วิเคราะห์วงจร ขยายเสียง LM386

LM386 เป็นวงจรรวมเครื่องขยายสัญญาณเสียงแรงดันต่ำ ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การขยายสัญญาณเสียงแรงดันต่ำสำหรับใช้ในอุปกรณ์พกพาหรืออุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ LM386 มี Gain 20 และสามารถขับลำโพง 8 โอห์มที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำถึง 4V และสูงถึง 18V มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรขยายเสียงอย่างง่าย เนื่องจากมีขนาดเล็ก ต้นทุนต่ำ และใช้งานง่าย

วงจรขยายเสียงที่ใช้ LM386 สามารถสร้างได้ง่ายโดยใช้ส่วนประกอบแบบพาสซีฟไม่กี่ตัว วงจรพื้นฐานของแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้ LM386 ประกอบด้วย LM386 IC, คาปาซิเตอร์คัปปลิ้งอินพุต, โพเทนชิโอมิเตอร์ควบคุมระดับเสียง, คาปาซิเตอร์คัปปลิ้งเอาต์พุต และโหลดเอาต์พุต (เช่น ลำโพง)

แผนผังวงจรอย่างง่ายของวงจรขยายเสียงที่ใช้ LM386

• เชื่อมต่อสัญญาณเสียงอินพุตเข้ากับอินพุต non-inverting (+) ของ LM386 ผ่านตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง
• เชื่อมต่อโพเทนชิออมิเตอร์เข้ากับอินพุต inverting (-) ของ LM386 เพื่อปรับระดับเสียงของสัญญาณเสียงเอาต์พุต
• เชื่อมต่อตัวเก็บประจุบายพาส bypass capacitor (ประมาณ 10uF) ระหว่างขา Vcc และ Gnd ของ LM386 เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าภายในคงที่
• เชื่อมต่อเอาต์พุตของ LM386 เข้ากับลำโพงผ่านตัวเก็บประจุคัปปลิ้งเอาต์พุต output coupling capacitor
• สิ่งสำคัญคือต้องใช้ค่าที่เหมาะสมสำหรับส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวเก็บประจุแบบคัปลิงและบายพาส และโพเทนชิออมิเตอร์ควบคุมระดับเสียง เพื่อให้แน่ใจว่าแอมพลิฟายเออร์ทำงานอย่างเหมาะสมและเพื่อให้ได้ปริมาณเอาต์พุตและการตอบสนองความถี่ที่ต้องการ

LM386 เป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้าที่ขยายสัญญาณเสียงระดับต่ำเพื่อสร้างสัญญาณเอาต์พุตระดับสูง มันทำงานเป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน หมายความว่าสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในเฟสกับสัญญาณอินพุต

หลักการทำงาน

• สัญญาณอินพุต(Input Signal): สัญญาณเสียงใช้กับอินพุตที่ไม่กลับด้าน (+) ของ LM386 ผ่านตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง ตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งจะบล็อกส่วนประกอบ DC ใดๆ ของสัญญาณอินพุตและส่งผ่านเฉพาะส่วนประกอบไฟฟ้ากระแสสลับไปยังเครื่องขยายเสียง
• การตั้งค่าเกน(Gain Setting): อัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์ถูกกำหนดโดยค่าของตัวต้านทานป้อนกลับ LM386 มีเกนภายใน 20 ซึ่งสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มตัวต้านทานป้อนกลับภายนอกในอนุกรมกับตัวต้านทานอินพุต สามารถใช้โพเทนชิออมิเตอร์ควบคุมระดับเสียงเพื่อปรับอัตราขยายของเครื่องขยายเสียงได้
• การขยายสัญญาณภายใน(Internal Amplification): LM386 ขยายสัญญาณอินพุตและให้เอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับสัญญาณอินพุต อัตราขยายภายในของแอมพลิฟายเออร์ถูกกำหนดโดยค่าของตัวต้านทานป้อนกลับ และสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวต้านทานเหล่านี้
• บายพาสคาปาซิเตอร์(Bypass Capacitor): ตัวเก็บประจุบายพาสเชื่อมต่อระหว่างขา Vcc และ Gnd ของ LM386 เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าภายในคงที่ ตัวเก็บประจุแบบบายพาสช่วยลดเสียงรบกวนและแรงกระเพื่อมในแหล่งจ่ายไฟ ส่งผลให้สัญญาณเอาต์พุตสะอาดขึ้น
• สัญญาณเอาต์พุต(Output Signal): สัญญาณเอาต์พุตจาก LM386 เป็นสัญญาณอินพุตเวอร์ชันขยาย มันถูกกรองโดยตัวเก็บประจุคัปปลิ้งเอาต์พุตและนำไปใช้กับโหลด (เช่น ลำโพง) เพื่อสร้างเสียงเอาต์พุตขั้นสุดท้าย

LM386 ทำงานในโหมดคลาส AB ซึ่งหมายความว่าใช้การผสมผสานระหว่างการขยายคลาส A และคลาส B เพื่อสร้างสัญญาณเอาต์พุต แอมพลิฟายเออร์คลาส A มีความเป็นเชิงเส้นสูงและการบิดเบือนต่ำ แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพ แอมพลิฟายเออร์คลาส B มีประสิทธิภาพมากกว่าแต่มีความเพี้ยนสูงกว่า LM386 ใช้แอมพลิฟายเออร์คลาส A และคลาส B ร่วมกันเพื่อให้ได้ความสมดุลที่ดีระหว่างประสิทธิภาพและความเสถียรในการใช้งาน

การคำนวณ

การคำนวณอัตราขยาย: อัตราขยายของ LM386 ถูกกำหนดโดยตัวต้านทานป้อนกลับ อัตราขยายภายในของ LM386 คือ 20 และสามารถเพิ่มได้โดยการเพิ่มตัวต้านทานภายนอกในอนุกรมกับตัวต้านทานอินพุต กำไรสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

• Gain = 1 + (Rf / Ri)

โดยที่ Rf คือค่าของตัวต้านทานป้อนกลับ และ Ri คือค่าของตัวต้านทานอินพุต

การคำนวณอิมพีแดนซ์อินพุต: อิมพีแดนซ์อินพุตของ LM386 สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

• Input Impedance = Ri || (Rg / (1 + Gain))

โดยที่ Rg คือความต้านทานอินพุตภายในของ LM386

การคำนวณอิมพีแดนซ์เอาต์พุต: อิมพีแดนซ์เอาต์พุตของ LM386 สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

• Output Impedance = Ro || (Rl / (1 + (1 / Gain)))

โดยที่ Ro คือความต้านทานเอาต์พุตภายในของ LM386 และ Rl คือความต้านทานโหลด

การคำนวณการกระจายพลังงาน: การกระจายพลังงานใน LM386 สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

• Power Dissipation = Vcc^2 / RL

โดยที่ Vcc คือแรงดันแหล่งจ่ายและ RL คือความต้านทานโหลด

นี่เป็นเพียงไม่กี่การคำนวณหลักที่สามารถทำได้สำหรับวงจรขยายเสียงที่ใช้ LM386 สิ่งสำคัญคือต้องใช้ค่าที่เหมาะสมสำหรับส่วนประกอบและพิจารณาสภาพการทำงานของเครื่องขยายเสียงเมื่อทำการคำนวณเหล่านี้เพื่อให้แน่ใจว่าวงจรทำงานได้อย่างถูกต้อง

ดาต้าชีท LM386 : https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm386.pdf