Semplice ampli LM386 con cassa acustica

Ecco un articolo pratico e didattico che illustra la completa realizzazione di un amplificatore BF di bassa potenza, utilizzando l'integrato LM386, un altoparlante e una manciata di componenti elettronici. Per la cassa acustica è possibile usarne una di recupero di un vecchio stereo. Il funzionamento e la buona qualità di riproduzione sono garantiti.

Si parte dalla cassa acustica

Nelle discariche si trovano spesso cose interessanti. Tempo fa, in una di queste, ho recuperato una cassa acustica di legno appartenente, probabilmente, a un vecchio impianto stereo. Le sue misure ammontavano a 47 cm x 28 cm x 17 cm. Essa era sprovvista del suo altoparlante ma la relativa struttura fisica era in ottime condizioni. Essendo gratuita e libera, ovviamente, me ne sono impossessato subito, pensando a una eventuale futura e possibile applicazione. Essa, come si può anche evincere dalla Figura 1, è composta da un pannello protettivo, già foderato, e da una cassa in legno opportunamente forata con precisione. Addirittura è presente anche la spugna interna atta ad assorbire le vibrazioni sonore. Con tale cassa acustica a disposizione, una nuova costruzione meccanica non è necessaria, e metà lavoro è già completato. La cassa in questione dispone di due fori per altrettanti altoparlanti: quello piccolo, per il tweeter, e quello grande, per il woofer. L'ideale sarebbe quello di realizzare due amplificatori separati per entrambi i canali. Tuttavia, è possibile ricoprire ed eliminare il foro più piccolo, se il suo utilizzo non è necessario. Ovviamente, nulla impedisce di realizzare, in proprio, una cassa dalle forme e dalle dimensioni più opportune.

Figura 1: la cassa acustica di recupero

Figura 1: La cassa acustica di recupero

L'integrato LM386

Si tratta di un piccolo amplificatore audio, in contenitore DIL 4+4, a basso voltaggio e bassa potenza. Un vero e proprio gioiello. La sua finalità è, dunque, quella di pilotare piccoli altoparlanti. Ma le sue prestazioni sono estremamente interessanti e quando alzerete al massimo il volume resterete sbalorditi da come esso riesca a "pompare" il riproduttore sonoro collegato alle sue uscite. La Figura 2 mostra il circuito interno dell'integrato, assieme al relativo pinout e al package dell'LM386.

Figura 2: il circuito interno dell'integrato, il pinout e il package dell'LM386

Figura 2: Il circuito interno dell'integrato, il pinout e il package dell'LM386

Le sue caratteristiche sono di tutto rispetto:

  • esso può essere alimentato anche con una batteria
  • l'integrato necessita di un numero minimo di componenti esterni
  • l'alimentazione può essere compresa tra 4V e 12V
  • l'amplificazione è regolabile tra 20 e 200
  • è caratterizzato da una bassa distorsione (0.2% a gain=20, VCC=6V, altoparlante=8ohm, PO=125mW, f=1 kHz)

Per maggiori informazioni si consulti il datasheet ufficiale, presente in tantissimi siti su Internet. La sua tipica applicazione pratica, visibile in Figura 3, prevede un tasso di amplificazione pari a 20 e l'adozione di soli quattro componenti esterni. Per la sua grande semplicità, il circuito può essere assemblato anche "in aria", su una basetta millefori o, addirittura, su una breadboard. Tra l'altro, durante il suo funzionamento a pieno regime, esso risulta, praticamente, freddo.

Figura 3: tipica applicazione dell'integrato LM386

Figura 3: Tipica applicazione dell'integrato LM386

Schema elettrico

La configurazione adottata dell'amplificatore è una delle più semplici previste dall'integrato LM386. Essa richiede davvero pochissimi componenti elettronici a corredo. Seguendo tale soluzione, il guadagno interno dell'ampli è fissato a 20. L'impedenza dell'altoparlante deve essere compresa tra 4 ohm e 32 ohm. L'alimentazione, per un funzionamento in piena sicurezza, può essere contenuta nell'intervallo compreso tra 5V e 12V. Si può, tuttavia, provare ad alzarla fino 18V. Il segnale di entrata è applicato al potenziometro, configurato come partitore variabile, che provvede a dosarlo opportunamente e inserirlo all'ingresso non invertente dell'LM386. Quello invertente è, invece, collegato direttamente a massa. L'altoparlante è separato "in continua" grazie alla presenza del condensatore da 250uF che, in ogni caso, fa transitare la sola componente BF alternata, corrispondente al segnale audio amplificato. Aumentando il valore di tale condensatore si aumenta anche la risposta in uscita alle basse frequenze. Il ramo in serie all'uscita, composto dal condensatore da 0,05uF e dalla resistenza da 10 ohm serve a eliminare la componente reattiva dell'impedenza dell'altoparlante. Esso è chiamato anche cella Zobel. E' possibile, ovviamente, usare una capacità commerciale da 47nF al posto di quella teoricamente prevista.

Progettiamo il circuito stampato (PCB)

Fermo restando che sul datasheet ufficiale sono riportati svariati schemi elettrici applicativi, che prevedono la variazione di amplificazione o altre diverse caratteristiche, preferiamo adottare la configurazione più facile vista prima, al fine di mantenere al massimo la semplicità della sua realizzazione. In ogni caso, il datasheet consiglia di piazzare tutti i componenti elettronici molto vicini tra loro e le tracce del PCB dovrebbero risultare le più corte possibili.

Figura 4: la traccia del circuito stampato (PCB) vista dal lato del rame

Figura 4: La traccia del circuito stampato (PCB) vista dal lato del rame

La Figura 4 riporta la semplice traccia del circuito stampato, vista dal lato delle saldature. Le sue misure (in corrispondenza del bordo) sono di 55 mm x 38 mm. Come si vede, si tratta di dimensioni estremamente ridotte. Esso può essere realizzato in tanti modi diversi essendo, appunto, molto semplice. Si possono utilizzare i pennarelli, il ferro da stiro, i trasferibili, le basette millefori o la fotoincisione. Ai quattro angoli, come si vede, sono presenti altrettanti fori per un eventuale fissaggio a vite su supporto portante.

Disposizione dei componenti

Come si evince dalla Figura 5, si tratta di disporre sulla basetta stampata davvero pochi componenti elettronici. Come qualsiasi altro montaggio, è sempre bene rispettare una determinata priorità nelle saldature e non collocare, a casaccio temporale, le varie parti. Si seguano, dunque, le seguenti fasi di montaggio, dedicandosi al posizionamento dei componenti a basso profilo, per poi proseguire con quelli più alti:

  • si saldino prima i componenti passivi, ossia la resistenza R1, il condensatore C1 e lo zoccoletto DIL 4+4 per l'integrato;
  • si prosegua con la saldatura dei morsetti J1 (per l'alimentazione del circuito), J2 (per l'ingresso del segnale audio), J3 (per l'uscita verso l'altoparlante) e lo zoccoletto per il potenziometro RV1;
  • si collochi, infine, il circuito integrato nel rispettivo zoccoletto, prestando attenzione al suo corretto orientamento, rappresentato da una piccola scanalatura.
Figura 5: la disposizione dei componenti elettronici sulla basetta

Figura 5: La disposizione dei componenti elettronici sulla basetta

Dopo la collocazione e la saldatura di tutti i componenti, la basetta dovrebbe avere l'aspetto di quella raffigurata in Figura 6. L'adozione di una serigrafia superiore, anche prodotta in casa, conferirebbe al circuito un grande tocco di professionalità in più.

Figura 6: la collocazione e la saldatura dei componenti elettronici sulla basetta

Figura 6: La collocazione e la saldatura dei componenti elettronici sulla basetta

>>>Leggi anche: Progetto di un amplificatore audio

Il cablaggio

Anche il collegamento dei componenti esterni risulta estremamente semplice ed è mostrato in Figura 7. Al morsetto J1 va collegata l'alimentazione. Occorre, naturalmente, rispettare la corretta polarità. Al morsetto J2 si deve collegare una fonte di segnale audio proveniente, ad esempio, da un computer, da un lettore MP3 o altra sorgente sonora. Il morsetto J3 è predisposto per il collegamento diretto a un opportuno altoparlante, dalla potenza musicale di circa 5W. Il potenziometro del volume da 10K va connesso al morsetto siglato con RV1, tramite tre fili. Se dovessero sorgere problemi audio per eventuali ronzii è possibile utilizzare dei cavetti schermati per tutti i dispositivi collegati alla scheda, anche per l'alimentazione elettrica. Ma utilizzando una batteria al piombo è difficile che ciò avvenga.

Figura 7: il cablaggio dell'amplificatore audio

Figura 7: Il cablaggio dell'amplificatore audio

Collocazione della scheda all'interno della cassa

Prima della collocazione definitiva della scheda elettronica all'interno della cassa acustica si consiglia di effettuare un collaudo elettrico preliminare dell'amplificatore, per sincerarsi che il montaggio dei componenti sia stato eseguito correttamente e senza errori. A tale scopo è possibile seguire almeno due strade diverse:

  • la prima soluzione, semplice e immediata, consiste nel collegare una fonte audio all'ingresso dell'ampli. Un lettore MP3 può andare senz'altro bene. Si verifichi, dunque, che il suono esca "pulito", il più vicino e fedele al segnale in entrata;
  • la seconda soluzione, più professionale, consiste nell'applicare, sempre all'ingresso, un segnale sinusoidale puro dall'ampiezza di circa 100mV e dalla frequenza di 1000 Hz. In ogni caso, esso non deve superare la tensione di 400mV, pena una inevitabile e naturale distorsione. Con un oscilloscopio si osservi, in uscita, se la forma del segnale sia la stessa di quella immessa nel circuito, con un rapporto di amplificazione, ovviamente, maggiore. La Figura 8 mostra tale oscillogramma della predetta prova. Il grafico di colore giallo (meno ampio) rappresenta il segnale applicato all'ingresso, mentre quello di colore azzurro (più ampio) è il segnale all'uscita, da applicare all'altoparlante. Si noti come le due informazioni siano perfettamente in fase tra di loro. Il segnale da amplificare è stato inserito, infatti, all'ingresso non invertente dell'integrato.
Figura 8: l'oscillogramma dei due segnali d'ingresso e di uscita, perfettamente in fase tra loro

Figura 8: L'oscillogramma dei due segnali d'ingresso e di uscita, perfettamente in fase tra loro

E', tuttavia, del tutto normale che alzando al massimo il volume del riproduttore audio, il segnale stesso venga distorto per via dell'inevitabile clipping che si viene a verificare. Una volta constatato che il circuito funziona bene e non vi sono falsi contatti o saldature "fredde", si può passare alla sua collocazione definitiva all'interno della cassa acustica. Non usate mai della colla a caldo per il fissaggio, in quanto renderebbe molto problematiche le eventuali operazioni di smontaggio o di rimozione. Si utilizzino, al contrario, delle viti per legno. La disposizione del circuito può avvenire in una posizione consona alle circostanze del caso stando attenti, soprattutto, a evitare il formarsi di possibili vibrazioni durante l'audizione della musica.

Collocazione dell'altoparlante

La scelta dell'altoparlante è semplice e non critica. Tuttavia, da essa dipende la qualità di riuscita finale e di riproduzione audio. Si deve scegliere un tipo di riproduttore con un diametro leggermente superiore al foro sulla cassa acustica. Il suo fissaggio, proposto in Figura 9, può avvenire tramite delle viti e dadi dalle opportune dimensioni. Si consiglia di interporre una rondella di materiale morbido tra la cassa e il cono, in modo da poter assorbire le vibrazioni. Non ci si preoccupi, più di tanto, dell'estetica preliminare di tale fissaggio. Tale piano anteriore, infatti, andrà coperto con il pannello nero alla fine della realizzazione.

Figura 9: la collocazione dell'altoparlante nella cassa acustica

Figura 9: La collocazione dell'altoparlante nella cassa acustica

Per quanto riguarda l'altro foro, come detto in precedenza, si può chiudere completamente, eliminandolo, oppure è possibile realizzare un secondo amplificatore su scheda con un altro PCB, in modo da disporre di due diversi canali audio del tutto indipendenti. Non si deve occludere, invece, il foro predisposto per il tubo di accordo. Esso è utile, infatti, per la migliore risposta della cassa acustica alle varie frequenze, specialmente con l'adozione del woofer. Esiste una scienza ben precisa che insegna come calcolare le dimensioni del foro e del tubo, in dipendenza della grandezza della cassa, della sua forma, delle frequenze da amplificare e delle tipologie degli altoparlanti utilizzati.

Elenco componenti

Qui sotto è elencato il breve elenco dei componenti da utilizzare. Essi non sono per nulla critici e nemmeno costosi. Con pochi euro è possibile realizzare un amplificatore degno di questo nome dalla qualità di riproduzione molto elevata. L'unico componente non sostituibile è il circuito integrato LM386.

Componente Valore
C1 0.05uF
C2 250uF
R1 10 ohm
U1 LM386
J1-J3 Connettori da c.s. a 2 posti
RV1 Potenziometro o trimmer da 10k
Batteria da 12V/2A
Altoparlante 8 ohm 5W o simili
Circuito stampato (vedi testo)

La tensione di alimentazione dell'LM386

Una grande escursione è consentita alla tensione di alimentazione del nostro ampli. E' possibile utilizzare i 5V provenienti dai più generici dispositivi ben sapendo che, in questo caso, la potenza audio prodotta sarà alquanto bassa ma del tutto accettabile. Il normale funzionamento prevede i 12V, anch'essi facilmente prelevabili da qualsiasi circuito elettrico o dalla batteria della nostra automobile. Per il modello LM386N-4 l'intervallo previsto di alimentazione è compreso tra 5V e 18V, con la possibilità di ottenere una potenza di uscita maggiore di 1W.

Conclusioni

La realizzazione di un circuito elettrico con dei componenti discreti procura davvero tante soddisfazioni. Probabilmente molte di più di quelle che si ottengono costruendo un sistema basato su microcontrollore. Il buon funzionamento del progetto proposto è sicuro al 100% e se non si commettono errori di sorta, esso deve funzionare subito e al primo colpo. Non è richiesta nemmeno alcuna taratura preliminare, se non quella della regolazione del potenziometro d'ingresso, ai fini del corretto dosaggio del segnale. Addirittura si potrebbe fare a meno di utilizzare tale controllo e delegare la funzionalità al potenziometro incorporato alla sorgente sonora ma, in generale, è bene prevederlo. In tal caso si scelga una opportuna posizione sulla cassa, magari non troppo visibile o addirittura collocata sul lato posteriore della stessa. Per quanto riguarda l'alimentazione si consiglia l'adozione di una batteria al piombo da 12V, che fornisca una tensione perfettamente continua e livellata e assicuri una erogazione di energia elettrica completamente priva di disturbi, di ripple e di ronzii.

Si può, dunque, collegare il nostro amplificatore a una opportuna fonte audio come, ad esempio, una piccola radiolina, un lettore MP3 o, addirittura, la scheda audio del nostro personal computer. Accendendo i due dispositivi si dovrebbe sentire, già da subito, la riproduzione audio amplificata in altoparlante, con grande nostra soddisfazione. La configurazione proposta nell'articolo è quella più semplice prevista per l'integrato LM386. Consultando il datasheet ufficiale è possibile osservare e scoprire altre soluzioni con molte possibilità e caratteristiche utili e aggiuntive del circuito. Notevole risulta la banda passante dell'amplificatore e, come si nota dalla Figura 10, esso riesce ad amplificare, senza attenuazione, frequenze fino a 20kHz. Le frequenze superiori vengono anch'esse amplificate ma con un minore tasso. Esso può essere utilizzato, anche per produrre buone amplificazioni alle frequenze ultrasoniche.

Figura 10: grafico del tasso di amplificazione in corrispondenza delle varie frequenze

Figura 10: Grafico del tasso di amplificazione in corrispondenza delle varie frequenze

Altre soluzioni di collegamento sono proposte in Figura 11. Buona realizzazione a tutti.

Figura 11: alcune soluzioni circuitali con l'integrato lm386

Figura 11: Alcune soluzioni circuitali con l'integrato LM386

 

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