Os amplificadores de áudio projetados para funcionar com uma alimentação de 5 V de uma tomada USB, como 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 de computador para acionar um alto-falante de 8 ohms e 3 watts. Você pode construir alguns desses circuitos e usá-los para criar uma saída estéreo em um par de alto-falantes de 8 Ohms.

Observe que TDA2822 IC é obsoleto agora portanto, optando por um circuito usando este IC para o projeto discutido pode não ser uma boa ideia. No entanto, o presente projeto 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 acoplamento capacitores , ou capacitores de bootstrap ou capacitores de amortecimento
Ele exibe extrema estabilidade por meio do ganho de unidade.
Vem com embalagem WSON, VSSOP, SOIC ou PDIP
Permite definir uma rede de controle de ganho externa

Especificações importantes:

O IC LM4871D é projetado para lidar com alto-falantes classificados em 3 ohms ou 4 ohms a 3 watts
Todas as versões restantes da série são especificadas para lidar com 1,5 watt com alto-falante de 8 ohms.
Os ICs têm corrente de desligamento definida internamente em 0,6uA normalmente
A faixa de tensão de trabalho está entre 2,0 V a 5,5 V, perfeitamente adequada para funcionar com alimentação USB do PC.
A distorção harmônica total máxima com uma carga de alto-falante de 8 Ohms a 1kHz é cerca de 0,5%

Especificações e pacote de pinagem

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

“alta corrente do controlador do motor arduino ”

Operação do circuito amplificador USB 5V

Circuito amplificador 5V USB 3 watt para PC

Lista de Peças

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

20 K = 2 nos
40 K = 2 nos
100 K = 3 nos (incluindo 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, fornecendo 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 apropriadamente os valores da razão 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 defasados.

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

Normalmente, para qualquer amplificador, uma configuração de “modo em ponte” pode ser implementada conduzindo a carga conectada de forma deferente por meio de algumas saídas Vo1 e Vo2.

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

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

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

A capacidade de alcançar tal aumento de potência permite que o amplificador funcione sem um estágio limitador de corrente e, portanto, sem cortes indesejáveis.

Um benefício adicional da saída diferencial em ponte é a ausência de rede CC no alto-falante conectado. Isso ocorre 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.

Compreendendo o funcionamento e as especificações dos componentes

Ri é o resistor de entrada inversora que é empregado para definir o ganho de malha fechada junto com Rf. Além disso, este resistor também implementa uma função de filtro passa-alta com Ci em fC = 1 / (2π RiCi).

Lá forma o capacitor de acoplamento de entrada posicionado para bloquear DC e permitir a frequência de áudio AC através dos pinos de entrada. Este capacitor também habilita um filtro passa-alta em conjunto com Ri em fC = 1 / (2π RiCi).

Rf torna-se a resistência de feedback que corrige o ganho de malha fechada com a ajuda de Ri.

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

Cb está posicionado como o capacitor de pino de bypass e este capacitor reforça a filtragem para meia alimentação

Avaliações máximas absolutas

A classificação máxima tolerável para este circuito é explicada abaixo:

A tensão de alimentação máxima é de 6 V, a tensão de trabalho típica é de 5 V
Os níveis de temperatura mínimo e máximo toleráveis são -65 e 150 graus Celsius, respectivamente.
O sinal de entrada de música do USB pode estar em qualquer lugar entre -0,3 V e 5,3 V
A dissipação máxima de energia é limitada internamente, então não há necessidade de se preocupar com esse problema.

Características elétricas:

V dd significa a tensão de alimentação que está entre 2 V e 5,5 V normalmente.

eu dd é a corrente quiescente consumida da fonte de alimentação de entrada pelo IC e pode estar entre 6,5mA a 10mA

eu sd é o símbolo para corrente de desligamento, quando o potencial do pino # 1 torna-se igual a Vdd, o desligamento é iniciado fazendo com que o consumo caia para 0,6uA

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

P 0 é a potência de saída e é cerca de 3 watts quando a carga é um alto-falante de 8 ohms

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

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

Imagem de protótipo do amplificador USB 5V: