Усилитель на LM386 — для наушников и не только

LM386 — усилитель мощности для батарейной техники. По даташиту Texas Instruments питание 4–12 В (версии -1 и -3) или 5–18 В (версия -4), внутреннее усиление 20 (26 дБ). С конденсатором 10 мкФ между выводами 1 и 8 усиление доходит до 200 (46 дБ).

Выходная мощность у версии -1 при 6 В на нагрузке 8 Ом и искажениях 10 % — не менее 250 мВт, типовая 325 мВт.

Для наушников такой мощности с избытком: мощность в десять милливатт даёт на сопротивлении 32 Ом всего 0,57 В действующего. Поэтому перед входом ставят регулятор громкости, а громкость выбирают с учётом защиты слуха.

LM386 любят за минимум внешних деталей: он работает от батарейки и не требует наладки. Схема собирается за вечер.

Ниже — параметры по версиям, схема включения, расчёт для наушников, безопасная громкость и типовые ошибки монтажа.

Что умеет микросхема

Значения — из даташита TI (редакция SNAS545D, август 2023). В таблице указано, какое число минимальное (мин.), типовое (тип.) или максимальное (макс.), и при каких условиях оно измерено.

Параметр	Значение
Ток покоя (6 В, без сигнала)	4 мА тип., 8 мА макс.
Усиление без внешних деталей (6 В, 1 кГц)	26 дБ (20) тип.
Усиление с 10 мкФ между выводами 1 и 8	46 дБ (200) тип.
Полоса (6 В, выводы 1 и 8 разомкнуты)	300 кГц тип.
Входное сопротивление	50 кОм тип.
Коэффициент гармоник (6 В, 8 Ом, 125 мВт, 1 кГц)	0,2 % тип.
Подавление пульсаций питания (6 В, 1 кГц, на выводе 7 — 10 мкФ)	50 дБ тип.
Сопротивление нагрузки (динамик)	не менее 4 Ом

Выходной сигнал смещён автоматически на половину напряжения питания, входы заземлены по постоянному току через 50 кОм.

Версии: питание и мощность

Предельные и рабочие условия различаются у версий, поэтому цифры выходной мощности нужно читать вместе с напряжением питания и нагрузкой. Мощность дана при искажениях 10 %.

Версия	Рабочее питание	Выходная мощность
LM386N-1, LM386M-1, LM386MM-1	4–12 В	6 В, 8 Ом: 250 мВт мин., 325 мВт тип.
LM386N-3	4–12 В	9 В, 8 Ом: 500 мВт мин., 700 мВт тип.
LM386N-4	5–18 В	16 В, 32 Ом: 700 мВт мин., 1000 мВт тип.

Предельное напряжение питания (то, чего превышать нельзя): 15 В для версий -1 и -3, 22 В для версии -4. Батарейка 9 В подходит любой версии.

Тип корпуса — 8 выводов: DIP, SOIC или MSOP.

Схема

Выводы: 2 и 3 — входы (инвертирующий и неинвертирующий), 4 — общий провод, 5 — выход, 6 — питание, 1 и 8 — регулировка усиления, 7 — Bypass (развязка внутреннего делителя питания).

Схема из даташита (рис. 9-1) — минимальный вариант с усилением 20. Для наушников или маленькой колонки этого обычно достаточно: сигнал телефона или плеера даёт нормальную громкость без перегрузки.

• 
  Вход.C1 убирает постоянную составляющую перед неинвертирующим входом (вывод 3). Входное сопротивление около 50 кОм (тип.) не нагружает линейный выход плеера.
• 
  Усиление.Без деталей между выводами 1 и 8 оно равно 20. Конденсатор между ними поднимает его до 200; резистор, включённый последовательно с конденсатором, задаёт любое значение от 20 до 200.
• 
  Bypass.Конденсатор C2 10 мкФ на выводе 7 снижает фон и пульсации питания; по даташиту подавление пульсаций 50 дБ (тип.) измерено именно с ним.
• 
  Выход.C3 отделяет постоянную составляющую (около половины питания) от нагрузки. Цепочка R1–C4 (10 Ом и 0,05 мкФ по даташиту; ближайший стандартный номинал — 0,047 мкФ) гасит возможное самовозбуждение на высокой частоте.

При усилении выше 20 даташит требует блокировать неиспользуемый вход: конденсатором 0,1 мкФ или замыканием на землю. Усилитель скомпенсирован только для усиления больше 9. Поэтому в цепочку RC между выводами 1 и 5 (подъём баса) берут резистор не меньше 10 кОм при разомкнутом выводе 8.

Если выводы 1 и 8 соединены через конденсатор, допустим резистор от 2 кОм.

Расчёт для наушников

Мощность на нагрузке считают по формуле P = U² / R, где U — действующее напряжение. Пример (условный): наушники 32 Ом и мощность 10 мВт дают U = √(0,01 · 32) ≈ 0,57 В и ток I = U / R ≈ 18 мА.

Входное напряжение для такого выхода при усилении 20: 0,57 / 20 ≈ 28 мВ. Выход телефона или плеера обычно выдаёт сотни милливольт, поэтому без регулятора громкости усилитель легко уходит в ограничение, а наушники получают лишнюю энергию.

Нижняя граница полосы определяется выходным конденсатором и нагрузкой: f = 1 / (2π · R · C). Для 250 мкФ и колонки 8 Ом получается около 80 Гц, для 220 мкФ и наушников 32 Ом — около 23 Гц.

Регулятор громкости R2 — переменный резистор 10 кОм на входе, как в схеме из даташита: источник идёт на один его край, общий провод — на другой, а движок — на конденсатор C1.

Громкость и защита слуха

Уровень в наушниках зависит от их чувствительности (дБ на милливатт), а не только от усилителя. Пример (условный): при чувствительности 100 дБ/мВт мощность 10 мВт даёт 110 дБ, а мощность 0,1 мВт — 80 дБ.

Рекомендации по безопасной громкости:

• 
  ВОЗ и МСЭ (H.870).Для взрослых — не более 80 дБ в среднем за 40 часов в неделю (стандарт ВОЗ–МСЭ).
• 
  NIOSH (США).Предел 85 дБА за 8 часов, а при росте на каждые 3 дБА время нужно сократить вдвое (NIOSH).
• 
  Практика сборки.Начинайте с регулятора на минимуме и повышайте громкость постепенно.
• 
  Перерывы.Давайте слуху отдых: громкий звук подряд утомляет сильнее.

Уровень в наушниках всегда проверяйте на слух при малой громкости, прежде чем её повышать.

Детали и замены

Список в схеме короткий, но номиналы влияют на результат.

• 
  C3.Чем больше ёмкость, тем ниже граница воспроизводимых частот (формула выше). Полярность — плюсом к выводу 5.
• 
  C2 (Bypass).Электролит 10 мкФ; без него на большом усилении может появиться гул.
• 
  R1, C4.Цепь Цобеля: для наушников с малой индуктивностью ею можно пожертвовать, для динамика лучше оставить.
• 
  Питание.Батарейка 9 В — самый простой вариант для любой версии; выше 12 В — только версия -4 (до 18 В).

Остальные детали берите по схеме выше: их номиналы взяты из рекомендованного включения.

Первое включение

1. Без наушников подайте питание и измерьте напряжение на выходе (вывод 5): оно должно быть около половины напряжения питания.
2. Подключите наушники или маленький динамик, регулятор громкости — на минимуме, подайте сигнал и медленно повышайте громкость.
3. Если на максимуме громкости слышен свист или визг, проверьте монтаж цепи Цобеля и конденсатор Bypass.

Типовые ошибки

Что в итоге

LM386 подходит для первого усилителя для наушников или маленькой колонки, карманного радиоприёмника и интеркома: просто, дёшево, батарейное питание. Не подходит, если нужна серьёзная громкость для комнатных колонок: тут лучше смотреть усилитель на TDA2030A или похожей микросхеме помощнее.

Выбирайте версию по питанию и мощности из таблицы выше.

Частые вопросы

Какое питание нужно LM386?

Для версий -1 и -3 — 4–12 В, для версии -4 — 5–18 В. Батарейка 9 В подходит всем трём.

Предельные значения, превышать которые нельзя: 15 В для -1 и -3, 22 В для -4.

Сколько ватт даёт LM386?

Зависит от версии и напряжения. Все значения — при искажениях 10 %:

• 
  LM386N-1.При 6 В на 8 Ом — не менее 250 мВт, тип. 325 мВт.
• 
  LM386N-3.При 9 В на 8 Ом — не менее 500 мВт, тип. 700 мВт.
• 
  LM386N-4.При 16 В на 32 Ом — не менее 700 мВт, тип. 1000 мВт.
• 
  Любая версия.Нагрузка не меньше 4 Ом, питание не выше предельного.

Версию смотрите в маркировке микросхемы и в описании товара.

Как поднять усиление LM386 до 200?

Поставьте конденсатор 10 мкФ между выводами 1 и 8: усиление вырастет с 20 до 200 (с 26 до 46 дБ). Если включить последовательно с ним резистор, усиление можно задать от 20 до 200.

При высоком усилении блокируйте неиспользуемый вход конденсатором 0,1 мкФ или замыканием на землю.

Подойдёт ли LM386 для наушников?

Да. Для наушников 32 Ом достаточно мощности около 10 мВт — это 0,57 В и 18 мА. Нужен регулятор громкости: без него громкость будет слишком большой.

Недорогие микросхемы LM386 продаются в российских магазинах радиодеталей, версия указана в описании товара.

Какой конденсатор поставить на выход?

Чем больше ёмкость, тем ниже граница воспроизводимых частот: f = 1 / (2π · R · C). Для колонки 8 Ом и 250 мкФ получается около 80 Гц, для наушников 32 Ом и 220 мкФ — около 23 Гц.

В российских магазинах такие электролиты на 16 В продаются повсеместно; берите с запасом по напряжению.

Калькуляторы для аудио

• Децибелы: напряжение, мощность, дБм, дБu, дБВОтношения в дБ и обратно, абсолютные уровни дБм/дБu/дБВ
• RC-фильтр НЧ и ВЧЧастота среза, подбор R или C, ослабление на заданной частоте