wykorzystania w kolejnych projektach dla "krewnych i znajomych królika", jakby to powiedział Kubuś Puchatek. Wszyscy, którzy zamówili wzmacniacz byli zadowoleni i z tego co wiem - przestali szukać czegoś lepszego - i jakoś się nie dziwię, to naprawdę bardzo fajnie brzmiący wzmacniacz. A ponieważ jest możliwa jego praca z różnymi mocami (w zależności od napięcia zasilania i oporności obciążenia), łatwo jest dobrać konkretną aplikację do wymagań. Pierwszy wzmacniacz na LM 3886, jaki zrobiłem (to ten, w którym pierwotnie była końcówka na TDA 7294) miał aż (wierzcie mi - to naprawdę dużo!) 2x60W na obciążeniu 8 omów, ale ponieważ przeprowadziłem się do mniejszego (koszty... ) mieszkania, powstała wersja o mocno zmniejszonej mocy (2x15 W / 8 omów) i mimo, że pracuję w pokoju o powierzchni zbliżonej do poprzedniego (gdzie jeszcze stał wzmacniacz 2x60 W), to na brak mocy nie narzekam. Może to dlatego, że z wiekiem przestało mnie podniecać drżenie mebli w takt muzyki, może zacząłem doceniać MUZYKĘ, a nie hałas - nie wiem. Wiem jednak, że nawet gdy trafi mi się ochota na naprawdę MOCNE UDERZENIE - to i tak te skromne 2x 15W daje spokojnie radę zaspokoić mój apetyt.
No fajnie, a co z tym brzmieniem? Czy naprawdę kostka LM 3886 zasługuje na takie wyróżnienie, by ją polecać każdemu, kto chce mieć dobry wzmacniacz DiY za stosunkowo niewielkie pieniądze?
Moim zdaniem tak.
Po pierwsze dlatego, że naprawdę jest to wzmacniacz najbardziej "przezroczysty" z tych, jakie miałem okazję testować (a było tego naprawdę dużo). Po drugie - to, co już pisałem - jest to wzmacniacz na tyle elastyczny, by bez problemów można było dopasować go do konkretnych warunków eksploatacji (zapotrzebowanie na moc i obciążenie od 4 omów wzwyż) poprzez proste dopasowanie mocy zasilacza i napięcia, jakim zasilamy wzmacniacz. I to bez żadnych zmian w samej aplikacji końcówki mocy (no, może nie do końca - dla niskich napięć zasilania można zastosować kondensatory na mniejsze napięcie pracy).
Brzmienie końcówki jest naprawdę bardzo dobre - można zadowolić nawet wybrednego melomana (oczywiście, o ile wzmacniacz zostanie podłączony do odpowiednio dobrych kolumn). Dla nieco bardziej zaawansowanego konstruktora nie stanowi problemu jego wykonanie, dla tych nieco mniej zaawansowanych ("Młodych Zdolnych") tylko jeden element wypadałoby opisać dokładniej - chodzi o widoczny na schemacie element indukcyjny włączony w szereg z wyjściem na głośnik. To cewka będąca istotnym elementem układu Zobla - układu zabezpieczającego wzmacniacz przed wzbudzeniem się w połączeniu z wyjątkowo "trudnym" (dla wzmacniacza) obciążeniem. Trzeba ten element wykonać samodzielnie, co wcale nie jest tak trudne zresztą. Musimy tylko zdobyć około 2 metrów drutu nawojowego średnicy ok. 1mm (raczej nie większej, bo wyjdzie duża wielkość i nie cieńszym - około 0,8mm średnicy) rezystor ok. 10 omów o mocy ok. 2W (moc może być ciut większa, byle długość rezystora mieściła się w miejscu na ten element na płytce) i wiertło lub inny pręt o średnicy większej od średnicy rezystora, jaki mamy - niewiele większej od rezystora średnicy). Na wiertle nawijamy zwój przy zwoju cewkę, której długość powinna być odrobinę krótsza od długości rezystora. Zsuwamy cewkę z wiertła, skrobiemy emalię na końcówkach, aby można było łatwo je pocynować i zakładamy na rezystor. Odizolowane końcówki rezystora należy owinąć wokół otworów na płytce (odgiętych wcześniej na odpowiedni rozstaw) i lutujemy wyprowadzenia z końcówkami rezystora. Nie należy przesadzać z ilością owinięć na wyprowadzeniach rezystora - wystarczy nawet 1 zwój, ważne by cyna dobrze się rozlała na odizolowanej powierzchni drutu łącząc się z końcówkami rezystora. Tak wykonany element można uznać za wystarczający do założeń. Tak naprawdę to rezystor służy w zasadzie tylko jako "korpus" dla uzwojenia cewki. Jego oporność niezbyt silnie wpływa na dobroć tak wykonanego dwójnika, ale za to utrzymuje nawój cewki, co pomaga w jej montażu. Podobnie indukcyjność samej cewki - w praktyce dla średnicy wewnętrznej cewki ok. 5-6mm wystarcza kilkanaście zwojów.
Przykładowa cewka z rezystorem wewnątrz:
Ponieważ ten element nie wpływa na pasmo akustyczne wzmacniacza, za to spełnia rolę zabezpieczenia przed wzbudzaniem się końcówki na bardzo wysokich częstotliwościach w wypadku, gdy podłączona kolumna ma skomplikowaną (rozbudowaną) zwrotnicę bierną, nie wpływa na samo pasmo audio. Układ Zobla (czyli cewka z rezystorem plus szeregowo połączony rezystor z kondensatorem 0,1uF czyli R6 i C8)pełni więc ważną rolę - zabezpieczając zarówno samą końcówkę, jak i głośnik wysokotonowy przed ewentualnym wzbudzeniem. Takie wzbudzenie mogą powodować pojemności i indukcyjności zwrotnicy, które w pewnych wypadkach mogą generować samoistne bardzo wysokie częstotliwości (wzbudzenie właśnie) stopnia mocy wzmacniacza - szczególnie, jeśli współpracują te elementy ze wzmacniaczem mocy o szerokim pasmie przenoszenia. Przykładowo - TDA 7294 takiej cewki nie wymaga...
A teraz najważniejsze - zasilanie.
Zasilanie LM 3886 powinno być* symetryczne. Co to oznacza? Ano to, że wzmacniacz jest zasilany tak naprawdę dwoma napięciami o takich samych wartościach, ale o innych znakach (polaryzacji). W zależności od wymagań wartości tych napięć mogą być różne - przykładowo dla wzmacniacza mocy rzędu ok. 20W na obciążeniu 8 omów to ok. +25V i -25V (przy braku wysterowania sygnałem wzmacniacza). Dla wyższych mocy polecam zerknąć do danych znajdujących się w Data Sheet (karcie katalogowej) tego układu.
Jednocześnie ostrzegam przed zbyt optymistycznym podejściem do zawartych w nim danych dotyczących mocy. Owszem, ta kostka jest w stanie wyprodukować nawet 68W mocy elektrycznej na wyjściu, ale... ale tylko w idealnych warunkach i przy określonych zniekształceniach. Jakie są pozostałe warunki? Przede wszystkim chłodzenie - dla takich mocy wymagane jest chłodzenie niezwykle skuteczne - albo więc duży i z grubą podstawą radiator (ta część, do której przykręca się element wymagający chłodzenia) o dużej powierzchni (czyli ciężki i wielki - zajmujący dużo miejsca na np. tylnej płycie), albo radiator ze wspomaganiem (wentylator). Przy czym i w tym wypadku należy się liczyć z komplikacją w postaci hałasu, jaki emituje wentylator. Niby można dostać wentylatory "super ciche", ale to przeważnie jest chwyt reklamowy - owszem, takie wentylatory hałasują mniej, ale... kosztem wydajności (ilości powietrza, jakim dmuchają) - szczególnie ważne jest to, gdy wentylator taki ma pracować w trudnych warunkach - wymagających wytworzenia odpowiednio dużego ciśnienia przepuszczanego przez radiator. Aby sobie uzmysłowić, o czym mówię, wystarczy stanąć przed jakimkolwiek wentylatorem - podczas jego pracy łatwo wyczujemy, że na nas dmucha. A teraz między wentylatorem a nami powieśmy jakąś siateczkę np. płachtę tiulu. Od razu odczujemy różnicę - co prawda nadal wyczuwamy powiew powietrza, ale zdecydowanie mniej intensywny.
Podobny efekt zachodzi, gdy np. wentylator ma dmuchać na żeberka radiatora, a szczególnie, gdy radiator zabudowany jest wewnątrz obudowy lub radiator ma gęsto rozmieszczone żeberka. Takie warunki wymuszają stosowania wentylatora o większej mocy, a więc i głośniejszego... A czy chcemy się delektować szumem wentylatora czy muzyką ulubionego kawałka...?
No fajnie. Wiemy już, że radiator musi być odpowiedni do traconej mocy, ale skąd ta moc się bierze? Co powoduje grzanie się wzmacniacza?
Zacznijmy od początku: stopnień końcowy wzmacniacza mocy stanowią tranzystory mocy - to one są najbardziej odpowiedzialne za wzrost temperatury/grzanie się wzmacniacza. Dlaczego się grzeją? Tranzystor w układzie audio musi pracować w odpowiednich warunkach - oznacza to w tym wypadku to, że musi być on "częściowo otwarty" - ponieważ tranzystor w tym zakresie (od całkowitego "zamknięcia" do jakiejś niewielkiej wartości "przepuszczanego" sygnału) jest nieliniowy - zmiany napięcia na jego wejściu (bazie w wypadku tranzystorów bipolarnych) nie powodują idealnie adekwatnych zmian na jego "wyjściu". Innymi słowy powstają wówczas silne zniekształcenia. Jak temu zapobiec? Ano właśnie powodując częściowe "otwarcie" tranzystorów - to zadanie spełnia układ formujący tzw. "Prąd spoczynkowy" - prąd ten częściowo "otwiera" tranzystory mocy niezależnie od tego, czy na wejściu wzmacniacza jest podawany sygnał czy nie, a więc powoduje wydzielanie mocy. A moc jest powiązana z wydzielaniem ciepła...Zyskujemy w ten sposób to, że tranzystory mocy zaczynają pracować (dla sygnału audio) w zakresie liniowej charakterystyki tychże tranzystorów, a więc zniekształcenia nie występują. To jednak nie wszystko. Straty występują również, gdy tranzystory pracują (gdy do wzmacniacza jest doprowadzany sygnał audio) i to zależne od wielkości tegoż sygnału. Przyjmuje się, że wzmacniacze klasy AB (czyli takiej w jakiej jest realizowany wzmacniacz LM 3886) generują ok. 40% strat. Co to oznacza? Ano, że dla przykładowego wzmacniacza np. 100W aż 40 W to energia zamieniana w ciepło. Dla mocy wzmacniacza rzędu 20W to już ok. 8W mocy, którą należy "wyprowadzić" ze struktury krzemowej układu. Dla wzmacniacza stereo ta wartość rzecz jasna dwukrotnie wzrasta. A że moc (co już pisałem wcześniej) jest ściśle powiązana z rozgrzewaniem się elementu, czyli wzrostem temperatury, znaczy to, że wzrasta temperatura wzmacniacza. Wiemy również (a przynajmniej wiedzieć powinniśmy), że żaden element elektroniczny nie może pozostawać sprawny przy wysokiej temperaturze. O ile rezystor zaczyna alarmować przez chociażby dymienie przegrzanej farby na nim, to tranzystor dopóki nie zostanie uszkodzona wewnętrzna struktura, nie daje widocznych oznak, że coś z nim jest nie tak - oczywiście grzeje się i parzy np. w palca, ale raczej "na oko" nic innego nie zauważymy. Temperatura, jaką wytrzymuje bez uszkodzenia typowy tranzystor mieści się w okolicach 150°C. Niestety - nie znaczy to jednak, że tranzystor rozgrzany do takiej temperatury może spokojnie pracować. Nie. To temperatura "krytyczna" i podawana dla braku wysterowania tranzystora. Jeśli tranzystor pracuje (szczególnie z sygnałem audio) i płynie przezeń prąd, ta temperatura musi być niższa. W innym wypadku, gdy prąd przekroczy określoną wartość (zdecydowanie mniejszy niż dla tranzystora chłodniejszego), tranzystor ulegnie uszkodzeniu. Chodzi o występujące ograniczenie dla prądu, z jakim dany tranzystor pracuje - im wyższa temperatura, tym ten prąd jest niższy. Jeśli jego wartość przekroczy określoną w DS wartość - tranzystor MUSI się uszkodzić. I tu mamy kolejne ograniczenie - dla układu wzmacniacza ta temperatura nie powinna przekraczać ok. 65°C - jeśli wzrośnie powyżej tej wartości albo w końcu zadziała zabezpieczenie wbudowane w strukturę wzmacniacza (strefa SOA), albo... wzmacniacz się spali.
Kolejnym czynnikiem wpływającym na wzrost temperatury struktury krzemowej jest coś, co oznaczamy symbolem Rth - oznacza on "Rezystancję termiczną", czyli nic innego jak zdolność przenoszenia ciepła przez dany element. Z fizyki poziomu szkoły podstawowej powinniśmy pamiętać eksperyment polegający na trzymaniem nad płomieniem prętów z miedzi i stali. Pręt miedziany nagrzewa się bardzo szybko i szybko okazuje się, że zaczyna nas parzyć. Pręt stalowy trzymany w takiej samej odległości od płomienia nagrzewa się również, ale znacznie wolniej. Żeby zaczął parzyć, musielibyśmy go trzymać nad płomieniem o wiele wiele dłużej. To właśnie jest przewodność cieplna, czyli odwrotność rezystancji termicznej. Miedź jest droga, znacznie droższa od aluminium (a przy tym aluminium mniejszą ma masę właściwą), więc zdecydowana większość radiatorów wykonywana jest z aluminium, które co prawda ma nieco większą oporność termiczną, ale niewiele większą i doskonale się nadaje do takich zastosowań.
Zaś wkładka radiatorowa (blaszka wystająca z układu scalonego lub tranzystora czy innego elementu elektronicznego), z uwagi na jej niewielką powierzchnię, musi być wykonana z miedzi - najczęściej galwanicznie pokrywanej niklem czy innym metalem odpornym na warunki atmosferyczne. Fajnie - mamy już wszystkie informacje, od czego zależy wzrost temperatury? Nie do końca. Pozostaje jeszcze jeden problem. Tym problemem jest konieczność odizolowania (elektrycznie) blaszki wkładki radiatorowej od radiatora, który w wypadku wzmacniacza mocy jest spory, a więc ma sporą masę i wymaga stabilnego mocowana do obudowy, gdyż w innym wypadku może wyrwać wyprowadzenia dokręconego doń elementu z płytki wzmacniacza i narobić bigosu z uszkodzeniem naszego wzmacniacza włącznie.
Aby odizolować element od radiatora, do którego jest mocowany, stosuje się podkładki izolacyjne; w zależności od konkretnych zastosowań to może być mika, folia poliamidowa lub inny materiał odporny na wysokie temperatury. Niestety - każdy taki izolator wprowadza dodatkową rezystancję termiczną - rezystancję złącza podkładka radiatorowa - radiator. W zależności od materiału tej podkładki i jej grubości rezystancja termiczna może być różna - od 1°C/W aż do kilku i więcej °C/W. Mało tego (wspominałem o tym wcześniej pośrednio - pisząc o radiatorze o dużej powierzchni lub radiatorze chłodzonym wentylatorem) - każdy profil (przekrój poprzeczny) radiatora i co oczywiste - jego długość również ma swoją rezystancję termiczną. I tak sumując po kolei wszystkie te rezystancje, może nam wyjść całkiem spora wartość. Przykładowo (podaję "z czapy" wartości - rzeczywiste wartości należy odszukać samodzielnie wśród danych podawanych przez producenta elementu, podkładki czy radiatora) rezystancja termiczna struktury wewnętrznej elementu niech wyniesie 4°C/W, podkładka to kolejne 2°C/W i sam radiator to powiedzmy 12°C/W - sumując te wartości otrzymujemy 18*C/W. Co to oznacza i jak należy obliczyć wzrost temperatury (a więc i zdolność oddawania ciepła do otoczenia) możemy tu: https://pl.wikipedia.org/wiki/Rezystancja_termiczna
I tak z pozornie błahego powodu robi nam się problem zdecydowanie większej wagi... W praktyce jednak nie jest aż tak źle - po pierwsze wzmacniacze audio NIGDY nie oddają stałej w czasie mocy. Tak jak i sygnał muzyczny nie jest stały w czasie, tak i temperatura nie osiągnie tak wielkich wartości - liczy się średnia wartość mocy, a ta może być różna nawet w zależności od konkretnego nagrania tego samego kawałka. Można przyjąć więc, że średnia moc nie przekroczy ok. 40-60% mocy maksymalnej wzmacniacza, a co za tym idzie zmniejsza się również tak samo i moc strat, a to już powoduje że możemy odetchnąć, bo okazać się może, że wielkość radiatora przyjmie akceptowalne wartości.
Przykładowo dla dwóch układów LM 3886 z mocą maksymalną (w szczycie impulsu sygnału) oddawaną do obciążenia 15W w każdym z kanałów i podkładek z cienkiej miki obustronnie posmarowanych cienką warstwą smaru termoprzewodzącego, dokręconych do radiatora o profilu A5724 produkowanego przez zakład w Kętach wystarcza radiator długości 40 mm. Owszem - wymaga nieograniczonego obudową dostępu do powietrza z zewnątrz obudowy, ale w porównaniu do mocy maksymalnej ciągłej... No, jest to zdecydowanie mniejsza wartość.
A po co stosuje się smar termoprzewodzący?
Proste: ale wymaga jednak zrozumienia starej prawdy, że ideał nie istnieje. Tak jak nie istnieje idealnie płaska powierzchnia radiatora - chociażby drobne bruzdy wynikające z samej produkcji (otarcia) powodują, że idealnego styku nie ma. W zależności od dokładności powierzchni radiatora, a nawet wkładki radiatorowej samego elementu może się okazać, że wyliczona wartość sumaryczna Rth wypadnie większa. Czemu? Bo w szczelinach znajdzie się powietrze, a to jak wiadomo niezbyt chętnie przenosi ciepło. I właśnie doszliśmy do meritum - nawet cienka warstwa pasty wnika w te szczeliny i je wypełnia likwidując "bąbelki" powietrza i tym samym poprawiając Rth - pasta, jak sama nazwa wskazuje, ma za zadanie przenosić ciepło i co prawda posiada określoną oporność termiczną, ale duuuużo mniejszą niż powietrze.
Przy okazji chciałbym od razu zaznaczyć, że w zupełności wystarczy pasta silikonowa typu "H" produkcji AG. Wynalazki typu "płynny metal" itp. pozostawmy komputerowcom.
Tak więc - na początku warto liczyć. Później wraz ze zdobywaniem doświadczenia i praktyki, może się okazać, że wystarczy to, co obliczymy "na oko", uwzględniając zdobytą w czasie wiedzę.
A nam z tematu o LM 3886 zrobił się artykuł o obliczaniu wielkości radiatora...
Wracając na koniec do tematu powiem, że jednym z powodów dobrego brzmienia LM'a z serii "Overture" jest stosunkowo wysoki prąd spoczynkowy - wynosi on bowiem aż ok. 100mA - czy to błąd konstrukcyjny, czy może zamierzone działanie? Inna przyczyna to prostota aplikacji i przemyślenie wpływu wartości tolerancji użytych elementów na końcowy efekt. Moim zdaniem to wszystko rzutuje na brzmienie LM 3886, a to (potwierdzam za producentem i setkach użytkowników sprzętu z tą końcówką) jest naprawdę godne polecenia.
Czekam na Wasze odpowiedzi - powiem tylko, że w powyższym artykule zawarłem podpowiedź.
Podsumowując - LM 3886 to wspaniały układ wzmacniacza mocy o prostej aplikacji, a mimo to osiągający naprawdę dobre parametry - w tym szeroki zakres napięć zasilania (od ok. +/- 12V aż do prawie +/-40V), dobre parametry impulsowe, duży maksymalny prąd wyjściowy i wbudowany układ zabezpieczeń, w tym zabezpieczenie przed zbyt małym napięciem zasilania (wycisza sygnał), zabezpieczenie przed zbyt dużym prądem wyjściowym (ogranicza sygnał do bezpiecznej wartości prądu), zabezpieczenie termiczne itp. ponadto stosunkowo duża moc wyjściowa (do max 68W przy określonych warunkach zasilania i chodzenia!) i niskie zniekształcenia. O brzmieniu pisałem na początku - jest naprawdę świetne/naturalne.
Czy warto zainteresować się tym układem? Jeśli tego jeszcze nie zrobiłeś - warto.
Ze swej strony polecam z całkowitą odpowiedzialnością. O ile tylko będziesz przestrzegać warunków z DS i tu podanych - na pewno będziesz zadowolony.
*napisałem "powinno być" nie bez przyczyny; jest bowiem możliwość (po niewielkich przeróbkach) zastosowania zasilania pojedynczego, ale nie jest to korzystne dla osiągniętych parametrów takiej aplikacji. Dlaczego? To kolejne pytanie do Was. Czekam na odpowiedzi.
P.S. Jak zwykle artykuł jest dedykowany dla "Młodych Zdolnych" - adeptów elektroniki audio. Celowo pewne rzeczy uprościłem i pominąłem pewne kwestie, by nie zawalić Was zbyt dużą dawką wiedzy na jeden raz. Na dokładniejsze zrozumienie przyjdzie czas - wraz ze" wzrostem apetytu", który jak wiadomo "rośnie w miarę jedzenia".
W odpowiednim momencie Waszego zaawansowania sami znajdziecie odpowiedzi.
Życzę Wam tego z całego serca.
Pozdrawiam serdecznie.
Pierwszym, z jakim miałem do czynienia był polski wzmacniacz scalony o oszałamiającej mocy 5W, a był to UL1405 w obudowie podobnej do TO3 (czyli takiej jak inna legenda, np, 2N3055 czy też KD 502, tyle że z większą ilością nóżek). Układ zdobyty wówczas z niemałym trudem w jednym ze sklepów z częściami elektronicznymi na warszawskiej Pradze. Byłem wtedy małym gnojkiem i te 5W wydawało mi się ogromną mocą - szczególnie w porównaniu do wzmacniaczy lampowych z Bambino i większości ówczesnych radioodbiorników.
Podstawowa zaleta (przynajmniej dla mnie - wtedy adepta elektroniki) takiego scalaka to pojedyncze napięcie zasilania i jego stosunkowo niska wartość (w porównaniu do napięcia anodowego z lampowych konstrukcji). Szybko wziąłem się do roboty i zaopatrzony w cienki pędzelek, lakier "Wilbra" i kawałek papierowo-fenolowego laminatu zacząłem malować rysunek ścieżek - oczywiście nie było wówczas żadnych komputerów z odpowiednimi programami, więc zmuszony byłem "zerżnąć" projekt ścieżek z jakiejś noty katalogowej znalezionej w czasopiśmie elektronicznym.
Koniec końców udało się tak zrobioną płytkę wytrawić i nawet powiercić (tu kolejna ciekawostka - igłą do szycia z odłamanym w połowie "oczkiem" - bo wierteł poniżej 2,5mm dostać wówczas nie szło za bardzo...
Wreszcie tak wykonana płytka została "uzbrojona" w elementy (pamiętam, że rezystory kupowałem po 50 gr za sztukę -
kilogramowy bochenek chleba kosztował wtedy coś ok. 4 zł, więc można sobie porównać) i uruchomić. Coś tam grało, to fakt. Nawet solidnie zatrzęsło membraną "dyżurnego" szerokopasmowego głośnika GD 31,5/21.5 (5W 8 omów), ale... od razu coś mi w tym brzmieniu nie pasowało. Przyzwyczajony byłem do słuchania wzmacniaczy lampowych i nie słyszałem wtedy jeszcze o harmonicznych, że są parzyste i nieparzyste i że to one w znacznym stopniu kształtują to brzmienie, dodając do muzyki "smaczku".
W każdym razie wzmacniacz ten mnie rozczarował i skończył wkrótce na półce z różnymi "przydasiami", by wkrótce stać się dawcą części...
Tyle historii (mojej) związanej z pierwszymi scalonymi układami wzmacniaczy mocy.
A dziś? Na pewno wybór zdecydowanie się powiększył; można wybierać, co się lubi - czy to w oparciu o moc czy brzmienie... No właśnie - BRZMIENIE. Jakieś 30 lat temu (nigdy nie przykładałem wagi do upływu czasu, więc proszę mi wybaczyć, jeśli się mylę), szukając układu o stosunkowo dużej mocy natrafiłem na recenzje układu TDA 7294 - chyba znanego każdemu elektronikowi stawiającemu pierwsze kroki w dziedzinie audio. Kostka ta wtedy miała dość dobre recenzje - szczególnie ze względu na dużą moc (ok. 65W) i stosunkowo prostą aplikację, a szczególnie ze względu na skuteczne (chociaż mało "eleganckie" w działaniu - zniekształcenia) układy wbudowanych zabezpieczeń. Nabyłem kilka sztuk i stosunkowo szybko (wtedy miałem już jakąś "namiastkę" komputera z wgranym z dyskietki programem EAGLE - jakaś pierwsza wersja) powstała płytka.
Przyznam się, że TDA mnie "kupił" od pierwszego "odpalenia" - brzmienie w miarę czyste (potem się okazało czemu "w miarę") i "potężne" (60W) co było ogromną zaletą - niewielka płytka (z czasem nawet jeszcze pomniejszona, gdy dopracowałem rozstaw elementów).
Wtedy już miałem w planach coś w rodzaju wieży DiY zbliżonej wielkością do serii Kasprzakowskich "klocków" z serii 8000, a więc stosunkowo niewielkiej obudowy, bo tylko 30 cm szerokości i 4,4 cm wysokości, więc każdy cm3 zajmowanej objętości był cenny.
Wzmacniacz w każdym razie powstał i ładnych kilka lat służył mi dzielnie umilając pracę nad kolejnymi projektami, naprawami i co tam jeszcze zajmowało mi czas "po pracy". Po jakimś czasie mój Kolega (często bywał u mnie przy okazji omawiania jakichś projektów i ich wykonania) zasugerował mi, żebym poeksperymentował z innym układem scalonym - LM 3886 właśnie, który szybko zaczął być wychwalany za brzmienie i ogólnie za jakość dźwięku jaką "produkował".
Przyznam się, że początkowo miałem sceptyczne nastawienie co do tej kości - bo wiadomo jak bywa - często ważniejszą oceną od rzeczywistych parametrów była "fama" układu rozpowszechniona przez wszelkiej maści audiofili. W końcu jednak się przełamałem i na zdobytej na Wolumenie (słynny Warszawski bazar elektroniki) kości złożyłem wzmacniacz, zacząłem go testować i... wstyd przyznać, ale moje wcześniejsze fascynacje dotyczące TDA zaczęły topnieć.
Ponieważ miałem już gotowy wzmacniacz (wzorowany na 8000), a w nim już siedziała końcówka na TDA, postanowiłem spróbować w jego miejsce zaimplementować wzmacniacz na LM 3886 - co okazało się dość proste, ponieważ aplikacja LM okazała się jeszcze prostsza od tej dla TDA.
Tak czy inaczej powstała taka konstrukcja, która pasowała w miejsce wcześniejszej wręcz idealnie: wystarczyło odkręcić cztery (!) śrubki, przepiąć wtyczki sygnałowe i już. I już zacząć porównania, a te wyszły wręcz rewelacyjnie! Od pierwszego momentu LM 3886 ujął mnie swoim miękkim naturalnym brzmieniem - szybko można było wyczuć różnicę w braku tej "chropowatości", jaką miał TDA w zakresie najwyższych częstotliwości. I nice chcę tu być postrzegany jak kolejny Audio-oszołom kreujący swoje zdanie w oparciu o legendy - za stary już wtedy byłem, by podlegać szczenięcym fascynacjom i legendom audiofolskim. Ponadto wiele lat pracowałem ("na zlecenie") z muzykami czy to na scenie, czy w studio podczas realizacji nagrań, więc miałem wyrobiony słuch na tyle, by się nie sugerować w ocenie mitami.
Ponieważ LM 3886 okazał się w eksploatacji wzmacniaczem spełniającym moje (i chyba nie tylko moje) wymagania, powstało kilka wersji dla wykorzystania w kolejnych projektach dla "krewnych i znajomych królika", jakby to powiedział Kubuś Puchatek.
Wszyscy, którzy zamówili wzmacniacz byli zadowoleni i z tego co wiem - przestali szukać czegoś lepszego - i jakoś się nie dziwię, to naprawdę bardzo fajnie brzmiący wzmacniacz. A ponieważ jest możliwa jego praca z różnymi mocami (w zależności od napięcia zasilania i oporności obciążenia), łatwo jest dobrać konkretną aplikację do wymagań. Pierwszy wzmacniacz na LM 3886, jaki zrobiłem (to ten, w którym pierwotnie była końcówka na TDA 7294) miał aż (wierzcie mi - to naprawdę dużo!) 2x60W na obciążeniu 8 omów, ale ponieważ przeprowadziłem się do mniejszego (koszty... ) mieszkania, powstała wersja o mocno zmniejszonej mocy (2x15 W / 8 omów) i mimo, że pracuję w pokoju o powierzchni zbliżonej do poprzedniego (gdzie jeszcze stał wzmacniacz 2x60 W), to na brak mocy nie narzekam. Może to dlatego, że z wiekiem przestało mnie podniecać drżenie mebli w takt muzyki, może zacząłem doceniać MUZYKĘ, a nie hałas - nie wiem. Wiem jednak, że nawet gdy trafi mi się ochota na naprawdę MOCNE UDERZENIE - to i tak te skromne 2x 15W daje spokojnie radę zaspokoić mój apetyt.
No fajnie, a co z tym brzmieniem? Czy naprawdę kostka LM 3886 zasługuje na takie wyróżnienie, by ją polecać każdemu, kto chce mieć dobry wzmacniacz DiY za stosunkowo niewielkie pieniądze?
Moim zdaniem tak.
Po pierwsze dlatego, że naprawdę jest to wzmacniacz najbardziej "przezroczysty" z tych, jakie miałem okazję testować (a było tego naprawdę dużo). Po drugie - to, co już pisałem - jest to wzmacniacz na tyle elastyczny, by bez problemów można było dopasować go do konkretnych warunków eksploatacji (zapotrzebowanie na moc i obciążenie od 4 omów wzwyż) poprzez proste dopasowanie mocy zasilacza i napięcia, jakim zasilamy wzmacniacz. I to bez żadnych zmian w samej aplikacji końcówki mocy (no, może nie do końca - dla niskich napięć zasilania można zastosować kondensatory na mniejsze napięcie pracy).
Brzmienie końcówki jest naprawdę bardzo dobre - można zadowolić nawet wybrednego melomana (oczywiście, o ile wzmacniacz zostanie podłączony do odpowiednio dobrych kolumn). Dla nieco bardziej zaawansowanego konstruktora nie stanowi problemu jego wykonanie, dla tych nieco mniej zaawansowanych ("Młodych Zdolnych") tylko jeden element wypadałoby opisać dokładniej - chodzi o widoczny na schemacie element indukcyjny włączony w szereg z wyjściem na głośnik. To cewka będąca istotnym elementem układu Zobla - układu zabezpieczającego wzmacniacz przed wzbudzeniem się w połączeniu z wyjątkowo "trudnym" (dla wzmacniacza) obciążeniem. Trzeba ten element wykonać samodzielnie, co wcale nie jest tak trudne zresztą. Musimy tylko zdobyć około 2 metrów drutu nawojowego średnicy ok. 1mm (raczej nie większej, bo wyjdzie duża wielkość i nie cieńszym - około 0,8mm średnicy) rezystor ok. 10 omów o mocy ok. 2W (moc może być ciut większa, byle długość rezystora mieściła się w miejscu na ten element na płytce) i wiertło lub inny pręt o średnicy większej od średnicy rezystora, jaki mamy - niewiele większej od rezystora średnicy). Na wiertle nawijamy zwój przy zwoju cewkę, której długość powinna być odrobinę krótsza od długości rezystora. Zsuwamy cewkę z wiertła, skrobiemy emalię na końcówkach, aby można było łatwo je pocynować i zakładamy na rezystor. Odizolowane końcówki rezystora należy owinąć wokół otworów na płytce (odgiętych wcześniej na odpowiedni rozstaw) i lutujemy wyprowadzenia z końcówkami rezystora. Nie należy przesadzać z ilością owinięć na wyprowadzeniach rezystora - wystarczy nawet 1 zwój, ważne by cyna dobrze się rozlała na odizolowanej powierzchni drutu łącząc się z końcówkami rezystora. Tak wykonany element można uznać za wystarczający do założeń. Tak naprawdę to rezystor służy w zasadzie tylko jako "korpus" dla uzwojenia cewki. Jego oporność niezbyt silnie wpływa na dobroć tak wykonanego dwójnika, ale za to utrzymuje nawój cewki, co pomaga w jej montażu. Podobnie indukcyjność samej cewki - w praktyce dla średnicy wewnętrznej cewki ok. 5-6mm wystarcza kilkanaście zwojów.
Przykładowa cewka z rezystorem wewnątrz:
Ponieważ ten element nie wpływa na pasmo akustyczne wzmacniacza, za to spełnia rolę zabezpieczenia przed wzbudzaniem się końcówki na bardzo wysokich częstotliwościach w wypadku, gdy podłączona kolumna ma skomplikowaną (rozbudowaną) zwrotnicę bierną, nie wpływa na samo pasmo audio. Układ Zobla (czyli cewka z rezystorem plus szeregowo połączony rezystor z kondensatorem 0,1uF czyli R6 i C8)pełni więc ważną rolę - zabezpieczając zarówno samą końcówkę, jak i głośnik wysokotonowy przed ewentualnym wzbudzeniem. Takie wzbudzenie mogą powodować pojemności i indukcyjności zwrotnicy, które w pewnych wypadkach mogą generować samoistne bardzo wysokie częstotliwości (wzbudzenie właśnie) stopnia mocy wzmacniacza - szczególnie, jeśli współpracują te elementy ze wzmacniaczem mocy o szerokim pasmie przenoszenia. Przykładowo - TDA 7294 takiej cewki nie wymaga...
A teraz najważniejsze - zasilanie.
Zasilanie LM 3886 powinno być* symetryczne. Co to oznacza? Ano to, że wzmacniacz jest zasilany tak naprawdę dwoma napięciami o takich samych wartościach, ale o innych znakach (polaryzacji). W zależności od wymagań wartości tych napięć mogą być różne - przykładowo dla wzmacniacza mocy rzędu ok. 20W na obciążeniu 8 omów to ok. +25V i -25V (przy braku wysterowania sygnałem wzmacniacza). Dla wyższych mocy polecam zerknąć do danych znajdujących się w Data Sheet (karcie katalogowej) tego układu.
Jednocześnie ostrzegam przed zbyt optymistycznym podejściem do zawartych w nim danych dotyczących mocy. Owszem, ta kostka jest w stanie wyprodukować nawet 68W mocy elektrycznej na wyjściu, ale... ale tylko w idealnych warunkach i przy określonych zniekształceniach. Jakie są pozostałe warunki? Przede wszystkim chłodzenie - dla takich mocy wymagane jest chłodzenie niezwykle skuteczne - albo więc duży i z grubą podstawą radiator (ta część, do której przykręca się element wymagający chłodzenia) o dużej powierzchni (czyli ciężki i wielki - zajmujący dużo miejsca na np. tylnej płycie), albo radiator ze wspomaganiem (wentylator). Przy czym i w tym wypadku należy się liczyć z komplikacją w postaci hałasu, jaki emituje wentylator. Niby można dostać wentylatory "super ciche", ale to przeważnie jest chwyt reklamowy - owszem, takie wentylatory hałasują mniej, ale... kosztem wydajności (ilości powietrza, jakim dmuchają) - szczególnie ważne jest to, gdy wentylator taki ma pracować w trudnych warunkach - wymagających wytworzenia odpowiednio dużego ciśnienia przepuszczanego przez radiator. Aby sobie uzmysłowić, o czym mówię, wystarczy stanąć przed jakimkolwiek wentylatorem - podczas jego pracy łatwo wyczujemy, że na nas dmucha. A teraz między wentylatorem a nami powieśmy jakąś siateczkę np. płachtę tiulu. Od razu odczujemy różnicę - co prawda nadal wyczuwamy powiew powietrza, ale zdecydowanie mniej intensywny.
Podobny efekt zachodzi, gdy np. wentylator ma dmuchać na żeberka radiatora, a szczególnie, gdy radiator zabudowany jest wewnątrz obudowy lub radiator ma gęsto rozmieszczone żeberka. Takie warunki wymuszają stosowania wentylatora o większej mocy, a więc i głośniejszego... A czy chcemy się delektować szumem wentylatora czy muzyką ulubionego kawałka...?
No fajnie. Wiemy już, że radiator musi być odpowiedni do traconej mocy, ale skąd ta moc się bierze? Co powoduje grzanie się wzmacniacza?
Zacznijmy od początku: stopnień końcowy wzmacniacza mocy stanowią tranzystory mocy - to one są najbardziej odpowiedzialne za wzrost temperatury/grzanie się wzmacniacza. Dlaczego się grzeją? Tranzystor w układzie audio musi pracować w odpowiednich warunkach - oznacza to w tym wypadku to, że musi być on "częściowo otwarty" - ponieważ tranzystor w tym zakresie (od całkowitego "zamknięcia" do jakiejś niewielkiej wartości "przepuszczanego" sygnału) jest nieliniowy - zmiany napięcia na jego wejściu (bazie w wypadku tranzystorów bipolarnych) nie powodują idealnie adekwatnych zmian na jego "wyjściu". Innymi słowy powstają wówczas silne zniekształcenia. Jak temu zapobiec? Ano właśnie powodując częściowe "otwarcie" tranzystorów - to zadanie spełnia układ formujący tzw. "Prąd spoczynkowy" - prąd ten częściowo "otwiera" tranzystory mocy niezależnie od tego, czy na wejściu wzmacniacza jest podawany sygnał czy nie, a więc powoduje wydzielanie mocy. A moc jest powiązana z wydzielaniem ciepła...Zyskujemy w ten sposób to, że tranzystory mocy zaczynają pracować (dla sygnału audio) w zakresie liniowej charakterystyki tychże tranzystorów, a więc zniekształcenia nie występują. To jednak nie wszystko. Straty występują również, gdy tranzystory pracują (gdy do wzmacniacza jest doprowadzany sygnał audio) i to zależne od wielkości tegoż sygnału. Przyjmuje się, że wzmacniacze klasy AB (czyli takiej w jakiej jest realizowany wzmacniacz LM 3886) generują ok. 40% strat. Co to oznacza? Ano, że dla przykładowego wzmacniacza np. 100W aż 40 W to energia zamieniana w ciepło. Dla mocy wzmacniacza rzędu 20W to już ok. 8W mocy, którą należy "wyprowadzić" ze struktury krzemowej układu. Dla wzmacniacza stereo ta wartość rzecz jasna dwukrotnie wzrasta. A że moc (co już pisałem wcześniej) jest ściśle powiązana z rozgrzewaniem się elementu, czyli wzrostem temperatury, znaczy to, że wzrasta temperatura wzmacniacza. Wiemy również (a przynajmniej wiedzieć powinniśmy), że żaden element elektroniczny nie może pozostawać sprawny przy wysokiej temperaturze. O ile rezystor zaczyna alarmować przez chociażby dymienie przegrzanej farby na nim, to tranzystor dopóki nie zostanie uszkodzona wewnętrzna struktura, nie daje widocznych oznak, że coś z nim jest nie tak - oczywiście grzeje się i parzy np. w palca, ale raczej "na oko" nic innego nie zauważymy. Temperatura, jaką wytrzymuje bez uszkodzenia typowy tranzystor mieści się w okolicach 150°C. Niestety - nie znaczy to jednak, że tranzystor rozgrzany do takiej temperatury może spokojnie pracować. Nie. To temperatura "krytyczna" i podawana dla braku wysterowania tranzystora. Jeśli tranzystor pracuje (szczególnie z sygnałem audio) i płynie przezeń prąd, ta temperatura musi być niższa. W innym wypadku, gdy prąd przekroczy określoną wartość (zdecydowanie mniejszy niż dla tranzystora chłodniejszego), tranzystor ulegnie uszkodzeniu. Chodzi o występujące ograniczenie dla prądu, z jakim dany tranzystor pracuje - im wyższa temperatura, tym ten prąd jest niższy. Jeśli jego wartość przekroczy określoną w DS wartość - tranzystor MUSI się uszkodzić. I tu mamy kolejne ograniczenie - dla układu wzmacniacza ta temperatura nie powinna przekraczać ok. 65°C - jeśli wzrośnie powyżej tej wartości albo w końcu zadziała zabezpieczenie wbudowane w strukturę wzmacniacza (strefa SOA), albo... wzmacniacz się spali.
Kolejnym czynnikiem wpływającym na wzrost temperatury struktury krzemowej jest coś, co oznaczamy symbolem Rth - oznacza on "Rezystancję termiczną", czyli nic innego jak zdolność przenoszenia ciepła przez dany element. Z fizyki poziomu szkoły podstawowej powinniśmy pamiętać eksperyment polegający na trzymaniem nad płomieniem prętów z miedzi i stali. Pręt miedziany nagrzewa się bardzo szybko i szybko okazuje się, że zaczyna nas parzyć. Pręt stalowy trzymany w takiej samej odległości od płomienia nagrzewa się również, ale znacznie wolniej. Żeby zaczął parzyć, musielibyśmy go trzymać nad płomieniem o wiele wiele dłużej. To właśnie jest przewodność cieplna, czyli odwrotność rezystancji termicznej. Miedź jest droga, znacznie droższa od aluminium (a przy tym aluminium mniejszą ma masę właściwą), więc zdecydowana większość radiatorów wykonywana jest z aluminium, które co prawda ma nieco większą oporność termiczną, ale niewiele większą i doskonale się nadaje do takich zastosowań.
Zaś wkładka radiatorowa (blaszka wystająca z układu scalonego lub tranzystora czy innego elementu elektronicznego), z uwagi na jej niewielką powierzchnię, musi być wykonana z miedzi - najczęściej galwanicznie pokrywanej niklem czy innym metalem odpornym na warunki atmosferyczne. Fajnie - mamy już wszystkie informacje, od czego zależy wzrost temperatury? Nie do końca. Pozostaje jeszcze jeden problem. Tym problemem jest konieczność odizolowania (elektrycznie) blaszki wkładki radiatorowej od radiatora, który w wypadku wzmacniacza mocy jest spory, a więc ma sporą masę i wymaga stabilnego mocowana do obudowy, gdyż w innym wypadku może wyrwać wyprowadzenia dokręconego doń elementu z płytki wzmacniacza i narobić bigosu z uszkodzeniem naszego wzmacniacza włącznie.
Aby odizolować element od radiatora, do którego jest mocowany, stosuje się podkładki izolacyjne; w zależności od konkretnych zastosowań to może być mika, folia poliamidowa lub inny materiał odporny na wysokie temperatury. Niestety - każdy taki izolator wprowadza dodatkową rezystancję termiczną - rezystancję złącza podkładka radiatorowa - radiator. W zależności od materiału tej podkładki i jej grubości rezystancja termiczna może być różna - od 1°C/W aż do kilku i więcej °C/W. Mało tego (wspominałem o tym wcześniej pośrednio - pisząc o radiatorze o dużej powierzchni lub radiatorze chłodzonym wentylatorem) - każdy profil (przekrój poprzeczny) radiatora i co oczywiste - jego długość również ma swoją rezystancję termiczną. I tak sumując po kolei wszystkie te rezystancje, może nam wyjść całkiem spora wartość. Przykładowo (podaję "z czapy" wartości - rzeczywiste wartości należy odszukać samodzielnie wśród danych podawanych przez producenta elementu, podkładki czy radiatora) rezystancja termiczna struktury wewnętrznej elementu niech wyniesie 4°C/W, podkładka to kolejne 2°C/W i sam radiator to powiedzmy 12°C/W - sumując te wartości otrzymujemy 18*C/W. Co to oznacza i jak należy obliczyć wzrost temperatury (a więc i zdolność oddawania ciepła do otoczenia) możemy tu: https://pl.wikipedia.org/wiki/Rezystancja_termiczna
I tak z pozornie błahego powodu robi nam się problem zdecydowanie większej wagi... W praktyce jednak nie jest aż tak źle - po pierwsze wzmacniacze audio NIGDY nie oddają stałej w czasie mocy. Tak jak i sygnał muzyczny nie jest stały w czasie, tak i temperatura nie osiągnie tak wielkich wartości - liczy się średnia wartość mocy, a ta może być różna nawet w zależności od konkretnego nagrania tego samego kawałka. Można przyjąć więc, że średnia moc nie przekroczy ok. 40-60% mocy maksymalnej wzmacniacza, a co za tym idzie zmniejsza się również tak samo i moc strat, a to już powoduje że możemy odetchnąć, bo okazać się może, że wielkość radiatora przyjmie akceptowalne wartości.
Przykładowo dla dwóch układów LM 3886 z mocą maksymalną (w szczycie impulsu sygnału) oddawaną do obciążenia 15W w każdym z kanałów i podkładek z cienkiej miki obustronnie posmarowanych cienką warstwą smaru termoprzewodzącego, dokręconych do radiatora o profilu A5724 produkowanego przez zakład w Kętach wystarcza radiator długości 40 mm. Owszem - wymaga nieograniczonego obudową dostępu do powietrza z zewnątrz obudowy, ale w porównaniu do mocy maksymalnej ciągłej... No, jest to zdecydowanie mniejsza wartość.
A po co stosuje się smar termoprzewodzący?
Proste: ale wymaga jednak zrozumienia starej prawdy, że ideał nie istnieje. Tak jak nie istnieje idealnie płaska powierzchnia radiatora - chociażby drobne bruzdy wynikające z samej produkcji (otarcia) powodują, że idealnego styku nie ma. W zależności od dokładności powierzchni radiatora, a nawet wkładki radiatorowej samego elementu może się okazać, że wyliczona wartość sumaryczna Rth wypadnie większa. Czemu? Bo w szczelinach znajdzie się powietrze, a to jak wiadomo niezbyt chętnie przenosi ciepło. I właśnie doszliśmy do meritum - nawet cienka warstwa pasty wnika w te szczeliny i je wypełnia likwidując "bąbelki" powietrza i tym samym poprawiając Rth - pasta, jak sama nazwa wskazuje, ma za zadanie przenosić ciepło i co prawda posiada określoną oporność termiczną, ale duuuużo mniejszą niż powietrze.
Przy okazji chciałbym od razu zaznaczyć, że w zupełności wystarczy pasta silikonowa typu "H" produkcji AG. Wynalazki typu "płynny metal" itp. pozostawmy komputerowcom.
Tak więc - na początku warto liczyć. Później wraz ze zdobywaniem doświadczenia i praktyki, może się okazać, że wystarczy to, co obliczymy "na oko", uwzględniając zdobytą w czasie wiedzę.
A nam z tematu o LM 3886 zrobił się artykuł o obliczaniu wielkości radiatora...
Wracając na koniec do tematu powiem, że jednym z powodów dobrego brzmienia LM'a z serii "Overture" jest stosunkowo wysoki prąd spoczynkowy - wynosi on bowiem aż ok. 100mA - czy to błąd konstrukcyjny, czy może zamierzone działanie? Inna przyczyna to prostota aplikacji i przemyślenie wpływu wartości tolerancji użytych elementów na końcowy efekt. Moim zdaniem to wszystko rzutuje na brzmienie LM 3886, a to (potwierdzam za producentem i setkach użytkowników sprzętu z tą końcówką) jest naprawdę godne polecenia.
Czekam na Wasze odpowiedzi - powiem tylko, że w powyższym artykule zawarłem podpowiedź.
Podsumowując - LM 3886 to wspaniały układ wzmacniacza mocy o prostej aplikacji, a mimo to osiągający naprawdę dobre parametry - w tym szeroki zakres napięć zasilania (od ok. +/- 12V aż do prawie +/-40V), dobre parametry impulsowe, duży maksymalny prąd wyjściowy i wbudowany układ zabezpieczeń, w tym zabezpieczenie przed zbyt małym napięciem zasilania (wycisza sygnał), zabezpieczenie przed zbyt dużym prądem wyjściowym (ogranicza sygnał do bezpiecznej wartości prądu), zabezpieczenie termiczne itp. ponadto stosunkowo duża moc wyjściowa (do max 68W przy określonych warunkach zasilania i chodzenia!) i niskie zniekształcenia. O brzmieniu pisałem na początku - jest naprawdę świetne/naturalne.
Czy warto zainteresować się tym układem? Jeśli tego jeszcze nie zrobiłeś - warto.
Ze swej strony polecam z całkowitą odpowiedzialnością. O ile tylko będziesz przestrzegać warunków z DS i tu podanych - na pewno będziesz zadowolony.
*napisałem "powinno być" nie bez przyczyny; jest bowiem możliwość (po niewielkich przeróbkach) zastosowania zasilania pojedynczego, ale nie jest to korzystne dla osiągniętych parametrów takiej aplikacji. Dlaczego? To kolejne pytanie do Was. Czekam na odpowiedzi.
P.S. Jak zwykle artykuł jest dedykowany dla "Młodych Zdolnych" - adeptów elektroniki audio. Celowo pewne rzeczy uprościłem i pominąłem pewne kwestie, by nie zawalić Was zbyt dużą dawką wiedzy na jeden raz. Na dokładniejsze zrozumienie przyjdzie czas - wraz ze" wzrostem apetytu", który jak wiadomo "rośnie w miarę jedzenia".
W odpowiednim momencie Waszego zaawansowania sami znajdziecie odpowiedzi.
Życzę Wam tego z całego serca.
Pozdrawiam serdecznie.
Fajne? Ranking DIY
