Amplificador de áudio USB 5V para alto-falantes do PC

Amplificador de áudio USB 5V para alto-falantes do PC

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:

Detalhes da pinagem LM4871

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).

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:

Amplificador USB do módulo LM4871

Recomendação de layout de PCB:

Layout PCB do amplificador USB

Artigo original: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf




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