LM386 » Aufbau, Funktion und Schaltung des Audioverstärker-ICs anschaulich erklärt
Veröffentlicht: 23.09.2024 | Lesedauer: 6 Minuten
In der Elektronik ist es oft erforderlich, ein Ton- bzw. Audiosignal so zu verstärken, damit es über einen Lautsprecher gut zu hören ist.
Das ist für Elektronik-Fachleute normalerweise überhaupt kein Problem, denn es gibt die unterschiedlichsten Audioverstärker als Fertiggeräte oder auch als Bausatz.
Etwas kniffliger wird die Sache, wenn die Platzverhältnisse beengt sind und der Energiebedarf nicht zu hoch sein soll, weil der Verstärker für ein mobiles Gerät oder zum Anschluss an einen MP3 Player verwendet werden soll.
In diesem Fall hat sich das Miniverstärker-IC LM386 bestens bewährt.
Warum das so ist, wie der IC aufgebaut ist und wie die externe Beschaltung aussehen kann, erklären wir Ihnen sehr gerne.
Wie bereits eingangs erwähnt, handelt es sich bei dem Audioverstärker LM386 um einen kompakten integrierten Schaltkreis (IC für Integrated Circuit). Neben dem geringen Platzbedarf zeichnet sich der Low Power Amplifier (Amp) auch noch durch einen sehr niedrigen Strombedarf aus. Für mobile Geräte mit Batterieversorgung ist dies ein nicht zu unterschätzender Vorteil. Durch den cleveren internen Aufbau sind nur wenige Bauteile für die Außenbeschaltung (External Components) erforderlich. Hinzu kommt, dass sowohl die Ausgangsleistung als auch der Klirrfaktor (das Maß der Verzerrung) überraschend gut sind und die Bandbreite der Versorgungsspannung recht hoch ausfällt. Den Audioverstärker gibt es in unterschiedlichen Varianten und Bauformen.
In unserer Beispieltabelle haben wir baugleiche ICs von Texas Instruments mit einem DIP-8 Gehäuse miteinander verglichen.
LM386 Vergleichstabelle
| Typ | Leistung | Versorgungsspannung |
|---|---|---|
| LM386N-1 | 325 mW | 4 – 12 V max. 15 V DC |
| LM386N-3 | 700 mW | 4 – 12 V max. 12 V DC |
| LM386N-4 | 700 mW | 4 – 12 V max. 18 V DC |
ICs mit Bauformen zur Oberflächen-Montage (SMD), können je nach Hersteller und Variante leicht abweichende technische Daten haben.
Unabhängig davon sind alle Audioverstärker vom Typ LM386 recht robust aufgebaut. Dadurch kann die äußere Beschaltung zu Schulungszwecken vielfältig variiert werden ohne dass das Bauteil dabei Schaden nimmt. Vorausgesetzt, der Chip wird innerhalb der im Datenblatt angegebenen elektrischen Parameter betrieben.
Pin-Belegung
Der innere Aufbau des LM 386 Amplifier erinnert sehr stark an einen Komparator. Den Aufbau und die Funktion eines Komparators haben wir in unserem Ratgeber zum LM393 bereits ausführlich beschrieben.
Ebenso wie der Komparator, hat auch der Audioverstärker LM386 zwei Eingänge. Beim invertierten Eingang (-INPUT) an PIN 2 wird das Ausgangssignal am PIN 5 (OUTPUT) um 180° phasengedreht zum Eingangssignal ausgegeben. Am nicht invertierten Eingang (+INPUT) an PIN 3 ist das Signal an PIN 5 (OUTPUT) nicht phasengedreht.
Interner Aufbau
In der Funktion als Audioverstärker wird lediglich einer der beiden Eingänge genutzt. Demzufolge handelt es sich um einen Mono-Verstärker. Soll ein Stereo-Verstärker aufgebaut werden, müssen zwei ICs (IC für Integrated Circuit) vom Typ LM386 zum Einsatz kommen. Da in der Endstufe zwei Transistoren in Push-Pull-Anordnung zusammen mit zwei Dioden in Serienschaltung arbeiten, sprechen Fachleute von einem Verstärker der Klasse AB.
Durch die Außenbeschaltung der GAIN-Control an Pin 1 und Pin 8 wird der Verstärkungsfaktor im Bereich von 20 bis 200 definiert.
Der Anschluss BAYPASS an Pin 7 kann genutzt werden, um die elektrische Stabilität der Schaltung zu erhöhen, indem die Schwingneigung reduziert wird.
Um die Funktion des LM386 richtig verstehen zu können, sollten Sie mit den Schalt- bzw. Steuerfunktionen eines Transistors vertraut sein. In unserem Ratgeber zum Transistor BC547 haben wir diese Funktionen ausführlich beschrieben.
Die Transistoren Q1 und Q2 (Gelb hinterlegt) dienen als Eingangsstufe für den invertierten Eingang (-INPUT). Die Transistoren Q3 und Q4 (Grün hinterlegt) sind für den nicht invertierten Eingang (+INPUT) zuständig.
Die beiden Transistoren Q5 und Q6 (Violett hinterlegt) arbeiten als Stromspiegel. Das bedeutet, der Kollektor/Emitter-Strom durch Q6 ist automatisch immer genauso hoch wie der Kollektor/Emitter-Strom durch Q5.
Der Transistor Q7 (Blau hinterlegt) dient als Treiber für die Endstufen-Transistoren Q9 und Q10 (Rot hinterlegt). Aufgrund der Spannungsversorgung mit UB und GND, sind beide Transistoren NPN-Typen.
Die Endstufen-Transistoren müssen wechselseitig leiten und sperren. Das bedeutet, wenn der Transistor Q9 leitet, muss der Transistor Q10 sperren. In diesem Fall liegt die Betriebsspannung am Ausgang an. Wenn der Transistor Q9 sperrt, muss der Transistor Q10 leiten und den Ausgang auf GND-Potential schalten. Fachleute sprechen dann von einem Gegentaktbetrieb. Damit die Schaltung so wie beschrieben funktioniert, muss das Ansteuersignal des Transistors Q10 um 180° in der Phase gedreht werden. Diese Aufgabe übernimmt der Transistor Q8.
Signalverlauf bei unterschiedlichen Ansteuerungen
Wenn die Eingänge nicht angesteuert werden, liegt am Ausgang eine Spannung an, die der halben Betriebsspannung UB entspricht. In den beigefügten Skizzen haben wir die Spannungsänderungen mit blauen Pfeilen dargestellt. Durch Anklicken werden die Skizzen groß dargestellt.
Spannungsanstieg am invertierten
Eingang des LM386
Ein Spannungsanstieg am invertierten Eingang des LM386 hat einen Spannungsrückgang am Ausgang des ICs zu Folge.
Spannungsrückgang am invertierten
Eingang des LM386
Ein Spannungsrückgang am invertierten Eingang des LM386 hat einen Spannungsanstieg am Ausgang des ICs zu Folge.
Spannungsanstieg am nicht invertierten
Eingang des LM386
Ein Spannungsanstieg am invertierten Eingang des LM386 hat einen Spannungsanstieg am Ausgang des ICs zu Folge.
Spannungsrückgang am nicht invertierten
Eingang des LM386
Ein Spannungsrückgang am nicht invertierten Eingang des LM386 hat einen Spannungsrückgang am Ausgang des ICs zu Folge.
Die Anschlussbelegung richtet sich in erster Linie danach, welche Aufgaben der IC LM386 übernehmen soll. Fachleute sprechen in diesem Fall von Anwendungen oder auch Applications. Die vier nachfolgend gezeigten Anschlussbeispiele zeigen den typischen Anschluss als Audioverstärker. Mit dem 10k Potentiometer (Poti) am Eingang kann die Lautstärke zwischen Min. und Max eingestellt werden. Damit der Gleichspannungswert am Ausgang (OUTPUT an Pin 5) nicht zum Lautsprecher (SP) übertragen wird, ist zur Entkopplung ein Kondensator (Elektrolytkondensator oder Elko) mit 250 µF erforderlich. Bei einer Betriebsspannung von 12V sind Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von 16V durchaus ausreichend. Der Lautsprecher (Speaker) sollte eine Impedanz von 4 oder 8 Ohm aufweisen.
LM386 mit Verstärkungsfaktor 20
Der Audioverstärker kann mit einer minimalen Außenbeschaltung betrieben werden. Die Anschlüsse GAIN und BAYPASS bleiben in diesem Fall unbenutzt. Der Verstärkungsfaktor liegt bei dieser Außenbeschaltung bei 20.
LM386 mit Verstärkungsfaktor 50
Wird ein höherer Verstärkungsfaktor gewünscht, wird zwischen den Anschlüssen GAIN an Pin 1 und 8 ein RC-Glied* geschaltet. Um Schwingungsneigungen zu dämpfen, kann am Pin 7 ein Kondensator gegen Masse geschaltet werden.
LM386 mit Verstärkungsfaktor 200
Um den maximalen Verstärkungsfaktor nutzen zu können, ist es ausreichend, die Pins 1 und 8 mit einem Kondensator zu verbinden. Der Bypass-Kondensator an Pin 7 sollte in diesem Fall eine Kapazität von ca. 10µF aufweisen.
LM386 mit Bass Anhebung
Um die schlechte Bass Wiedergabe von kleinen Lautsprechern zu kompensieren, kann die Verstärkung von tiefen Frequenzen erhöht werden. Dazu wird ein Teil des Signals am Ausgang über ein RC-Glied* auf Pin 1 zurück gekoppelt.
Anschluss als Rechteck-Oszillator
Im Gegensatz zur Schaltung als Audioverstärker, werden bei der Schaltung als Oszillator beide Eingänge genutzt. Über Widerstände (30k und 10k) wird ein Teil des Ausgangssignals auf die Eingänge zurück gekoppelt.
Die Schwingfrequenz liegt bei der gezeigten Schaltungsauslegung bei ca. 1000 Hz (1 kHz). Durch den Einsatz von Bauteilen mit abweichenden elektrischen Werten lässt sich die Schwingfrequenz recht einfach beeinflussen.
*Ein RC-Glied ist eine Kombination aus einem Widerstand (Resistor) und einem Kondensator (Capacitor).
Diese Frage lässt sich definitiv mit einem „Ja“ beantworten. Besonders dann, wenn der IC in der Bauform mit DIP-Gehäuse genutzt wird. Denn dann kann das 8polige Bauteil sehr leicht in einer Steckplatine genutzt werden.
Aufgrund des geringen Strombedarfs ist selbst eine lang andauernde Versorgung mit Batterien kein Thema. Hinzu kommt, dass für den Aufbau der unterschiedlichsten Schaltungen nur sehr wenige externe Bauteile erforderlich sind.
Da das Bauteil sehr robust ist, können Lernende die unterschiedlichsten Schaltungsänderungen in ihren DIY Projekten ausprobieren ohne dabei den IC zu zerstören. Und sollte es doch passieren, ist es bei dem Preis kein Thema, weitere Exemplare vorrätig zu haben.
Um die Batterie bei Nichtgebrauch zu schonen, macht es Sinn, einen Schalter zu verwenden. Um den Schaltzustand erkennen zu können, kann dann zwischen Pin 6 und Masse (Ground) eine Low Current LED geschaltet werden. Selbstverständlich muss in Serie zur LED ein Vorwiderstand geschaltet werden. Welchen Widerstandswert der Vorwiderstand aufweisen muss, damit die LED keinen Schaden nimmt, haben wir in unserem Ratgeber zur Vorwiderstandsberechnung genau erklärt. Wer noch Fragen zu den farbigen Ringen auf den Widerständen hat, findet in unserem Ratgeber zum Widerstands Farbcode alle notwendigen Informationen.