Kleiner Audioverstärker mit LM386

Ein Arduino soll Töne ausgeben, ein Bastelradio braucht eine Endstufe, eine Gegensprechanlage einen kleinen Lautsprecher. Für solche Aufgaben ist der LM386 seit Jahrzehnten erste Wahl: ein achtbeiniger Leistungsverstärker, der an einer einzigen Versorgung von 4 bis 12 V läuft, mit wenigen Bauteilen auskommt und einen Lautsprecher mit einigen hundert Milliwatt treibt. Das reicht für einen Schreibtisch, nicht für eine Party.

Hier baust du ihn an 9 V mit einem 8-Ω-Lautsprecher auf. Die Schaltung entspricht der Grundbeschaltung aus dem Datenblatt, ergänzt um einen Koppelkondensator am Eingang und eine saubere Abblockung.

Schaltplan

• IC1, LM386N-3: der Verstärker im DIL-8-Gehäuse. Die Ausführung -3 ist für 9 V an 8 Ω spezifiziert. Die Verstärkung ist intern auf 20 festgelegt.
• P1, 10 kΩ log: ein Potentiometer als Lautstärkeregler. Die logarithmische Kennlinie passt zum Gehör.
• C1, 1 μF: Koppelkondensator. Er hält Gleichspannung der Quelle, etwa den Mittelwert eines PWM-Signals, vom Eingang fern.
• C2, 10 μF: am Pin BYPASS. Er siebt die interne Vorspannung und verbessert die Unterdrückung von Versorgungsstörungen.
• C3, 100 μF, und C4, 100 nF: stützen die Versorgung direkt an Pin 6. Ohne sie neigt der LM386 zum Schwingen.
• C5, 470 μF: der Ausgangselko. Er trennt die halbe Versorgungsspannung am Ausgang vom Lautsprecher.
• R1, 10 Ω, und C6, 47 nF: das Zobel-Glied. Es gibt dem Ausgang bei hohen Frequenzen eine ohmsche Last.

So funktioniert die Schaltung

Innen ist der LM386 ein Operationsverstärker mit einer Gegentakt-Endstufe. Die Eingänge sind über je 50 kΩ auf Masse bezogen; eine Quelle mit Bezug zur Masse lässt sich deshalb ohne Vorspannung anschließen. Den Ausgang legt der Baustein selbst auf die halbe Versorgung, hier 4,5 V. Um diesen Ruhepunkt schwingt das Signal.

Der Lautsprecher darf diese 4,5 V nicht als Gleichspannung sehen, sonst flösse ständig über 0,5 A durch seine Schwingspule. C5 lässt nur das Wechselsignal durch. Er bildet mit dem Lautsprecher einen RC-Hochpass: Bässe unter dessen Grenzfrequenz werden schwächer.

Die Verstärkung legen interne Widerstände fest: ein Gegenkopplungswiderstand von 15 kΩ und zwischen Pin 1 und 8 eine Kette aus 150 Ω und 1,35 kΩ. Daraus ergibt sich

Überbrückst du die 1,35 kΩ mit einem Kondensator, steigt sie auf 200.

Ein Lautsprecher ist bei hohen Frequenzen keine ohmsche Last mehr, seine Schwingspule wirkt als Spule. Manche Endstufen schwingen dann bei einigen hundert Kilohertz – unhörbar, aber mit Wärme und Verzerrungen. Das Zobel-Glied aus R1 und C6 wird oberhalb von 1 / (2π · 10 Ω · 47 nF) ≈ 340 kHz niederohmig und hält die Last dort ohmsch.

Dimensionierung

1. Versorgung und Ausgangsleistung. Bei 9 V kann der Ausgang um etwa 3 V nach oben und unten schwingen, bevor er begrenzt. An 8 Ω ergibt das

Das Datenblatt nennt für den LM386N-3 an 9 V typisch 0,7 W bei 10 % Klirrfaktor, also mit deutlich hörbarer Begrenzung.

2. Eingangsspannung. Für Û = 3 V am Ausgang braucht der Eingang bei Verstärkung 20 nur 0,15 V Spitze oder 106 mV effektiv. Der Kopfhörerausgang eines Smartphones liefert mehr; P1 regelt das herunter. Ein Elektret-Mikrofonverstärker liefert bei lauter Sprache in 30 cm rund 70 mV und passt damit direkt.

3. Ausgangselko. Mit C5 = 470 μF liegt die untere Grenzfrequenz bei

Kleine Lautsprecher geben darunter ohnehin nichts wieder. Mit 220 μF wären es 90 Hz. Die Spannungsfestigkeit sollte mindestens 16 V betragen.

4. Verlustleistung. Die Endstufe setzt am meisten um, wenn die Amplitude U_B / π beträgt, also nicht bei voller Lautstärke:

Bauteilliste

Varianten

Mehr Verstärkung. Ein 10-μF-Elko zwischen Pin 1 (Plus) und Pin 8 überbrückt den internen 1,35-kΩ-Widerstand: Die Verstärkung steigt auf 200. Mit einem Widerstand in Reihe stellst du Zwischenwerte ein. Für 50 muss die Parallelschaltung aus 1,35 kΩ und dem externen Widerstand 450 Ω ergeben; mit 680 Ω wird V = 30 kΩ / (150 Ω + 452 Ω) ≈ 50. Bei hoher Verstärkung legst du den unbenutzten Eingang (Pin 2) mit 100 nF an Masse, sonst schwingt der Verstärker leicht.

Töne vom Arduino. Ein Pin mit tone() oder ein PWM-Signal gelangt über einen RC-Tiefpass aus 1 kΩ und 100 nF und über P1 an den Eingang. C1 hält dabei den Gleichanteil von 2,5 V fern. Für Sprache und Musik aus dem Mikrocontroller siehe Analogspannung aus PWM.

Kopfhörer statt Lautsprecher. Für Kopfhörer ist der LM386 zu laut und zu verrauscht; besser geeignet ist ein Kopfhörerverstärker mit Operationsverstärker.

Mehr Leistung. Für einige Watt aus 5 V greifst du zu Klasse-D-Verstärkern wie dem PAM8403; sie erreichen über 85 % Wirkungsgrad statt rund 50 %.

Typische Fehler

• Pfeifen oder Motorboating: fehlende oder zu weit entfernte Abblockkondensatoren an Pin 6, gemeinsame Masseleitung für Eingang und Lautsprecher. Lege die Masse sternförmig an Pin 4.
• Rauschen bei Verstärkung 200: Der LM386 ist kein rauscharmer Verstärker. Arbeite mit 20 und setze bei Bedarf einen Vorverstärker davor.
• Ausgangselko verpolt: Der Pluspol gehört an Pin 5, wo 4,5 V Gleichspannung liegen.
• Verzerrungen schon bei geringer Lautstärke: Die Batterie ist schwach oder hat zu viel Innenwiderstand. Miss die Versorgung an Pin 6 während der Wiedergabe.
• Baustein wird heiß: 4-Ω-Lautsprecher oder 12 V an 8 Ω verdoppeln die Verlustleistung. Prüfe mit der Formel oben.

Selbsttest