Os amplificadores de áudio que são projetados para funcionar com uma alimentação de 5 V de uma tomada USB, como de um computador USB, são chamados de amplificadores USB.
Neste artigo, aprenderemos como construir um circuito amplificador simples de 3 watts que pode ser alimentado diretamente de uma porta USB de 5V de computador para acionar um alto-falante de 3 watts de 8 ohms. Você pode construir alguns desses circuitos e usá-los para criar uma saída estéreo em um par de alto-falantes de 8 Ohm.
Observe que TDA2822 IC está obsoleto agora portanto, optar por um circuito usando este IC para o projeto discutido pode não ser uma boa ideia. No entanto, o projeto atual é baseado no IC LM4871, que está disponível em abundância, vamos aprender as principais características e funcionamento deste IC
Principais características
- O IC funciona sem envolver qualquer tipo de capacitores de acoplamento, capacitores bootstrap ou capacitores snubber
- Exibe extrema estabilidade através do Unity Gain.
- Vem com embalagem WSON, VSSOP, SOIC ou PDIP
- Permite definir uma rede externa de controle de ganho
Especificações importantes:
- O IC LM4871D foi projetado para lidar com alto-falantes classificados em 3 ohms ou 4 ohms em 3 watts
- Todas as versões restantes da série são especificadas para lidar com 1,5 watt com alto-falante de 8 Ohm.
- Os ICs têm corrente de desligamento definida internamente em 0,6uA normalmente
- A faixa de tensão de trabalho é entre 2,0V a 5,5V, perfeitamente adequada para trabalhar com alimentação USB do PC.
- A Distorção Harmônica Total Máxima com uma carga de alto-falante de 8 Ohm a 1kHz é de cerca de 0,5%
Especificações e pacote de pinagem
A imagem a seguir mostra os detalhes de pinagem do IC e os modelos e layouts de pacotes disponíveis:
Operação do Circuito Amplificador USB 5V
Lista de peças
Todos os resistores 1/4 watt ou 1/8 watt, 1% MFR ou SMD
- 20 K = 2 nos
- 100 K = 1 não (Rpu)
Capacitores
- 0,39uF cerâmica = 1 não
- 1uF / 16V Tântalo = 2 nos
Semicondutor
IC LM4871 = 1 não
Como pode ser visto no esquema acima, o LM4871 inclui alguns amplificadores operacionais internamente, oferecendo ao usuário a opção de configurar o amplificador de algumas maneiras especificadas.
O ganho do primeiro amplificador pode ser gerenciado externamente, enquanto o segundo amplificador foi conectado internamente com um ganho de unidade inversora.
O ganho de malha fechada para o primeiro amplificador pode ser determinado selecionando adequadamente os valores da relação Rf/Ri, enquanto o mesmo foi fixado para o segundo amplificador internamente através de um par de resistores de 40K.
Podemos ver que a saída do amplificador#1 está configurada para ser a entrada do amplificador#2, permitindo que ambos os amplificadores gerem sinais com valores idênticos, embora estes possam estar 180 graus fora de fase.
Isso faz com que o ganho diferencial do IC seja AVD= 2 *(Rf /Ri ) .
Normalmente, para qualquer amplificador, uma configuração de “modo em ponte” pode ser implementada conduzindo a carga conectada de forma deferente através de algumas saídas Vo1 e Vo2.
Um amplificador configurado no modo em ponte terá um princípio de operação diferente em contraste com os amplificadores de terminação simples tradicionais que têm uma extremidade da carga conectada à linha de terra.
Um circuito de modo em ponte funciona com melhor eficiência em comparação com um amplificador de terminação única, pois a carga ou o alto-falante é comutado de maneira push-pull, permitindo uma oscilação de tensão dupla para cada pulso de frequência alternada.
Isso realmente permite que o alto-falante produza 4 vezes mais potência do que uma versão de extremidade única sob circunstâncias ou especificações idênticas.
A capacidade de atingir essa potência aumentada permite que o amplificador funcione sem um estágio limitador de corrente e, portanto, sem cortes indesejáveis.
Um benefício adicional da saída em ponte diferencial é a ausência de DC de rede no alto-falante conectado. Isso acontece porque VO1 e VO1 são polarizados em níveis de tensão idênticos, ou seja, VDD/2 no presente caso. Isso permite que o amplificador funcione sem um capacitor de acoplamento de saída, que de outra forma se torna obrigatório em amplificadores de terminação simples.
Entendendo o funcionamento e as especificações dos componentes
Ri é o resistor de entrada inversor que é empregado para definir o ganho de malha fechada junto com Rf. Além disso, este resistor também implementa uma função de filtro passa-altas com Ci em fC= 1/(2π RiCi).
Ci forma o capacitor de acoplamento de entrada posicionado para bloquear DC e permitir frequência de áudio AC através dos pinos de entrada. Este capacitor também habilita um filtro passa-altas em conjunto com Ri em fC= 1/(2π RiCi).
Rf torna-se a resistência de feedback que fixa o ganho em malha fechada com a ajuda de Ri.
C atua como capacitor de bypass de alimentação e fornece filtragem de ondulação para a fonte de alimentação.
Cb está posicionado como o capacitor do pino de desvio e este capacitor impõe a filtragem para meia alimentação
Classificações máximas absolutas
A classificação máxima tolerável para este circuito é explicada abaixo:
- A tensão máxima de alimentação é de 6V, a tensão de trabalho típica é de 5V
- Os níveis de temperatura mínima e máxima toleráveis são -65 e 150 graus Celsius, respectivamente.
- O sinal de música de entrada do USB pode estar em qualquer lugar entre -0,3 V e 5,3 V
- A dissipação máxima de energia é limitada internamente, portanto, não há necessidade de se preocupar com esse problema.
Características elétricas:
Vdd significa a tensão de alimentação que está dentro de 2V e 5,5V normalmente.
eudd é a corrente quiescente consumida da fonte de alimentação de entrada pelo IC e pode estar entre 6,5 mA a 10 mA
eusd é o símbolo da corrente de desligamento, quando o potencial do pino 1 se torna igual a Vdd, o desligamento é iniciado fazendo com que o consumo caia para 0,6uA
Vos refere-se à tensão de compensação de saída e é iniciado quando Vin = 0V, e pode ser 5V normalmente e 50mV no modo limitado.
P0 é a potência de saída e é de cerca de 3 watts quando a carga é um alto-falante de 8 Ohm
THD+N indica a distorção harmônica total que está dentro de 0,13 a 0,25% com uma faixa de frequência de 20Hz a 20kHz.
PSRR nos dá a taxa de rejeição da fonte de alimentação para Vdd a 5V típico, e isso é em torno de 60dB.
Imagem do protótipo do amplificador USB de 5V:
Recomendação de layout de PCB:
Artigo original: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf
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FONTE
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