LM1875 Circuit Amplificateur Audio de 20 W, Connectique & Spécifications

Le LM1875 est un circuit intégré amplificateur audio de puissance Classe AB conçu pour augmenter un signal audio à faible niveau afin de pouvoir alimenter un haut-parleur. L'appareil peut fournir environ 20 W de puissance de sortie et peut atteindre des niveaux plus élevés lorsque l'alimentation, la charge du haut-parleur et le système de refroidissement sont correctement conçus. Il prend en charge des haut-parleurs de 4 Ω et 8 Ω et comprend des fonctionnalités de protection utiles telles que l'arrêt thermique, la protection contre les courts-circuits et des diodes de protection de sortie internes. Cet article explique la connectique du LM1875, le fonctionnement du circuit, les spécifications, la puissance de sortie réelle, et plus encore.

Catalogue

Caractéristiques et Spécifications du LM1875

Caractéristiques	Détails
Type d'Amplificateur	Amplificateur audio de puissance Classe AB basse fréquence
Puissance de Sortie	20 W de sortie audio typique; peut atteindre jusqu'à 30 W dans des conditions appropriées
Charge de Haut-Parleur	Fonctionne avec des haut-parleurs de 4 Ω et 8 Ω
Plage de Tension d'Alimentation	16 V à 60 V plage d'alimentation totale
Capacité de Courant de Sortie	4 A
Gain de Tension en Boucle Ouverte	90 dB typique
Distorsion Harmonique Totale	0,015% typique à 1 kHz, 20 W
Largeur de Bande de Puissance	70 kHz
Rejet de Ripple	94 dB typique
Protection Contre les Courts-Circuits	Protection pour les courts-circuits AC et DC à la terre
Protection Thermique	Protection d'arrêt thermique intégrée
Diodes de Protection Internes	Oui, comprend des diodes de protection de sortie internes
Stabilité	Compensé en interne pour un fonctionnement stable dans les circuits audio
Type d'Emballage	Boîtier plastique d'alimentation TO-220 à 5 broches

Connectique et Fonctions des Broches LM1875

Numéro de Broche	Nom de la Broche	Fonction
1	Entrée Non-Inverseuse, +IN	Reçoit le signal audio d'entrée dans un circuit amplificateur non-inverseur.
2	Entrée Inverseuse, −IN	Se connecte au réseau de rétroaction qui définit le gain de l'amplificateur.
3	Alimentation Négative, −VEE	Se connecte à la ligne d'alimentation négative dans un circuit à alimentation double.
4	Sortie	Livré le signal audio amplifié au haut-parleur via le réseau de sortie.
5	Alimentation Positive, VCC	Se connecte à la ligne d'alimentation positive.

Informations sur l'emballage du LM1875

Appareil Commandable	Type d'emballage	Dessin d'emballage	Broches	Quantité d'emballage	Plan écologique	Finition des broches/boules	Température maximale MSL	Température de fonctionnement
LM1875T	TO-220	NDH	5	45	À définir	Contacter TI	Contacter TI	0°C à 70°C
LM1875T/LB02	TO-220	NEB	5	45	À définir	Contacter TI	Contacter TI	0°C à 70°C
LM1875T/LB03	TO-220	NDH	5	45	À déterminer	Contacter TI	Contacter TI	0°C à 70°C
LM1875T/LB05	TO-220	NEB	5	45	À déterminer	Contacter TI	Contacter TI	0°C à 70°C
LM1875T/LF02	TO-220	NEB	5	45	Vert, conforme à la norme RoHS et sans Sb/Br	CU SN	Niveau-1-NA-UNLIM	0°C à 70°C
LM1875T/LF03	TO-220	NDH	5	45	Vert, conforme à la norme RoHS et pas de Sb/Br	CU SN	Niveau-1-NA-UNLIM	0°C à 70°C
LM1875T/LF05	TO-220	NEB	5	45	Vert, conforme à la directive RoHS et pas de Sb/Br	CU SN	Niveau-1-NA-UNLIM	0°C à 70°C
LM1875T/NOPB	TO-220	NDH	5	45	Vert, conforme à la directive RoHS et pas de Sb/Br	CU SN	Niveau-1-NA-UNLIM	0°C à 70°C

Circuit amplificateur LM1875

Ce schéma montre un amplificateur de puissance audio mono LM1875 de classe AB fonctionnant avec une alimentation double, marquée comme +VCC et −VEE. Le signal audio entre par VIN, est amplifié par le LM1875, puis alimente un haut-parleur de 4 Ω à 8 Ω à partir de la broche 4. Comme le circuit utilise des rails d'alimentation positifs et négatifs, la sortie peut rester proche de 0 V lorsqu'aucun signal audio n'est présent. Cela permet de connecter directement le haut-parleur à la sortie de l'amplificateur sans un grand condensateur de couplage en sortie.

Le signal audio d'entrée passe d'abord par C1, un condensateur de couplage de 2,2 µF. C1 bloque toute tension continue provenant de la source audio tout en permettant au signal audio alternatif d'entrer dans l'amplificateur. R1, noté à 1 MΩ, donne à C1 un chemin de décharge et aide à prévenir les crépitements indésirables lorsque la source est connectée ou déconnectée. R2, noté à 22 kΩ, maintient l'entrée non-inverseuse au potentiel de sol et fixe l'impédance d'entrée approximative de l'amplificateur. Le signal audio entre ensuite par la broche 1, qui est l'entrée non-inverseuse du LM1875.

Le LM1875 amplifie la différence entre les signaux à ses entrées non-inverseuse et inverseuse. Le réseau de rétroaction formé par R4, R3, et C2 contrôle le gain de l'amplificateur. R4 est une résistance de rétroaction de 20 kΩ connectée de la sortie à la broche 2, tandis que R3 est une résistance de 1 kΩ connectée de la broche 2 vers le sol à travers C2. À des fréquences audio normales, le gain en tension en boucle fermée est approximativement :

En utilisant les valeurs montrées :

Cela signifie que la tension de sortie est environ 21 fois supérieure à la tension d'entrée, équivalente à environ 26,4 dB de gain en tension. Par exemple, un signal d'entrée de 0,5 V RMS pourrait théoriquement produire environ 10,5 V RMS à la sortie avant clipping, à condition que l'alimentation et la charge du haut-parleur puissent le supporter.

C2, évalué à 22 µF, fonctionne avec R3 pour réduire le gain de l'amplificateur à très basses fréquences et en courant continu. Cela empêche le circuit d'amplifier le décalage CC et les signaux sous-soniques inutiles. La coupure approximative des basses fréquences formée par R3 et C2 est d'environ 7 Hz, ce qui est en dessous de la plage audible normale. Par conséquent, le circuit peut reproduire des fréquences basses normales tout en maintenant un fonctionnement stable en CC.

Les broches 5 et 3 fournissent de l'énergie au LM1875. La broche 5 se connecte à +VCC, tandis que la broche 3 se connecte à −VEE. Les condensateurs C3 et C4, tous deux de 0,1 µF, fournissent un découplage d'alimentation haute fréquence. Ils éliminent les pics de tension rapides et aident à prévenir les oscillations. Les condensateurs C7 et C6, tous deux de 100 µF, fournissent un stockage d'énergie supplémentaire et lissent les variations d'alimentation à basse fréquence. Ces condensateurs doivent être installés près des broches d'alimentation du LM1875, avec des connexions PCB courtes et larges.

Le signal audio amplifié quitte le CI par la broche 4 et va directement au haut-parleur. Le haut-parleur doit avoir une impédance de 4 Ω ou 8 Ω, mais une charge de 8 Ω est généralement plus facile à piloter pour le LM1875 car elle nécessite moins de courant et produit moins de chaleur. Un haut-parleur de 4 Ω impose une charge plus lourde à l'amplificateur, donc l'alimentation et le radiateur doivent être conçus avec soin.

R5 et C5 forment un réseau Zobel ou de stabilité de sortie. R5 est une résistance de 1 Ω, et C5 est un condensateur de 0,22 µF. Ce réseau fournit une charge haute fréquence contrôlée à la sortie de l'amplificateur. Il aide à prévenir l'instabilité causée par le câble du haut-parleur, la bobine mobile du haut-parleur ou d'autres charges réactives. R5 doit être une résistance non inductive appropriée, et les deux composants doivent être placés près de la broche 4 et de la connexion à la masse de sortie.

Comment fonctionne l'amplificateur LM1875

Lorsqu'un signal audio entre par la broche 1, le LM1875 le compare avec le signal de rétroaction à la broche 2. Le CI ajuste ensuite sa sortie jusqu'à ce que la différence entre les deux entrées devienne très petite. Ce processus de rétroaction négative contrôle le gain, réduit la distorsion, améliore la réponse en fréquence et maintient la sortie amplifiée proche de la forme du signal audio original.

Le schéma interne montre les principales étapes construites à l'intérieur du CI. La section d'entrée reçoit les signaux audio et de rétroaction, tandis que les étapes de gain de tension augmentent le niveau du signal. La section de sortie fournit ensuite suffisamment de courant via la broche 4 pour piloter le haut-parleur connecté. Le circuit interne comprend également une limitation de courant, des diodes de protection, une protection contre les courts-circuits et une protection thermique pour améliorer la fiabilité pendant les surcharges ou la surchauffe.

Le LM1875 utilise un étage de sortie de classe AB. Ses transistors de sortie internes partagent les moitiés positive et négative de l'onde audio, ce qui offre un bon équilibre entre efficacité et faible distorsion. Cependant, une partie de l'énergie électrique est toujours convertie en chaleur, surtout à des niveaux de sortie plus élevés. Pour cette raison, le LM1875 doit être monté sur un radiateur approprié pour éviter l'arrêt thermique et maintenir une performance stable.

Puissance de sortie du LM1875 dans des conditions réelles

Le LM1875 est couramment évalué comme un amplificateur de 20 W, mais la puissance de sortie réelle dépend de la tension d'alimentation, de l'impédance du haut-parleur, du radiateur et de la qualité de l'alimentation. Avec un haut-parleur de 8 Ω, environ 16-20 W est pratique avec une alimentation de ±22 V à ±25 V. Un haut-parleur de 4 Ω tire plus de courant et crée plus de chaleur, donc un refroidissement solide est nécessaire.

Tension d'alimentation	Charge du haut-parleur	Puissance de sortie approximative
±15 V	8 Ω	8–12 W
±18 V	8 Ω	12–16 W
±22 V	8 Ω	16–20 W
±25 V	8 Ω	20–25 W
±20 V	4 Ω	18–22 W

La puissance de sortie peut être calculée en utilisant :

Pour un fonctionnement fiable, un haut-parleur de 8 Ω avec ±18 V à ±22 V offre un bon équilibre de puissance, de chaleur et de qualité sonore.

Choisir l'alimentation du LM1875

Le LM1875 fonctionne généralement mieux avec une alimentation DC à double rail. Pour un haut-parleur de 8 Ω, ±18 V à ±22 V fournit un bon équilibre de puissance de sortie, de chaleur et de fiabilité. Une alimentation de ±25 V peut produire plus de puissance mais nécessite un radiateur plus grand.

Charge du haut-parleur	Alimentation recommandée	Utilisation typique
8 Ω	±18 V à ±22 V DC	Audio domestique fiable
8 Ω	Jusqu'à ±25 V DC	Sortie plus élevée avec un refroidissement solide
4 Ω	±15 V à ±20 V DC	Une tension inférieure réduit la chaleur et le stress courant

Utilisez une alimentation bien filtrée avec un redresseur en pont et de grands condensateurs de filtrage. Un transformateur 15-0-15 VAC produit typiquement environ ±20 V DC, tandis qu'un transformateur 18-0-18 VAC peut produire environ ±25 V DC après redressement. La tension réelle dépend de la charge du transformateur et de la tension secteur.

Pour un fonctionnement stéréo, choisissez un transformateur d'une puissance d'environ 100 VA ou plus, selon la sortie requise. Placez des condensateurs de découplage de 100 µF et 0.1 µF près de chaque broche d'alimentation du LM1875 pour réduire le bruit et éviter les oscillations.

Dissipateur thermique et conception thermique du LM1875

Le LM1875 est un amplificateur de classe AB, donc une partie de la puissance d'entrée se transforme en chaleur. Un dissipateur thermique de taille appropriée est nécessaire, surtout lors de l'utilisation de hautes tensions d'alimentation ou d'un haut-parleur de 4 Ω. Appliquez un composé thermique entre le circuit intégré et le dissipateur pour améliorer le transfert de chaleur. Si la languette métallique doit être électriquement isolée, utilisez un coussinet isolant et une rondelle. Un refroidissement médiocre peut causer de la distorsion, des arrêts thermiques ou des dommages permanents.

Pour la plupart des constructions de 20 W, utilisez un dissipateur de chaleur substantiel avec un bon flux d'air plutôt qu'un petit modèle à clipser. Les conceptions stéréo ont besoin de plus de refroidissement car deux circuits intégrés amplificateurs génèrent de la chaleur à l'intérieur du même boîtier.

Mise en page et mise à la terre de la carte PCB LM1875

Une bonne mise en page de PCB est importante pour un faible bruit et un fonctionnement stable. Gardez les traces d'entrée courtes et éloignées du transformateur, du redresseur, de la sortie du haut-parleur et des pistes d'alimentation à fort courant. Placez les condensateurs de filtrage d'alimentation près des broches 3 et 5, et gardez les composants de rétroaction près des broches 2 et 4.

Utilisez un arrangement de mise à la terre en étoile afin que la terre d'entrée, la terre du haut-parleur et la terre d'alimentation se rejoignent à un seul point principal. Ne laissez pas le courant du haut-parleur circuler dans le chemin de terre d'entrée sensible. Un mauvais raccordement à la terre peut causer des bourdonnements, du bruit, des problèmes de rétroaction et des oscillations à haute fréquence.

LM1875 vs Autres amplificateurs

LM1875 vs TDA2030 et TDA2050

Le TDA2030 est conçu pour des amplificateurs de faible puissance et à moindre coût, tandis que le LM1875 fournit généralement une meilleure puissance de sortie et une distorsion plus faible. Le TDA2050 offre un potentiel de sortie plus élevé que le LM1875 mais nécessite généralement une alimentation plus puissante et un dissipateur plus grand. Ces circuits intégrés ne sont pas toujours des remplacements directs car leurs limites d'alimentation, connexions de broches et exigences de circuit peuvent différer.

LM1875 vs LM3886

Le LM3886 est un amplificateur de puissance beaucoup plus élevé destiné à des haut-parleurs plus grands et à des systèmes audio plus puissants. Il peut fournir beaucoup plus de sortie que le LM1875 mais nécessite un transformateur plus grand, une alimentation plus forte, un dissipateur plus grand et des coûts de projet plus élevés. Le LM1875 est meilleur pour des amplificateurs compacts de 15 à 25 W, tandis que le LM3886 convient mieux aux systèmes audio domestiques haute puissance.

LM1875 vs Amplificateurs de classe D

Le LM1875 utilise la technologie de classe AB, qui est simple et produit peu de distorsion mais génère une chaleur considérable. Les amplificateurs de classe D sont plus efficaces, plus petits et nécessitent moins de refroidissement, les rendant meilleurs pour des systèmes portables et compacts. Cependant, le LM1875 est souvent plus facile à comprendre, à réparer et à construire pour des projets audio analogiques traditionnels.

Meilleures applications pour le LM1875

• Amplificateurs audio domestiques

• Amplificateurs pour haut-parleurs de bibliothèque

• Amplificateurs stéréo DIY

• Systèmes de haut-parleurs alimentés

• Amplificateurs de pratique pour guitare

• Petits systèmes de sonorisation

• Filtres actifs pour haut-parleurs

• Amplificateurs pour médiums et tweeters

• Projets de réparation audio

• Projets de formation en électronique

Comment choisir un module LM1875

Choisissez un module LM1875 qui correspond à votre alimentation et à l'impédance de votre haut-parleur. Pour un haut-parleur de 8 Ω, un module conçu pour environ ±18 V à ±25 V CC est généralement adapté. Pour un haut-parleur de 4 Ω, utilisez une tension d'alimentation plus basse et assurez-vous que la carte, le câblage et le dissipateur peuvent supporter le courant plus élevé.

Vérifiez la qualité de la carte PCB avant d'acheter. Un bon module devrait avoir des chemins de rétroaction courts, des traces de sortie et d'alimentation larges, des condensateurs de découplage locaux près du circuit intégré, et une bonne mise en page de mise à la terre. Des cartes mal conçues peuvent produire des bourdonnements, du bruit, une surchauffe, ou des oscillations à haute fréquence même lorsque les composants semblent corrects.

Le module devrait également comporter suffisamment d'espace pour un grand dissipateur ou permettre au LM1875 d'être monté directement sur le boîtier. Évitez les cartes qui n'utilisent qu'un petit dissipateur à clipser pour une opération à haute puissance. Confirmez également si la languette métallique du circuit intégré a besoin d'une isolation électrique par rapport au dissipateur.

Passez en revue les valeurs des composants et le schéma de circuit lorsque disponibles. Le gain de l'amplificateur devrait normalement rester à 10 ou plus, et la carte devrait inclure le condensateur de couplage d'entrée, le réseau de rétroaction, les condensateurs de découplage d'alimentation, et le réseau Zobel de sortie. Évitez les modules avec des revendications de puissance irréalistes, car la sortie réelle dépend de la tension d'alimentation, de la charge du haut-parleur, du refroidissement et du niveau de distorsion.

Dimensions mécaniques

Fabricant

Texas Instruments fabrique le LM1875 en tant que circuit intégré amplificateur analogique monolithique, intégrant ses étapes d'entrée, de gain, de protection et de sortie haute courant sur une seule puce semi-conductrice. Les capacités de fabrication analogique de TI comprennent la fabrication de wafers, l'assemblage de puces, l'emballage, les tests électriques et le contrôle de la qualité à travers un réseau mondial de sites de fabrication. Après le traitement des wafers, les dies individuels sont séparés, assemblés dans le boîtier de puissance TO-220 à cinq broches du LM1875 et testés pour vérifier les performances électriques et les fonctions de protection. L'infrastructure interne de fabrication et de test de TI soutient une qualité constante des dispositifs, une production fiable en grande quantité et la traçabilité, tandis que la conception du LM1875 utilise des techniques de traitement analogique établies pour fournir une faible distorsion, une capacité de courant élevée, un arrêt thermique et une protection contre les courts-circuits.

Questions Fréquemment Posées [FAQ]

1. Le LM1875 peut-il délivrer 20 W en continu sans arrêt thermique ?

Oui, mais seulement avec la bonne tension d'alimentation, la charge des haut-parleurs, le radiateur et le flux d'air. Un petit radiateur ou un haut-parleur de 4 Ω peut amener l'IC à surchauffer avant d'atteindre une sortie continue de 20 W.

2. Pourquoi un amplificateur LM1875 produit-il moins de puissance que la valeur annoncée ?

La puissance réelle peut diminuer en raison d'une chute de tension d'alimentation, des limites du transformateur, de l'impédance du haut-parleur, de la saturation, de la température du radiateur ou d'une mauvaise disposition du PCB. La valeur annoncée est mesurée dans des conditions de test spécifiques.

3. Un haut-parleur de 8 Ω est-il meilleur qu'un haut-parleur de 4 Ω pour le LM1875 ?

Un haut-parleur de 8 Ω est généralement plus facile et plus sûr à alimenter car il consomme moins de courant et génère moins de chaleur. Un haut-parleur de 4 Ω peut fonctionner, mais il nécessite une alimentation plus puissante et un meilleur refroidissement.

4. Le LM1875 peut-il être utilisé avec une seule alimentation DC ?

Oui, mais le circuit doit inclure un biais approprié et généralement un grand condensateur de couplage de sortie. Une alimentation à double rail est souvent préférée car elle permet une connexion directe au haut-parleur et un ancrage de signal plus simple.

5. Qu'est-ce qui cause le bourdonnement dans un amplificateur LM1875, même lorsque le circuit est correct ?

Les causes courantes incluent un mauvais ancrage en étoile, le placement du transformateur, de longs fils d'entrée, des chemins de courant partagés entre les haut-parleurs et un filtrage de l'alimentation faible. Éloigner le transformateur de la section d'entrée peut également réduire le bourdonnement.

6. Deux IC LM1875 peuvent-ils être mis en pont pour une puissance de sortie plus élevée ?

Un design en pont est possible, mais chaque IC subit une charge effective plus lourde. Cela nécessite un équilibrage du gain minutieux, un refroidissement puissant et une impédance de haut-parleur appropriée, donc ce n'est pas recommandé pour une construction basique.