Raspberry Pi Projekte: Audio-Verstärker mit LM386

Prof. Jürgen Plate

Raspberry Pi: Audio-Verstärker mit LM386

Bei einer Appliance mit dem Raspberry Pi ist je nach Anwendungsfall nicht immer die entsprechende Audio-Peripherie verfügbar, also weder Verstärker- noch sonstige Audio-Anlage. Auch die Zusatzlautsprecher, die man für den PC bekommt (oft als "Brüllwürfel" bezeichnet) sind nicht immer einsetzbar, beispielsweise, wenn sie einen eigenen Netzanschluss oder ein zusätzliches Netzteil benötigen. Das hilft eventuell ein kleiner Verstärker, der am Audio-Ausgang mit 3,5-mm-Klinkenbuchse angeschlossen wird und der mit 5 V Versorgungsspannung auskommt. Für RasPi und Verstärker reicht dann ein ordentliches Steckernetzteil aus und auch die Versorgung per Akku ist möglich.

Der hier vorgestellte Verstärker auf Basis des LM386 ist universell einsetzbar und kommt mit wenigen Bauteilen aus. Den LM386 gibt es schon sehr lange, er wird aber immer noch gerne eingesetzt und das nicht zuletzt wegen des günstigen Preises, die DIP8-Version kostet etwa eine Euro. Der Baustein ist ein robuster Class-AB-Verstärker, der als LM386N-1 mit 325 mW und als LM386N-3 mit 700 mW Ausgangsleistung verfügbar ist. Es genügt eine unsymmetrische Stromversorgung zwischen 4 und 12 V, die Ruhestromaufnahme beträgt nur nur 4 mA. Die Tonqualität bei minimalem Schaltungsaufbau ist sehr gut aber kein HiFi. Bei Übersteuerung sind deutliche Verzerrungen wahrnehmbar (Klirrfaktor). Bei der Anordnung auf einer Platine ist natürlich auf Abstand zu Störquellen zu achten. Der LM386 ist einkanalig, also eine Mono-Ausführung. Für einen Stereo-Verstärker muss die Schaltung daher doppelt aufgebaut werden. Der Schaltplan ist recht übersichtlich und beruht auf dem Datenblatt des LM386. C1 hält Gleichspannungsanteile vom Eingang fern. Mit dem Trimmpoti R1 kann die Lautstärke eingestellt werden. C3 und R2 verhindern Schwingneigung am Ausgang. An JP1 wird das Audiosignal angeschlossen (Pin 1: Masse, Pin2: Signal) und an JP2 die Stromversorgung und der Lautsprecher (Pin 1: +5 .. +9 V, Pin2: Lautsprecher, Pin 3: GND und Lautsprechermasse). Die Versorgungsspannung wird durch C6 geblockt.


Schaltung des Verstärkers. Der Lautsprecher wird zwischen Ausgang (JP2, Pin 2) und Masse geschaltet.

Man kann schon beim Schaltungsdesign den Verstärkungsfaktor (und damit auch das Grundrauschen beeinflussen). Die nachfolgend besprochene Schaltung erlaubt drei Verstärkungsfaktoren: 20-fach für Kopfhörer (ab ca. 25 Ohm), 50-fach für kleine Lautsprecher und 200-fach, wenn's maximal laut sein soll. Deshalb wurde eine Platine entwickelt, bei der alle drei Möglichkeiten berücksichtigt wurden und die auch die unterschiedlichsten Lautsprecher ansteuern kann. Die Einstellung des gewünschten Modus erfolgt durch die Auswahl der Bauteile. Die entsprechenden Bauteile sind im Layout der Platine farbig unterlegt (Verstärkung: grün, Ausgangsimpedanz: pink). Die Platine ist einseitig gehalten und misst gerade mal 33 mm x 33 mm.

Die Verstärkung wird an den Pins 1 und 8 eingestellt:


Platinenlayout mit farbig markierten Bauteilen. Achtung: Darstellung ohne Masseflächen!

Der LM386 arbeitet am liebsten mit etwas höherohmigen Lautsprechern von 16 - 50 Ohm, kann aber auch mit 4- oder 8-Ohm-Lautsprechen betrieben werden (dazu gehören u. a. auch die Im-Ohr-Kopfhörer). Will man Kopfhörer oder Lautsprecher mit einer sehr geringen Impedanz verwenden, kann sich das Grundrauschen bemerkbar machen. Abhilfe schafft hier ein Widerstand von 10 bis 100 Ohm (R3) in Reihe mit dem Kopfhörer oder Lautsprecher. Sonst wird R3 durch eine Drahtbrücke ersetzt.


Das fertig gelötete Board (ohne R3)

Für Stereobetrieb werden zwei Platinen benötigt. In diesem Fall können die Lautstärkeeinsteller am Eingang (R1) auch durch ein Tandempotentiometer ersetzt werden, das mittels abgeschirmter Leitungen mit beiden Platinen verbunden wird.

Links:
Datenblatt LM386
Schaltplan (Eagle 6.4)
Platinenlayout (Eagle 6.4)


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