LM380 2.5W Amplificador IC: Especificacions, Funcionament i Disseny del Circuit

L'amplificador de potència d'àudio LM380 2.5W és un amplificador IC Classe-AB mono simple dissenyat per augmentar un petit senyal d'àudio perquè pugui activar un altaveu. Aquest article explica les especificacions del LM380, el pinout, el principi de funcionament, el guany de tensió, els dissenys de circuits, les aplicacions i alternatives comunes.

Catàleg

Visió General del LM380

L'LM380 2.5W Amplificador de Potència d'Àudio és un amplificador de potència de canal únic analògic desenvolupat per circuits d'àudio de consum i d'ús general. Agafa un senyal d'àudio de baix nivell d'una font com ara una ràdio, un preamplificador de micròfon o un circuit d'àudio i augmenta la seva tensió i corrent perquè pugui activar una càrrega de baixa impedància com un altaveu.

Una característica important del LM380 és el seu guany de tensió fix internament de 50 V/V, o aproximadament 34 dB. Això redueix la necessitat de resistències externes per a l'ajustament del guany i simplifica el disseny del circuit. La seva entrada està referenciada a terra, mentre que la sortida s'auto-bia automàticament a aproximadament la meitat de la tensió d'alimentació. En un circuit normal d'altaveu amb subministrament únic, per tant, s'utilitza un condensador de acoblament de sortida per bloquejar aquesta tensió DC mentre permet que el senyal d'àudio amplificat arribi a l'altaveu.

El LM380 també proporciona una impedància d'entrada relativament alta de 150 kΩ, que redueix la càrrega sobre la font del senyal. La protecció interna contra curtcircuits i el limitador tèrmic ofereixen protecció addicional quan l'amplificador es sobrecarrega o es calent massa.

Característiques i Especificacions del LM380

Especificació	LM380 Detalls
Tipus de Dispositiu	Amplificador de potència d'àudio mono
Tipus d'Amplificador	Amplificador de potència Classe-AB
Capacitat de Sortida Màxima	Fins a aproximadament 2.5 W en condicions d'operació adequades
Rang de Tensió d'Alimentació	De 10 V a 22 V
Guany de Tensió	Fixat a 50 V/V
Guany de Tensió en dB	Aproximadament 34 dB
Corrent de Sortida Pic	Aproximadament 1.3 A
Impedància d'Entrada	Aproximadament 150 kΩ
Configuració d'Entrada	Entrada referenciada a terra
Consum de Potència de Quiescència	Aproximadament 0.13 W a VS = 18 V
Tensió de Sortida en Quiescència	Aproximadament la meitat de la tensió d'alimentació
Distorsió	Dissenyat per a amplificació d'àudio de baixa distorsió
Protecció de Sortida	Protecció contra curtcircuits
Protecció Tèrmica	Limitació tèrmica interna
Ajust del Guany	Fixat internament; no són necessaris components externs per a l'ajustament del guany
Estil de Paquet	Opcions de paquets estàndard de doble fila
Disseny Tèrmic	Pins de paquets seleccionats poden ajudar a transferir calor al coure de la PCB

Nota: La classificació de 2.5 W no s'ha de interpretar com la potència de sortida disponible en cada condició. La potència real de l'altaveu depèn principalment de la tensió d'alimentació, la impedància de l'altaveu, la distorsió permès, l'oscil·lació de la tensió de sortida i la temperatura del dispositiu.

Pinout del LM380 i Principi de Funcionament

Pinout del LM380 de 14 Pins PDIP

Pin	Nom	Funció
1	Bypass	Es connecta a la xarxa de polarització interna. Un condensador de bypass pot ser connectat a terra per millorar la supressió d'ona de subministrament i reduir el soroll.
2	Entrada no inversora (+IN)	Accepta el senyal d'entrada d'àudio sense revertir la seva polaritat.
3	Pin de GND / Dissipador de calor	Connexió a terra que també ajuda a conduir la calor cap al PCB.
4	Pin de GND / Dissipador de calor	Connexió a terra i pin de dispersió tèrmica.
5	Pin de GND / Dissipador de calor	Connexió a terra i pin de dispersió tèrmica.
6	Entrada inversora (−IN)	Accepta un senyal d'entrada que és amplificat amb polaritat invertida.
7	GND	Referència de terra principal per a l'amplificador.
8	VOUT	Sortida d'àudio amplificada. Normalment connectada a l'altaveu a través d'un condensador de couplatge d'output en un circuit d'un sol subministrament.
9	NC	Sense connexió interna.
10	Pin de GND / Dissipador de calor	Connexió a terra i connexió de transferència de calor.
11	Pin de GND / Dissipador de calor	Connexió a terra i connexió de transferència de calor.
12	Pin de GND / Dissipador de calor	Connexió a terra i connexió de transferència de calor.
13	NC	Sense connexió interna.
14	VS	Entrada de tensió positiva de subministrament.

Diagrama de pinatge de 8 pins de LM380 PDIP

Pin	Nom	Funció
1	NC	Sense connexió interna.
2	Entrada no inversora (+IN)	Entrada principal del senyal d'àudio no inversor.
3	Entrada inversora (−IN)	Entrada d'àudio inversora.
4	GND	Connexió a terra.
5	GND	Connexió a terra addicional.
6	VOUT	Sortida d'àudio amplificada.
7	VS	Entrada de tensió positiva de subministrament.
8	Bypass	Connexió per eludir la xarxa de polarització interna.

Diagrama de bloc de l'amplificador d'àudio LM380

Com funciona l'amplificador d'àudio LM380

El diagrama esquemàtic mostra que el LM380 conté les etapes principals necessàries per convertir un petit senyal d'entrada d'àudio en un senyal d'alta potència capaç de fer funcionar un altaveu. Aquestes etapes inclouen un amplificador diferencial d'entrada, xarxa de polarització interna, circuiteria d'amplificació de voltatge i una etapa d'output de Classe-AB.

A l'entrada, els terminals no inversor i inversor alimenten una etapa de transistor diferencial. Cada entrada té una resistència interna d'uns 150 kΩ a terra, donant al LM380 la seva relativament alta impedància d'entrada. Això permet que una font d'àudio impulsi l'amplificador sense estar fortament carregada. L'especial arrangement d'entrada també permet que el senyal d'entrada sigui referenciat directament a terra.

Les dues resistències internes de 25 kΩ al voltant del node de bypass formen part de la xarxa de polarització. Aquesta xarxa estableix el punt de funcionament intern correcte. Com a resultat, quan no hi ha un senyal d'àudio present, la sortida s'instal·la automàticament a aproximadament:

Per exemple, amb un subministrament de 18 V, la tensió de sortida en reposo és d'aproximadament 9 V. Aquesta polarització a mitja part permet que el senyal AC amplificat oscil·li tant cap amunt com cap avall al voltant del punt de funcionament sense requerir un subministrament negatiu. TI identifica específicament aquest centrament automàtic de sortida a mitja subministrament com una característica clau del LM380.

Després de l'etapa d'entrada diferencial, el senyal passa per la secció d'amplificació de voltatge interna. El retroalimentació interna estableix un guany de voltatge de bucle tancat fix d'aproximadament 50 V/V. El senyal arriba llavors als transistors de sortida, que proporcionen la corrent molt més alta necessària per a un altaveu de baixa impedància.

Com que el pin de sortida conté una tensió DC pròxima a la meitat de la tensió d'alimentació, un gran condensador de couplatge de sortida es coloca normalment entre VOUT i l'altaveu. El condensador bloqueja aquest component DC mentre permet que el senyal d'àudio variable arribi a l'altaveu.

L'etapa de sortida opera en Classe AB, on els dispositius de sortida superiors i inferiors condueixen durant diferents porcions de la forma d'ona d'àudio amb una petita superposició al voltant de la regió de creuament zero. Aquesta disposició proporciona considerablement més corrent de sortida que l'etapa d'entrada mentre manté la distorsió de creuament relativament baixa. TI classifica el LM380 com un amplificador de potència d'àudio mono de Classe-AB.

L'esquemàtic també mostra la circuiteria de polarització interna i rel relacionada amb la protecció al voltant de l'etapa de sortida. El LM380 proporciona protecció contra curtcircuits i limitació tèrmica interna, que ajuden a protegir el dispositiu durant condicions excessives de corrent o temperatura. Aquestes proteccions no eliminen la necessitat d'una càrrega d'altaveu correcta i d'una dissipació de calor adequada.

Guany de voltatge LM380 i requisits d'entrada

El LM380 té un guany de tensió fix intern de 50 V/V, equivalent a aproximadament 34 dB. A diferència dels amplificadors que requereixen resistències de retroalimentació externes per ajustar el guany, el LM380 estableix el seu guany internament, disminuint el nombre de components externs necessaris.

La relació de guany de tensió es pot expressar com:

Per al LM380:

Av = 50

Per tant:

Vout = 50Vin

Per exemple, un senyal d'entrada de 50 mV pic requeriria idealment un senyal de sortida de:

Vout = 50 x 0.05 = 2.5V pic

Aquesta relació s'aplica mentre l'amplificador es manté dins dels seus límits de tensió i corrent de sortida disponibles. Si el swing de sortida requerit esdevé més gran del que el LM380 pot proporcionar de la tensió d'alimentació i càrrega seleccionades, la forma d'ona comença a tallar-se, provocant un augment de la distorsió.

En decibels, el guany de tensió es calcula com:

 Av(dB) = 20log₁₀ (Av)

Per a un guany de 50:

20log₁₀(50) = 34dB

El LM380 també té una impedància d'entrada típica d'aproximadament 150 kΩ, permetent-li acceptar senyals de moltes fonts d'àudio relativament d'alta impedància sense càrrega severa.

El senyal d'entrada s'ha de mantenir dins d'un nivell que no exigeixi més tensió o potència de sortida del que l'amplificador pot proporcionar. Per aquest motiu, un potenciòmetre de volum es col·loca comunament abans de l'entrada del LM380. Atén els senyals de font excessius en lloc de canviar el guany intern del LM380.

Per a una operació normal amb subministrament únic, el senyal d'entrada es connecta generalment a través d'AC quan la font anterior té un desplaçament DC no desitjat. L'estatge d'entrada del LM380 està dissenyat per acceptar senyals d'entrada referenciades a terra, mentre que el circuit integrat establirà internament les condicions de polarització necessàries per a l'amplificació.

Una distinció de disseny útil és que 34 dB és el guany de tensió de l'amplificador, no la seva classificació de potència de sortida. La potència real de l'altaveu es determina per la tensió de sortida i el corrent disponibles, la impedància de l'altaveu, la tensió d'alimentació, el límit de distorsió i les condicions tèrmiques. La capacitat de sortida especificada del LM380 arriba a ser d'aproximadament 2.5 W en condicions d'operació adequades i no en cada condició d'entrada o càrrega.

Disseny del Circuit LM380

El LM380 es pot utilitzar en diversos circuits d'àudio. Les resistències, condensadors, commutadors i transformadors externs controlen com el senyal entra, surt o retroalimenta dins del circuit integrat.

Amplificador de fono LM380

Aquest circuit amplifica el senyal d'un cartutx de cristall i l'envia a un altaveu de 8 Ω. El control de 25 kΩ ajusta el volum, mentre que el control de 10 kΩ i el condensador de 0.05 µF ajusten el to.

El LM380 funciona amb un subministrament de 18 V i amplifica el senyal d'àudio. El condensador de sortida de 500 µF bloqueja la tensió DC i fa passar el senyal d'àudio a l'altaveu. La resistència de 2.7 Ω i el condensador de 0.1 µF ajuden a mantenir l'amplificador estable.

Amplificador en Pont LM380

Aquest circuit utilitza dues amplificadors LM380 per conduir un altaveu. Les dues sortides operen en fase oposada, per la qual cosa l'altaveu rep un swing de tensió més gran que amb un sol LM380.

Aquesta connexió en pont pot produir més potència de sortida, però també augmenta el corrent i la calor. Els components de retroalimentació ajuden a mantenir els dos senyals de l'amplificador correctament controlats.

Circuit d'Intercomunicador LM380

Aquest circuit utilitza el LM380 en un simple intercomunicador bidireccional. L'interruptor TALK/LISTEN canvia quin altaveu rep o envia el senyal de veu.

El transformador ajuda a fer coincidir el senyal de l'altaveu amb l'entrada del LM380. El circuit integrat amplifica llavors el senyal de veu feble i l'envia a través del condensador de sortida de 50 µF al altaveu remot.

Oscil·lador de desfasament LM380

Aquest circuit utilitza el LM380 per generar un to d'àudio en lloc d'amplificar un senyal extern. Tres sections RC alimenten part del senyal de sortida a l'entrada inversora.

La retroalimentació produeix el desfasament necessari per a l'oscil·lació. Amb els valors de resistència i condensador mostrats, el circuit genera un to al voltant de 4 kHz o més. El condensador de 250 µF fa passar la sortida AC a l'altaveu mentre bloqueja el DC.

Aplicacions Comunes del LM380

• Amplificadors de petit altaveu

• Ràdios portàtils

• Amplificadors de fono

• Sistemes d'intercomunicador

• Sistemes d'alarma i senyalització

• Sistemes de so de TV

• Etapes d'àudio de ràdio AM/FM

• Circuits d'àudio educatius i d'ensenyament

• Circuits de controlador de línia

• Monitors de senyal d'àudio petits, etc.

Comparació i Alternatives del LM380

Característica	LM380	LM386	LM384	TDA2822
Tipus d'amplificador	Classe-AB	Classe-AB	Classe-AB	Classe-AB
Canals	Mono	Mono	Mono	Dual / estèreo
Capacitat de sortida típica	Fins a uns 2,5 W	Sortida d'àudio de baixa potència	Fins a uns 5 W	Sortida estèreo de baixa potència o de pont
Tensió d'alimentació	10–22 V	Dissenyat per al funcionament a baixa tensió	12–26 V	Fins a uns 1,8 V
Guany de tensió	Fixat a 50 V/V, uns 34 dB	Normalment 20 V/V; ajustable fins a 200 V/V	Guany intern fix	Guany intern fix
Funcionament amb bateria	Menys adequat	Molt adequat	Menys adequat	Adequat
Funcionament estèreo	Requereix dos circuits integrats	Requereix dos circuits integrats	Requereix dos circuits integrats	Dos canals en un circuit integrat
Principal avantatge	Amplificador mono senzill de 2,5 W	Funcionament a baixa tensió i guany ajustable	Més potència que l'LM380	Funcionament estèreo o de pont a baixa tensió
Principal limitació	Guany fix i requisits d'alimentació més alts	Potència de sortida inferior	Requisits d'alimentació i tèrmics més alts	Menys potència que amplificadors d'àudio més grans
Millor elecció per	Petits altaveus amb alimentació de 10–22 V	Projectes d'àudio petits i amb bateria	Aplicacions que necessiten més potència que l'LM380	Circuits d'àudio estèreo portàtils

Dimensions mecàniques

Fabricant

Texas Instruments (TI) donen suport a la producció de l'amplificador de potència d'àudio LM380 a través dels seus sistemes establerts de fabricació de semiconductors analògics, muntatge, proves i control de qualitat. TI opera una xarxa global de fàbriques de fabricació de wafers i instal·lacions de muntatge i prova, que li permet controlar les etapes principals de producció des de wafers de semiconductor processats fins a empaquetatge i proves elèctriques finals. Durant la fabricació, TI utilitza controls de procés, control estadístic de procés, proves de qualificació, verificació funcional i proves de fiabilitat per ajudar a garantir que els dispositius compleixin les seves especificacions elèctriques i requisits de qualitat.

Preguntes freqüents [FAQ]

1. Per què l'LM380 utilitza un guany de tensió fix en comptes de guany ajustable?

L'LM380 utilitza un guany fix d'uns 50 V/V o 34 dB per simplificar el disseny del circuit i reduir el nombre de components externs. El nivell d'entrada es controla normalment amb un potenciòmetre de volum en comptes de canviar el guany de l'amplificador.

2. Què passa si el senyal d'entrada a l'LM380 és massa gran?

Un senyal d'entrada gran pot forçar la sortida més enllà del seu rang de tensió disponible. Quan això passa, la forma d'ona es talla i la distorsió d'àudio augmenta.

3. Per què normalment es col·loca un gran condensador entre la sortida de l'LM380 i l'altaveu?

La sortida de l'LM380 se situa prop de la meitat de la tensió d'alimentació durant el funcionament normal. El condensador de sortida bloqueja aquesta tensió DC mentre que permet que el senyal d'àudio AC passi a l'altaveu.

4. Per què l'LM380 pot escalfar-se fins i tot quan impulsa un petit altaveu?

L'LM380 és un amplificador lineal de Classe-AB, per tant, part de la potència d'entrada es converteix en calor en comptes de potència de l'altaveu. Una tensió d'alimentació més alta, càrregues d'altaveu més pesades i nivells de sortida més alts augmenten la dissipació de potència.

5. Es poden utilitzar dos circuits integrats LM380 per augmentar la potència de sortida dels altaveus?

Sí. Un circuit de pont pot utilitzar dos amplificadors LM380 amb sortides en fase oposada. Això augmenta el rang de tensió a través de l'altaveu, però també augmenta la demanda de corrent i la calor.

6. Per què l'LM380 és menys adequat per a dispositius amb bateria de baixa tensió?

L'LM380 requereix una alimentació d'uns 10 V a 22 V, així que és menys pràctic per a circuits alimentats per una o dues petites bateries. Amplificadors a baixa tensió com l'LM386 o el TDA2822 poden ser més adequats.

7. Quin és l'objectiu del pin de bypass a l'LM380?

El pin de bypass es connecta a la xarxa de polarització interna. Afegir un condensador de bypass pot millorar el rebuig de fluctuacions de la tensió d'alimentació i ajudar a reduir el soroll no desitjat a l'amplificador.