Amplificador de áudio USB de 5V para PC Speaker

Os amplificadores de áudio projetados para operar a partir de uma fonte de 5V a partir de um soquete USB, como o USB de um computador, 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 no seu computador para acionar um alto-falante de 8 watts e 3 watts. Você pode construir um par desses circuitos e usá-los para criar uma saída estéreo em um par de alto-falantes de 8 ohm.

tenha em conta que TDA2822 IC está obsoleto agora portanto, optar por um circuito usando este CI para o projeto discutido pode não ser uma boa ideia. No entanto, o design atual é baseado no IC LM4871, que está amplamente disponível. Vamos aprender os principais recursos e operação deste IC.

Principais características

  • O IC funciona sem envolver nenhum tipo de capacitor de acoplamento, capacitor de partida ou capacitor de amortecedor.
  • Exibe extrema estabilidade através do Unity Gain.
  • Vem com WSON, VSSOP, SOIC ou PDIP Packaging
  • Permite que você estabeleça 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 watts com alto-falante de 8 ohm.
  • Os circuitos integrados têm uma corrente de desligamento definida internamente de 0,6uA
  • A faixa de tensão de trabalho está entre 2,0V e 5,5V, perfeitamente adequada para trabalhar com a alimentação USB do PC.
  • A distorção harmônica total máxima com uma carga de alto-falante de 8 ohms a 1 kHz é de cerca de 0,5%

Especificações de pinagem e embalagem

A imagem a seguir mostra os detalhes da pinagem do IC e os modelos e modelos de pacotes disponíveis:


Detalhes da pinagem LM4871Operação do circuito do amplificador USB de 5V

5V USB Circuito de amplificador de 3 watts Para PCLista de peças

Todos os resistores 1/4 watt ou 1/8 watt, 1% MFR ou SMD

  • 20 K = 2 nós
  • 40 K = 2 us
  • 100 K = 3 us (incluindo Rpu)

Capacitores

  • 0,39 uF de cerâmica = 1 não
  • 1uF / 16V Tântalo = 2 nos

Semicondutor

IC LM4871 = 1 não

Como você pode ver no esquema acima, o LM4871 inclui um par de amplificadores operacionais internamente, dando ao usuário a opção de configurar o amplificador de várias maneiras específicas.


O ganho do primeiro amplificador pode ser gerenciado externamente, enquanto o segundo amplificador foi conectado internamente com um ganho da unidade inversora.

O ganho do circuito fechado para o primeiro amplificador pode ser determinado pela seleção apropriada dos valores da relação Rf / Ri, enquanto foi definido internamente para o segundo amplificador através de um par de resistores de 40K.

Podemos ver que a saída do amplificador nº 1 está configurada para ser a entrada do amplificador nº 2, permitindo que ambos os amplificadores gerem sinais com valores idênticos, embora possam estar 180 graus fora de fase.

Isso resulta no ganho diferencial do IC sendo AVD = 2 * (Rf / Ri).

Em geral, uma configuração de “modo de ponte” pode ser implementada para qualquer amplificador, direcionando a carga conectada de maneira diferencial por meio de um par de saídas Vo1 e Vo2.

Um amplificador configurado no modo bridge terá um princípio diferente de operação, em contraste com os amplificadores tradicionais de extremidade única que possuem uma extremidade da carga conectada à linha de aterramento.

Um circuito em modo ponte funciona com melhor eficiência em comparação com um amplificador de extremidade única, uma vez que a carga ou o alto-falante é pressionado, permitindo uma oscilação de tensão dupla para cada pulso de frequência alternado.

Na verdade, isso permite que o alto-falante produza 4 vezes mais energia do que uma versão de extremidade única sob circunstâncias ou especificações idênticas.

A capacidade de atingir essa potência aumentada permite que o amplificador opere sem um estágio limitador de corrente e, portanto, sem cortes indesejáveis.

Um benefício adicional da saída em ponte diferencial é a ausência de CC líquida através do alto-falante conectado. Isso acontece porque o VO1 e o VO1 são polarizados em níveis de tensão idênticos, isto é, VDD / 2 no presente caso. Isso permite que o amplificador funcione sem um capacitor de acoplamento de saída, que se torna obrigatório em amplificadores de extremidade única.

Compreender a operação e as especificações dos componentes

Rhode Island é a resistência de entrada inversora usada para estabelecer o ganho de malha fechada junto com Rf. Além disso, esse resistor também implementa uma função de filtro passa-alto com Ci em fC = 1 / (2π RiCi).

Ci Ele forma o capacitor de acoplamento de entrada colocado para bloquear a CC e permitir a frequência CA de áudio através dos pinos de entrada. Este capacitor também permite um filtro passa-alto junto com Ri em fC = 1 / (2π RiCi).


Rf Torna-se o resistor de realimentação que repara o ganho em malha fechada com a ajuda de Ri.

Cs Ele atua como um capacitor de desvio de alimentação e fornece filtragem de ondulação para a fonte de alimentação.

Cb está posicionado como o capacitor do pino de derivação e este capacitor aplica a filtragem para metade da fonte

Taxas absolutas máximas

A classificação máxima tolerável para este circuito é explicada abaixo:

  • A tensão máxima de alimentação é 6V, a tensão operacional típica é 5V
  • Os níveis mínimo e máximo de temperatura tolerável são -65 e 150 graus Celsius, respectivamente.
  • O sinal de entrada de música do USB pode estar entre -0,3V e 5,3V
  • A dissipação máxima de energia é limitada internamente, portanto você não precisa se preocupar com esse problema.

Características elétricas:

Vdd significa a tensão de alimentação dentro de 2V e 5.5V normalmente.

mimdd é a corrente inativa consumida pela fonte de alimentação de entrada pelo IC e pode estar entre 6,5 mA a 10 mA

mimsd é o símbolo da corrente de desligamento, quando o potencial do pino n. ° 1 torna-se igual a Vdd, o desligamento é iniciado e o consumo cai para 0,6uA

Vos refere-se à tensão de deslocamento de saída e inicia quando Vin = 0V, e normalmente pode ser 5V e 50mV no modo limitado.

P0 é a potência de saída e fica em torno de 3 watts quando a carga é um alto-falante de 8 ohm

THD + N indica a distorção harmônica total que está entre 0,13 e 0,25% com uma faixa de frequência de 20Hz a 20kHz.

PSRR Isso nos fornece a taxa de rejeição da fonte de alimentação para Vdd a 5V típica, e isso é em torno de 60dB.

Imagem do protótipo do amplificador USB de 5V:

Módulo amplificador USB LM4871Recomendação de design de PCB:

Amplificador USB PCB DesignArtigo original: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

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