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KYJ Lab

2018.04.03 13:02

Chip 암프

KYJ
조회 수 3207 댓글 108

얼마 전부터 시작한 프로젝트인데 그 동안 중단했다가 다시 손을 대 볼가 합니다.    아래 일본의 47 Laboratory란 회사에서  나온 제품을 300B 암프와 비교해서 손색이 없다고 주장하는 글을 읽어본 적이 있어 호기심이 생겼습니다.  여기서는 LM3875보다 더 출력이 큰 LM3886을 사용해 보려고 합니다.

chip.JPG

 

4706 Gaincard Amplifier and Gainclone Amplifiers

So what the heck is a Gainclone amplifier? Originally, the term Gainclone amplifier was generally understood to be a clone of the 47 Laboratory Gaincard amplifier. The simple Gaincard amplifier is based around the National Semiconductor (now Texas Instruments) LM3875 integrated circuit (IC). The 47 Laboratory Model 4706 Gaincard amplifier has these features:

  • 9 parts per channel based around the LM3875 IC
  • A very short signal pass and NFB loop
  • PSU filter with 1000µF to 2200µF capacitors
  • Voltage regulation with a 170 VA cut-core transformer
  • 50 Watts output power (25 Watts per channel)

However as time has gone on, to many Gainclone amplifier is now generally understood to mean: any low component amplifier based around high power IC and intended for high performance audio. Photograph 1 below shows a 47 Laboratory Model 4706 Gaincard which retails for about $3300 US. Despite the high retail cost of the Gaincard, you should easily be able to build a great sounding gainclone amplifier yourself for about $200 to $300 US.

47 Laboratory Model 4706 Gaincard and Power Humpty

Photograph 1: 47 Laboratory Model 4706 Gaincard and Power Humpty

The Model 4706 Gaincard amplifier was introduced in 1999 by 47 Laboratory. The Gaincard amplifier with its unconventional design that had far fewer parts, less capacitance and simpler construction than similar power Hi-Fi amplifiers. The Gaincard amplifier raised a number of eyebrows in the audiophile community when it was discovered that the Gaincard amplifier cost less than $100 US in parts, but sold for $3300 US with its small power supply. The controversy ensued after a number of positive magazine reviews of the Gaincard amplifier. Fast forward a number of years and now the Gainclone is probably the most commonly built and well-known DIY amplifier project amongst audio hobbyists. In this DIY Audio Project I run through a build of a LM3886 gainclone amplifier for myself to show how simple it can be to build these amplifiers and to hear the gainclone sound for myself.


LM3886 PCB from chipamp.com

OK, so now you are interested in building a Gainclone chip amplifier for yourself and you are wondering where the heck should you start? You can start at chipamp.com where you can purchase printed circuit boards (PCB) and part kits for LM1875 (20W) and LM3886 (68W) amplifiers. This leaves you with sourcing the remaining parts, power transformer and enclosure. Photograph 2 shows the LM3886 amplifier PCB and power supply PCB from chipamp.com. These are very nice quality boards with short and thick traces. I have used these PCB for a number of gainclone amplifier builds now.

LM3886 Amplifier and Power Supply PCB from chipamp.com

Photograph 2: LM3886 Amplifier and Power Supply PCB from chipamp.com

For detailed information about this non-inverting LM3886 amplifier circuit, the PCB and implementation, see the Users Guide for Non-Inverted LM3886 Kit - (PDF 280KB). For reference, the amplifier circuit from the above users guide is shown below in Figure 1.

LM3886 Chip Amplifier (Gainclone) Schematic

Figure 1: LM3886 Chip Amplifier (Gainclone) Schematic

The amplifier circuit is built around the LM3886 IC (Photograph 3). The LM3886 is a high-performance audio power amplifier capable of delivering 68W of continuous average power to a 4 ohm load and 38W into 8 ohm with 0.1% THD+N from 20Hz - 20kHz. For the full details and operating parameters of the LM3886 IC refer to the LM3886 Datasheet - (PDF 1.2MB). The gain of the LM3886 amplifier circuit is set about 33. To adjust the gain to suit your Hi-Fi configuration refer to the users guide or LM3886 datasheet above.

LM3886TF Itegrated Circuit

Photograph 3: LM3886TF Itegrated Circuit (IC)

For reference, the power supply schematic, also from the users guide is shown below in Figure 2. Refer to the charts on the datasheet to choose the power supply voltage rails for the amplifier that are best suited for the speaker load you intend to drive. Using a power transformer rated between 160 and 300VA will be suitable for a stereo gainclone amplifier build. For my more recent builds I have been using 250-300VA and dual mono power supply boards. For further guidance on the selection of a suitable power transformer, refer to section 2.1 Choosing a transformer, in the Users Guide for Non-Inverted LM3886 Kit.

LM3886 Amplifier Power Supply Schematic

Figure 2: LM3886 Amplifier Power Supply Schematic

  • profile
    마요 2019.03.18 15:39

    왜율 을 측정 해봤습니다.

    30W 까지 0.05~0.06% 대 해서 놀고 있군요.

    1W 에서는 0.02%  정말 왜율은 환상입니다.

     

  • ?
    KYJ 2019.03.19 02:27
    토로이달과 보통의 EI 코아는 암프 음질에 는 별 차이가 없다고 봅니다. 그런데 두 코아에는 각기 장단점이 있는데 토로이달이 아무래도 장점이 더 많다고 봅니다. 우선 토로이달은 기계적 진동이 훨씬 작아서 좋습니다. 다만 토로이달이 스위치를 넣는 순간 EI 코아에 비해 인러쉬 카렌트가 큽니다. 그건 그렇고...
    한 이틀동안 바보같이 스코프 프로부를 잘못 연결해서 고생을 했는데 이제 다시 차근차근 측정을 해 보아야 하겠습니다. R3와 Ci의 선택에 따라 저역특성에 변화가 있을 것입니다. 1/2pi * R3 * Ci 가 저역 카트오프 주파수가 되니까 한번 계산해 보십시요. Ci에 필름 캪을 쓰는 것과 보통의 캐미콘을 쓰는 것에 무슨 차이가 날까 한번 실험을 해 보아야겠습니다.

    이 암프는 말씀 대로 발열이 적어 여름에 마음 놓고 들을 수 있습니다. 걱정했던 DC Offset도 아주 작습니다.
  • ?

    박사님의 댓글 감사드립니다.

    위키페디아의 설명을 보니 680옴 저항과 47uF 커패시터가  1차 하이패스 필터로 작용한다고 나옵니다. 박사님 공식에 따라 계산해 보니 아래 컷오프 주파수는 4.9798Hz로 5Hz 정도로 나옵니다. 

     

    문제는 이 필터가 하이패스 필터이기에 전해캡과 필름 캡 사이에 음질 차이가 있냐는 점입니다.

    박사님, 강과 하늘님, 마요님의 10kHz 혹은 20kHz 구형파 응답을 보면 출력이 입력과 같게 퍼펙트하게 나옵니다. 구형파 응답을 보면 필름캡과 전해캡의 큰차이가 없을 것 같습니다. 이론적으로는 전해캡에 비해 폴리프로필렌 캡이 주파수가 커질수록 임피던스가 작아져 고역이 더 우수할 것 같다는 예측을 했지만 구형파 응답에서는 큰 차이점이 없는 것 같습니다.

     

    일본 47랩 4706 게인카드 오리지널 앰프의 10kHz 구형파 응답은 아래와 같습니다. 박사님, 강과하늘님, 마요님의 측정이 더 우수합니다. 오리지널은 10kHz에서 라이징 타임 지연을 약간 보이는데 3분 측정은 수직이라 차이를 보입니다. 오리지널보다 더 우수한 앰프를 만든 것으로 생각되며 축하드립니다.

     

    https://www.stereophile.com/content/47-laboratory-4706-gaincard-power-amplifier-measurements 

    2019-03-19 08.13.45.png

     

    문제는 저역인데 마요님의 전해캡 사용 앰프에서 저역의 구형파 응답이 제가 예상한 것 보다 떨어지는 것 같습니다. LM3886 앰프의 저역 특성이 진공관 앰프와 크게 차이가 나는 것 같지는 않습니다.

     

    박사님의 저역 구형파 응답이 어떤지 궁금합니다. 

  • ?
    KYJ 2019.03.19 14:16
    지금 땜인두가 신통치 않아 실험은 안해 보았지만 전에 만든 것과 비교해 보면 말씀대로 별 차이가 없습니다. 그리고 그런 정도의 용량을 가진 필름캪은 덩치가 커서 달기가 어렵습니다. 그래서 그냥 잊어버리기로 하고 47uF 50V 캐미콘을 달고 0.047 마이카 캪을 병렬로 해 두었습니다. 이게 무슨 차이를 내 줄지 모르지만 기분상 도움이 될 것이라 희망해 봅니다.

    저역은 정현파로 실험을 해 보는게 확실합니다. 100Hz 때 출력전압을 대략 5V 피크 정도로 맞추어 놓고 주파수를 10Hz 로 바꾸었을 때 출력전압이 얼마나 감소하는지 관찰해 보십시오. 진공관 암프의 경우 10Hz 때 출력전압이 100Hz 때의 출력전압에 비해 파형이 찌그러지지 않고 반정도라도 된다면 대단히 우수한 암프일 것입니다. 진공관 암프의 경우 보통 30H는 넘어야 정현파가 찌그러지지 않고 출력됩니다. 칩 암프에서는 저의 경우 10Hz 때 전압이 100Hz에 비해 약간 떨어지고 파형은 전혀 찌그러지지 않습니다. 저역은 이 암프가 상당히 우수합니다.
  • ?
    이지오디오 2019.03.19 14:46

    답변 감사드립니다. 사인파로 말씀하신 대로 테스트해 보겠습니다. LM 3886이 저역도 아주 우수한 앰프이군요. 고맙습니다.

  • ?
    KYJ 2019.03.20 04:27
    일단 이 암프의 배선과 1차 시험은 이 시점에서 끝내기로 한다. 그 동안 부주의로 인한 문제로 이 칩에 과대한 전류가 흘렀을 것으로 추측되지만 아마도 칩 내부의 푸로택션 회로가 잘 작동했는지 칩은 전혀 망가지지 않앗고 정상동작하는 것으로 보인다. 음질은 또ㅗ 다른 문제이겠으나 측정상으로는 상당히 우수한 암프라고 생각한다.
  • ?
    LSC 2019.06.12 19:10 Files첨부 (1)

    PCB를 받아 놓고 있다보니 뭔가 쫒기는 것 같아 부품을 모아 조립을 했는데 전원부는 EBAY 에서 30달라 정도의 스위칭 PS를 채택 했습니다.  소리는 거부감 없는데 한쪽 채널에서 약한 발진 음이 들립니다.  아마도 전원부에서 나오는 듯 한데 적당한 케이스도 없어

    그냥 연결된 상태로 상자속에 넣어 두었습니다.

    아직 회사일에 시간을 많이 할애해야 하니 깊이 들여다 볼 여유가 없어 그저  안보이는 곳에 두어야 신경이 덜 갑니다.

    참 간단한 앰프다 라는 생각과 어떻게 중국에서는 3만원에 저런 전원부를 만들수 있는지 세상이 변하고 있나 봅니다.

  • ?
    이지오디오 2019.06.13 10:32
    바쁘신 중에도 앰프를 완성하셨군요. 축하드립니다.

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