Amplificateur audio USB 5V pour haut-parleurs PC

Les amplificateurs audio conçus pour fonctionner avec une alimentation de 5 V à partir d'une prise USB telle que celle d'un ordinateur USB sont appelés amplificateurs USB.

Dans cet article, nous allons apprendre à construire un simple circuit d'amplification de 3 watts qui peut être alimenté directement à partir d'un port USB 5V d'ordinateur pour piloter un haut-parleur de 8 ohms de 3 watts. Vous pouvez construire quelques circuits de ce type et les utiliser pour créer une sortie stéréo dans une paire de haut-parleurs 8 Ohm.

Veuillez noter que TDA2822 IC est maintenant obsolète optant donc pour un circuit utilisant ce circuit intégré pour le projet discuté peut ne pas être une bonne idée. Cependant, la conception actuelle est basée sur l'IC LM4871, qui est abondamment disponible, apprenons les principales caractéristiques et le fonctionnement de cet IC

Caractéristiques principales

• Le CI fonctionne sans aucune sorte de couplage condensateurs , ou condensateurs bootstrap, ou condensateurs d'amortissement
• Il présente une stabilité extrême grâce à Unity Gain.
• Livré avec emballage WSON, VSSOP, SOIC ou PDIP
• Permet de définir un réseau de contrôle de gain externe

Spécifications importantes:

• L'IC LM4871D est conçu pour gérer des haut-parleurs de 3 ohms ou 4 ohms à 3 watts
• Toutes les versions restantes de la série sont spécifiées pour gérer 1,5 watt avec un haut-parleur 8 Ohm.
• Les circuits intégrés ont un courant d'arrêt réglé en interne à 0,6 uA généralement
• La plage de tension de fonctionnement est comprise entre 2,0 V et 5,5 V, parfaitement adaptée pour fonctionner avec l'alimentation USB d'un PC.
• La distorsion harmonique totale maximale avec une charge de haut-parleur de 8 ohms à 1 kHz est d'environ 0,5%

Spécifications et package de brochage

L'image suivante montre les détails de brochage du circuit intégré et les modèles de package et les dispositions disponibles:

Fonctionnement du circuit d'amplificateur USB 5V

Liste des pièces

Toutes les résistances 1/4 watt ou 1/8 watt, 1% MFR ou SMD

• 20 K = 2 nos
• 40 K = 2 nos
• 100 K = 3 nos (y compris Rpu)

Condensateurs

• 0,39 uF céramique = 1 non
• 1uF / 16V tantale = 2 nos

Semi-conducteur

IC LM4871 = 1 non

Comme on peut le voir dans le schéma ci-dessus, le LM4871 comprend quelques des amplificateurs opérationnels en interne, offrant à l'utilisateur la possibilité de configurer l'amplificateur de différentes manières.

Le gain du premier amplificateur peut être géré de manière externe, tandis que le second amplificateur a été câblé en interne avec un gain unitaire inverseur.

Le gain en boucle fermée pour le premier amplificateur peut être déterminé en sélectionnant de manière appropriée les valeurs du rapport Rf / Ri, alors que la même chose a été fixée pour le deuxième amplificateur en interne à travers un couple de résistances 40K.

Nous pouvons voir que la sortie de l'amplificateur n ° 1 est configurée pour être l'entrée de l'amplificateur n ° 2, permettant aux deux amplificateurs de générer des signaux avec des valeurs identiques, bien que celles-ci puissent être déphasées de 180 degrés.

Il en résulte que le gain différentiel du CI est AVD = 2 * (Rf / Ri).

Typiquement, pour tout amplificateur, une configuration en «mode ponté» peut être mise en œuvre en pilotant de manière déférentielle la charge connectée via un couple de sorties Vo1 et Vo2.

Un amplificateur configuré en mode ponté aura un principe de fonctionnement différent par rapport aux amplificateurs asymétriques traditionnels qui ont une extrémité de la charge câblée avec la ligne de masse.

Un circuit en mode ponté fonctionne avec une meilleure efficacité par rapport à un amplificateur à une seule extrémité puisque la charge ou le haut-parleur est commuté de manière push-pull, permettant une double oscillation de tension pour chaque impulsion de fréquence alternative.

Cela permet en fait à l'enceinte de produire 4 fois plus de puissance qu'une version à une seule extrémité dans des circonstances ou des spécifications identiques.

La capacité d'atteindre une telle puissance accrue permet à l'amplificateur de fonctionner sans étage limiteur de courant et donc sans écrêtage indésirable.

Un avantage supplémentaire de la sortie pontée différentielle est l'absence de courant continu net à travers le haut-parleur connecté. Cela se produit puisque VO1 et VO1 sont polarisés à des niveaux de tension identiques, c'est-à-dire VDD / 2 dans le cas présent. Cela permet à l'amplificateur de fonctionner sans condensateur de couplage de sortie, ce qui devient autrement obligatoire dans les amplificateurs asymétriques.

Comprendre le fonctionnement et les spécifications des composants

Ri est la résistance d'entrée inverseuse qui est utilisée pour régler le gain en boucle fermée avec Rf. De plus, cette résistance implémente également une fonction de filtre passe-haut avec Ci à fC = 1 / (2π RiCi).

Là forme le condensateur de couplage d'entrée positionné pour bloquer le courant continu et permettre une fréquence alternative audio sur les broches d'entrée. Ce condensateur permet également un filtre passe-haut en conjonction avec Ri à fC = 1 / (2π RiCi).

Rf devient la résistance de rétroaction qui fixe le gain en boucle fermée à l'aide de Ri.

Cs agit comme un condensateur de dérivation d'alimentation et fournit un filtrage d'ondulation pour l'alimentation.

Cb est positionné comme condensateur de broche de dérivation et ce condensateur applique le filtrage pour la demi-alimentation

Notes maximales absolues

La cote maximale tolérable pour ce circuit est expliquée ci-dessous:

• La tension d'alimentation maximale est de 6 V, la tension de fonctionnement typique est de 5 V
• Les niveaux de température minimum et maximum tolérables sont respectivement de -65 et 150 degrés Celsius.
• Le signal de musique d'entrée de l'USB peut être n'importe où entre -0,3 V et 5,3 V
• La dissipation de puissance maximale est limitée en interne, vous n'avez donc pas à vous soucier de ce problème.

Caractéristiques électriques:

V dd signifie la tension d'alimentation qui se situe généralement entre 2 V et 5,5 V.

je dd est le courant de repos consommé de l'alimentation d'entrée par le circuit intégré et il peut se situer entre 6,5 mA et 10 mA

je sd est le symbole du courant d'arrêt, lorsque le potentiel de la broche n ° 1 devient égal à Vdd, l'arrêt est lancé, ce qui fait chuter la consommation à 0,6 uA

V os fait référence à la tension de décalage de sortie, et est lancé lorsque Vin = 0V, et pourrait être de 5V généralement et 50mV en mode limité.

P 0 est la puissance de sortie et est d'environ 3 watts lorsque la charge est un haut-parleur de 8 ohms

THD + N indique la distorsion harmonique totale comprise entre 0,13 et 0,25% avec une plage de fréquences de 20 Hz à 20 kHz.

PSRR nous donne le taux de rejet de l'alimentation pour Vdd à 5V typique, et c'est environ 60dB.

Image prototype de l'amplificateur USB 5V:

Recommandation de mise en page PCB:

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