20 世纪 70 年代中期,美国国家半导体公司(National Semiconductor)推出了 LM386 低压音频功率放大器,专为电池供电类消费电子产品设计。这款芯片将完整的 AB 类推挽输出级集成在 8 引脚双列直插封装内,内置固定 20 倍增益,具备接地参考输入与自动中点偏置输出特性,静态工作电流仅 4mA。仅需一节9V电池供电,并搭配极少外围元件,即可直接驱动扬声器工作。
产品现状
时隔近 50 年,LM386 至今仍在持续量产。2011 年,Texas Instruments 收购 National Semiconductor 后继续生产该芯片;与此同时,Unisonic Technologies、Japan Radio Company(JRC/NJM)以及全球多家通用晶圆厂也持续提供兼容型号,目前暂无停产计划。
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八引脚集成经典Lin 音频功放架构
LM386 内部采用经典的 Lin 音频功放拓扑:差分输入级、电压放大级以及互补推挽输出级,将完整音频放大链路压缩进不足指甲盖大小的封装中。
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输入级
输入级采用 PNP 射极跟随器对,后接长尾差分放大电路。内部两只 50kΩ 电阻用于设定输入阻抗并提供接地参考通路,因此输入端可直接接收接近地电位的信号,无需额外偏置电路。
增益调节
1 脚与 8 脚之间内置 1.35kΩ 与 150Ω 串联电阻,默认固定电压增益为 20 倍(26dB)。
若在 1、8 脚之间跨接电容,可旁路 1.35kΩ 电阻,将增益提升至 200 倍(46dB);若在电容前串联电阻,则可设置任意中间增益值。
输出级
输出级采用互补推挽架构,工作于 AB 类模式,可驱动 4Ω~32Ω 扬声器负载。输出端会自动偏置至电源电压中点,因此无需额外直流偏置元件。
型号差异
三款主流型号覆盖不同功率等级:
LM386N-1:输出功率 325mW
LM386N-3:输出功率 700mW
LM386N-4:最高输出功率 1W
全系列标准工作电压范围为 4V~12V,其中 LM386N-4 最高支持 18V 供电。所有型号静态电流均约为 4mA,在 6V 供电条件下静态功耗仅 24mW。
AM/FM 收音机到烟盒吉他音箱
National Semiconductor 当年的官方手册将 LM386 用于:
AM/FM 收音机功放
便携式磁带播放器
对讲设备
电视伴音系统
线路驱动器
超声波驱动器
小型伺服驱动器
对于这些低功率应用而言,采用分立晶体管输出级往往属于设计过度,而电池续航与 PCB 空间的重要性则高于音频保真度。
LM386 提供了极简的一体化方案:只需一颗芯片、一颗输出耦合电容、一颗电源滤波电容,再加一个扬声器即可工作。
这款芯片真正长久的生命力,则来自电子 DIY 社区。20 世纪 80 年代初,美国电子工程师、Fender 功放定制工坊负责人 Bruce Zinky 设计出了 Smokey Amp:仅使用一颗 LM386 与两个电容,即可构成完整吉他功放,并且整体尺寸能够装入香烟盒中。
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这款设计甚至没有任何调节旋钮,音量与音色完全依靠吉他本身控制。到了 1990 年代,Bruce Zinky 将其改进为商业版本,随后 Smokey Amp 成为 DIY 电子领域被仿制最多的经典电路之一。
后续又衍生出 Little Gem、Little Gem MkII 等经典复刻方案,各类基于 LM386 的迷你音箱、Fuzz 效果器、摩尔斯电码练习振荡器以及 Arduino 扬声器驱动电路层出不穷。
为什么仍未被D 类功放淘汰?
从纸面参数来看,LM386 本应早已退出历史舞台。
现代 D 类功放,例如 PAM8403,仅需 5V 供电即可实现每声道 3W 立体声输出,无需输出滤波器,失真更低,PCB 占用面积也更小。
甚至 Texas Instruments 自己也在新设计中推荐 LM4864 与 TPA4861 等后续型号。
而 LM386 满功率下总谐波失真(THD)高达 10%,原厂数据手册甚至直接承认其输出已经出现削波失真。
但直到今天,Texas Instruments 仍持续量产 DIP-8、SOIC-8 与 VSSOP-8 等封装版本;Unisonic Technologies 与 Japan Radio Company 也仍在稳定供货;Mouser Electronics 与 Digi-Key Electronics 等分销商依旧长期备货。
原因其实非常简单:它几乎不依赖复杂外围生态。
没有固件、没有配置寄存器、无需滤波器设计,也不需要复杂去耦网络。只要一把电烙铁、几颗电容和一节电池,就能快速搭建完整电路。
而这,恰恰也是当年 National Semiconductor 设计 LM386 时最核心的理念。它的生命力最终证明:真正持久的产品,未必拥有最先进的性能参数,但一定足够简单、足够实用。
关于国家半导体公司
国家半导体公司(National Semiconductor Corporation) 是美国一家著名的模拟半导体制造商,成立于1959年,总部位于加州圣克拉拉,以电源管理IC、运算放大器、电压稳压器和混合信号芯片等产品闻名,曾是模拟电路领域的领先企业。2011年被德州仪器(TI)以65亿美元现金收购后,作为独立公司不复存在,其产品、技术和员工全部并入TI的模拟业务部门,目前原National的许多器件仍以TI品牌或兼容形式在市场上流通。该公司在硅谷半导体发展史上留下了重要印记,尤其在高效模拟电源管理技术方面贡献突出。
关于Lin音频功放拓扑
Lin音频功放拓扑是由华裔工程师林宏昌(H. C. Lin,Hung-Chang Lin)于1956年提出的经典晶体管音频功率放大器结构,是现代固态AB类音频功放最重要和最广泛采用的基础架构。该拓扑采用典型的三阶段设计(差分输入级 + 电压放大级 + 输出级),开创性地实现了无输出变压器的实用晶体管功放,并从准互补输出逐步演进为全互补对称结构。林宏昌作为早期华裔半导体与电路设计先驱,其Lin拓扑以结构简洁、性能稳定、易于实现低失真的特点,深刻影响了后续数十年全球Hi-Fi和专业音频功放的设计,直至今日仍是许多工程师学习和应用的经典起点。
原文
https://www.allaboutcircuits.com/news/the-lm386-how-national-semiconductor-put-a-speaker-amplifier-in-eight-pins/
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