Diseño de un amplificador de audio estéreo usando TDA2822H – 7/9

En tutoriales anteriores, se diseñaron circuitos amplificadores para amplificar audio de un solo canal. La última década ha visto un auge en el sector audiófilo. Esto trajo una revolución en la industria de la música. Ahora, a la gente le gusta escuchar música envolvente de alta resolución como si fuera un vídeo en 3D. Un sistema de sonido envolvente está diseñado para crear un campo sonoro como si el sonido viniera de la parte trasera, frontal, izquierda y derecha. También puede crear sonido por encima del oyente. El sistema de sonido envolvente se utiliza en cines y teatros para brindar una sensación realista al público. Una alternativa al sistema de sonido envolvente es el sistema de audio estéreo. Básicamente hay dos sistemas de sonido:
1) Sistema de sonido mono: el sistema mono produce un sonido mono natural que proviene de un solo canal y es reproducido por un solo altavoz. Aunque se pueden agregar más parlantes para reproducir el mismo canal de audio, se reproducirá una copia del mismo sonido en todos los parlantes de ese sistema.
2) Sistema de sonido estéreo: en el sistema de sonido estéreo, el sonido estereofónico, también conocido como sonido estéreo, se puede escuchar a través de diferentes canales utilizando más de un altavoz. Generalmente por sistema estéreo se entiende que existen dos canales de audio independientes que son reproducidos por dos o más parlantes por separado. Este sistema es muy utilizado en auriculares. Para diseñar un sistema de sonido estéreo, necesita dos canales, así como la fuente de audio que pueda proporcionar el sonido estéreo. Para que se pueda obtener la señal de audio de dos canales de audio y el sonido se pueda reproducir en diferentes altavoces.
Para un sistema de sonido estéreo, se requiere la misma cantidad de amplificadores que canales de audio. En este tutorial, se diseñará un amplificador de audio de potencia estéreo utilizando IC TDA2822. TDA2822 es un amplificador de potencia dual con dos circuitos amplificadores independientes en el mismo chip. El IC se puede utilizar como puente o amplificador de audio estéreo. En el circuito diseñado en este tutorial, el IC se utiliza como amplificador de potencia estéreo para potenciar los canales de audio y enviar audio a dos altavoces separados.
En el artículo introductorio de esta serie, se analizaron varios parámetros de diseño de circuitos amplificadores de audio, como ganancia, volumen, tasa de pendiente, linealidad, ancho de banda, efecto de recorte, estabilidad, eficiencia, SNR, potencia de salida, THD y bucle de conexión a tierra. Este circuito amplificador se diseñará considerando los siguientes parámetros de diseño:
Ganancia (voltaje) – 39 dB
Ancho de banda: 20 Hz a 20 KHz
Potencia de salida – 1 vatio
El amplificador estará diseñado para entregar audio a dos altavoces con una impedancia de 8 ohmios. El circuito tendrá las siguientes características adicionales:
– Sin efecto de recorte
– Salida estéreo
Al diseño del circuito le seguirán pruebas del circuito para verificar los factores de diseño previstos.
Componentes necesarios –
Lista de componentes necessários para o amplificador de áudio de potência estéreo baseado em IC TDA2822H
Fig. 1: Lista de componentes necesarios para el amplificador de audio estéreo basado en IC TDA2822H
Diagrama de bloques -
Diagrama de blocos do amplificador de potência de áudio estéreo baseado em IC TDA2822
Fig. 2: Diagrama de bloques del amplificador de potencia de audio estéreo basado en IC TDA2822

Conexiones de circuito –

El circuito amplificador se construye ensamblando los siguientes componentes:
1) Fuente de CC: el circuito amplificador se alimenta con una batería de 9 V y 1,5 A. La fuente de alimentación pasa a través de un condensador (que se muestra como C3 en el diagrama del circuito) de 10 uF . Este es un condensador de filtrado para eliminar cualquier ondulación no deseada de la fuente de alimentación.
2) Fuente de audio: la entrada de audio la proporciona un teléfono inteligente. Para recibir audio desde el teléfono inteligente, se conecta un conector de audio de 3,5 mm al teléfono. El conector de audio de 3,5 mm tiene tres cables: uno para tierra y dos cables para los canales izquierdo y derecho. Dado que el amplificador está diseñado para ambos canales, los cables de ambos canales se conectarán al amplificador como entrada de audio. Ambos canales se utilizan para aplicar sonido estéreo a la entrada del amplificador. El cable de tierra del conector se conectará a la tierra común del circuito. Generalmente, las señales de audio en estos dos canales están desfasadas 180 grados, lo que convierte al sistema en un sistema de audio equilibrado.
Imagem típica de conector de áudio de 3,5 mm
Fig. 3: Imagen típica de un conector de audio de 3,5 mm
3) Amplificador de potencia dual TDA2822: TDA2822 es un circuito integrado de amplificador de potencia dual. Este IC puede funcionar en una amplia gama de voltajes de suministro que van desde 3 V a 15 V. Hay dos amplificadores operacionales independientes en el IC. Este IC está especialmente diseñado para su uso en radios portátiles y conjuntos de transistores. Es bien conocido por su baja distorsión cruzada y baja corriente de reposo.
Imagem típica do IC amplificador de potência duplo TDA2822
Figura 4: Imagen típica del CI del amplificador de potencia dual TDA2822

El TDA2822 tiene la siguiente configuración de pines:

Tabela de listagem de configuração de pinos do IC amplificador de potência duplo TDA2822
Fig. 5: Tabla que enumera la configuración de pines del CI del amplificador de potencia dual TDA2822
El IC tiene el siguiente diagrama de pines:
Diagrama de pinos do amplificador de potência duplo TDA2822 IC
Fig. 6: Diagrama de pines del CI del amplificador de potencia dual TDA2822
El IC tiene el siguiente diagrama funcional:
Diagrama Funcional do IC Amplificador de Potência Dupla TDA2822
Fig. 7: Diagrama funcional del CI del amplificador de potencia dual TDA2822
El TDA2822 se utiliza como amplificador de potencia estéreo en el circuito. El IC puede proporcionar una ganancia de bucle cerrado de 39 dB , lo que equivale a una ganancia de voltaje de 90. La ganancia de voltaje de este IC de amplificador dual no es ajustable ya que está restringida internamente a solo 39 dB.
El canal de audio izquierdo del conector de audio está conectado a la entrada no inversora de OPAM 1, mientras que el canal de audio derecho del conector de audio está conectado a la entrada no inversora de OPAM 2. Los pines de entrada inversora 8 y 5 de OPAM 1 y 2 están conectados respectivamente a tierra a través de un condensador de filtro (que se muestra como C1 y C2 en el diagrama del circuito, respectivamente) de 100 uF . Estos condensadores están conectados para rechazar la ondulación. La salida del OPAM 1 se toma del pin 1 del IC que está conectado a uno de los altavoces, mientras que la salida del OPAM 2 se toma del pin 3 del IC que está conectado a otro altavoz. En el pin de salida, se conectan condensadores (que se muestran como C4 y C5 en el diagrama del circuito) de 470 uF para bloquear el paso de cualquier componente de CC desde el amplificador a la carga de salida. Cualquier componente DC desde el amplificador hasta la carga que es el altavoz en este caso puede dañarlo o producir ruido o distorsión en el audio de salida. Hay un circuito RC (que se muestra como C6 y R3 en el diagrama de circuito) conectado al pin de salida de OPAM 1 y un circuito RC (que se muestra como C7 y R4 en el diagrama de circuito) conectado al pin de salida de OPAM 4. Ambos Estos circuitos RC se componen de un condensador de 0,1 uF y una resistencia de 4,7 ohmios. Estos circuitos RC ayudan a estabilizar la frecuencia de salida.
Cabe señalar que en este circuito se utiliza TDA2822H como TDA2822 IC. También hay otros modelos TDA2822 disponibles que tienen diferentes configuraciones y diagramas de pines.
4) Altavoces: hay dos altavoces con una potencia nominal de 10 vatios y una impedancia de 8 ohmios que se utilizan como carga en la salida de los amplificadores operacionales. Los altavoces están conectados a los pines 1 y 3 del IC, que son los pines de salida del TDA2822, y los cables de tierra de los altavoces están conectados a la tierra común. Se utilizan altavoces de 10 vatios en lugar de 6 vatios según disponibilidad.

Imagem típica de alto-falante de 10 W e 8 Ohms

Fig. 8: Imagen típica de un altavoz de 10 W y 8 ohmios

Se deben tomar las siguientes precauciones al ensamblar el circuito:

1. Utilice siempre el condensador de filtrado en el terminal de entrada de la fuente de alimentación para evitar ondulaciones no deseadas.
2. Utilice el altavoz equivalente o de alta potencia como potencia de salida del amplificador.
3. Utilice siempre un condensador en serie a través de la salida del amplificador para bloquear cualquier componente de CC.
4. Calcule siempre la potencia máxima del amplificador antes de conectarlo al altavoz. El valor práctico puede diferir del teórico.
5. Evite recortar la señal de salida, ya que esto podría dañar el altavoz.
6. Coloque siempre los componentes lo más cerca posible entre sí para reducir el ruido en el circuito.
7. Siga siempre la topología en estrella al realizar la conexión a tierra, esto mantendrá el ruido bajo y reducirá el problema de conexión a tierra del circuito.
Protótipo de amplificador de potência de áudio estéreo baseado em IC TDA2822
Fig. 9: Prototipo de amplificador de potencia de audio estéreo basado en IC TDA2822
Cómo funciona el circuito –
Para generar sonido estéreo desde dos altavoces, se utiliza IC TDA2822. El IC está diseñado para usarse como amplificador estéreo o amplificador puente. Internamente consta de dos amplificadores operacionales. Para realizar un amplificador estéreo las conexiones del circuito se realizan como se indica en la ficha técnica del TDA2822. El IC puede proporcionar una amplia gama de potencia de salida según el voltaje de suministro de entrada y la carga de salida. La potencia de salida de los amplificadores operacionales integrados del IC se resume en la siguiente tabla:
Tabela listando a saída de potência dos amplificadores operacionais integrados do TDA2822 IC
Fig. 10: Tabla que enumera la potencia de salida de los amplificadores operacionales integrados del IC TDA2822
La potencia de salida especificada en la tabla anterior se prueba para una frecuencia de 1 KHz según la hoja de datos. Dado que los altavoces utilizados en la salida tienen una impedancia de 8 ohmios y se suministra un voltaje de alimentación de 9 V al IC, la potencia de salida típica de OPAM debe ser de 1 vatio. La ganancia de voltaje se ajusta internamente a 39 dB o 90, que no se puede cambiar.
El límite máximo de voltaje de entrada para el IC se fija de modo que no se pueda exceder el límite de potencia de salida. Cuando se excede la potencia de salida por encima de 1 vatio, la señal de salida comenzará a saturarse. Esto agregará distorsión y ruido al audio de salida. El voltaje cuadrático medio (RMS) en la salida se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
Po = (Vrms)2/R
dónde,
potencia de salida, Po = 1 vatio
Resistencia de carga, R = 8 ohmios
Por lo tanto, el voltaje RMS (media cuadrática), Vrms es el siguiente:
1 = (Vrms)2/8
Vrm = 2,8 V
La señal de audio es una onda sinusoidal, por lo que su voltaje pico a pico para una potencia de 1 vatio se puede calcular de la siguiente manera:
Vp-p = Vrms*(2)1/2
Vp-p = 2,8*1,414
Vp-p(máximo)= 4 V (aprox.)
Como la ganancia de voltaje del IC se fija en 90 o 39 dB, el voltaje de entrada máximo se puede calcular de la siguiente manera:
Ganancia = V(pp)salida/Vin(pp)
Vin(pp) = 4/90
Vin(pp) = 45 mV (aprox.)
Por lo tanto, la amplitud máxima (nivel de voltaje) en las señales de audio de entrada no debe ser superior a 45 mV; de lo contrario, la señal de salida comenzará a saturarse.
Probando el circuito –
Para probar el circuito amplificador, se utiliza el generador de funciones como fuente de entrada. El generador de funciones se utiliza para generar una onda sinusoidal de amplitud y frecuencia constantes. Cualquier señal de audio también es básicamente una onda sinusoidal, por lo que se puede utilizar un generador de funciones en lugar de un micrófono o una fuente de audio real. Por tanto, el generador de funciones se puede utilizar como fuente de entrada para probar el circuito amplificador de audio. Durante las pruebas, también en la salida, no se utiliza ningún altavoz como carga, ya que el altavoz es tanto resistivo como inductivo. A diferentes frecuencias, su inductancia cambia, lo que a su vez cambia la impedancia (combinación R y L) del altavoz. Por lo tanto, utilizar un altavoz como carga en la salida del amplificador para derivar sus especificaciones puede generar resultados falsos o no estándar. En lugar del altavoz se utiliza una carga ficticia puramente resistiva. Dado que la resistencia no cambia con la frecuencia, se puede considerar una carga confiable independientemente de la frecuencia de la señal de audio de entrada.
Para probar el circuito amplificador, primero se establece el voltaje de entrada dentro del rango aplicable de hasta 45 mV. La frecuencia de la señal de entrada se establece en 1 KHz. Luego, la forma de onda de salida se observa en CRO y la señal de entrada se amplifica hasta que la forma de onda de salida comienza a recortarse.
Con una carga ficticia de impedancia de 10 ohmios, se observaron las siguientes observaciones:
Tabela de listagem de características de saída do amplificador de potência de áudio estéreo baseado em IC TDA2822
Fig. 11: Tabla que enumera las características de salida del amplificador de potencia de audio estéreo basado en IC TDA2822
Lo ideal es que la potencia de salida del amplificador sea de 1 vatio. Como la impedancia de carga ahora es de 10 ohmios, se debe obtener la siguiente potencia de salida del amplificador:
Po = V2(pp)/2R
Po = (4*4)/(2*10)
Po = 800mW
Por lo tanto, prácticamente la potencia de salida de este amplificador estéreo para la carga real de altavoces varía entre 800 mW y 1 vatio. A partir de las formas de onda de salida, se observó que al mantener el nivel de voltaje de entrada por debajo de 45 mV no había efecto de recorte.
El amplificador de potencia estéreo diseñado en este tutorial se puede utilizar en reproductores de casetes portátiles. El circuito también se puede utilizar como amplificador de auriculares con una impedancia de 4 ohmios a 32 ohmios. En el siguiente tutorial, se diseñará un preamplificador que utiliza IC MAX4468.

Vídeo del proyecto

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