12. Amplificatori operazionali di potenza audio
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Amplificatori operazionali di potenza audio
Un uso comune per gli amplificatori lineari è quello di fornire guadagno per i sistemi audio. Un amplificatore audio riceve un segnale in ingresso da un microfono, una cartuccia fonografica, una piastra a cassette o un sintonizzatore AM / FM. L'uscita dell'amplificatore aziona un sistema di altoparlanti, cuffie o un registratore. I dispositivi di ingresso sopra nominati di solito possono essere modellati da una sorgente di tensione con una bassa tensione di uscita e un'impedenza di alta sorgente. Pertanto l'impedenza di ingresso dell'amplificatore che segue questo dispositivo deve essere elevata (molto maggiore dell'impedenza di origine del dispositivo di ingresso). In questo modo, l'amplificatore non carica in modo significativo il dispositivo di input e il guadagno non viene diminuito.
I dispositivi che sono azionati dall'amplificatore hanno solitamente bassa impedenza. Ad esempio, l'impedenza di un singolo altoparlante è normalmente 8 Ω. Questi dispositivi potrebbero richiedere potenze dell'ordine di 1 a 10 W.
Figura 48 - Il chip audio LM380 e il dissipatore opzionale
Una varietà di amplificatori operazionali di potenza audio a circuito integrato, con diverse potenze di uscita, sono disponibili per il progettista elettronico. Ad esempio, presentiamo l'amplificatore di potenza audio LM380, che viene utilizzato in applicazioni consumer come amplificatori phono e tape deck, intercom, driver di linea, allarmi, sistemi audio TV, radio AM / FM, piccoli servo driver e convertitori di potenza. Ha un guadagno interno fisso di 50 (34 dB) e un'uscita che si centra intorno a metà della tensione di alimentazione. Gli input possono essere riferiti a terra o bilanciati. Lo stadio di uscita è protetto sia dalla limitazione della corrente di cortocircuito che dal circuito di spegnimento termico. L'amplificatore è confezionato in un pacchetto DIP 14-pin come mostrato nella Figura 48 (a).
La corrente di uscita è valutata al picco 1.3 A. Poiché il dispositivo si spegne alle temperature di giunzione sopra 150 oC, un dissipatore di calore [Vedere Figura 48 (b)] deve essere saldato all'unità. La potenza massima in uscita (con un dissipatore di calore) è 3.7 watt. Il dispositivo è internamente distorto.
1I dati e i circuiti sono stampati con il permesso del produttore, National Semiconductor Corp. Lo studente è invitato a utilizzare i libri di dati durante la progettazione di apparecchiature con amplificatori operazionali.
Figura 49 mostra la configurazione del circuito di un amplificatore phono completo. Un controllo di volume e tono è stato incluso in questo circuito.
Figura 49 - Amplificatore Phono con LM380
Circuito equivalente dell'amplificatore operazionale 12.1
Se una particolare applicazione richiede più potenza di quella che può essere ottenuta da un singolo amplificatore operazionale, possiamo usare la configurazione bridge di Figura 50.
Poiché questo sistema fornisce il doppio dello swing di tensione sul carico del sistema a singolo dispositivo, la capacità di potenza viene teoricamente aumentata di un fattore di 4 rispetto al singolo amplificatore (per una determinata tensione di alimentazione). Poiché la dissipazione del calore è la preoccupazione limitante in questo progetto, di solito progettiamo il sistema in modo conservativo e raddoppiamo solo la potenza di uscita.
Figura 50 - Configurazione Bridge per alta potenza
Interfono 12.2
Figura 51 mostra un citofono che incorpora un amplificatore operazionale di potenza e alcuni componenti esterni.
Con il doppio interruttore a due posizioni (S1A-S1B) nella posizione di conversazione (come mostrato nella figura), l'altoparlante della stazione master svolge la funzione di un microfono, azionando l'amplificatore di potenza attraverso un trasformatore step-up. L'altoparlante remoto viene pilotato dall'uscita dell'amplificatore di potenza.
Il passaggio di S1A-S1B alla posizione di ascolto inverte il ruolo di master e remote. Ora il a distanza l'altoparlante svolge il ruolo del microfono e guida l'amplificatore di potenza attraverso un trasformatore step-up. L'altoparlante principale è ora pilotato dall'uscita dell'amplificatore di potenza. Lo studente dovrebbe tracciare il cablaggio con S1A-S1B nella posizione di ascolto per verificarlo. Un trasformatore step-up con un rapporto di spire di 1: 25 può essere utilizzato, e il potenziometro, Rv, funge da controllo del volume.
Figura 51 - Intercom
SOMMARIO
Questo capitolo si basa sul materiale presentato nel capitolo "Amplificatori operazionali ideali ", dove ci siamo concentrati sull'amplificatore operazionale ideale. Sebbene questo importante blocco costituisca quasi un amplificatore ideale, il progettista deve comprendere i contrasti tra il dispositivo pratico e il modello ideale.
Abbiamo iniziato il capitolo esaminando l'amplificatore differenziale. Abbiamo esaminato le varie configurazioni e le caratteristiche di trasferimento. Quindi abbiamo esaminato il tipico amplificatore operazionale, compresi il packaging e i circuiti interni. Abbiamo esaminato il modo in cui il produttore specifica i parametri per l'amplificatore.
Sono state quindi presentate le caratteristiche degli amplificatori operazionali pratici, tra cui guadagno, tensione di offset, corrente di polarizzazione, rifiuto di modo comune e rapporto di rifiuto dell'alimentazione. Successivamente sono stati presi in considerazione modelli di simulazione al computer, seguiti da un'analisi dettagliata degli amplificatori non invertenti e invertenti.
Il capitolo si è concluso con una serie di considerazioni ed esempi di design. Abbiamo esaminato input e output bilanciati e l'accoppiamento tra input. Abbiamo anche esaminato gli amplificatori operazionali audio di potenza, incluso un esempio di circuito intercom.
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1I dati e i circuiti sono stampati con il permesso del produttore, National Semiconductor Corp. Lo studente è invitato a utilizzare i libri di dati durante la progettazione di apparecchiature con amplificatori operazionali.