Amplificadores de áudio

Amplificador de áudio LM386 com ganho 20

O amplificador para alto-falante com o mínimo de componentes do datasheet LM386 da TI: um potenciômetro de volume, o LM386 com seu ganho interno de 20, um capacitor de saída e uma rede RC acionando um alto-falante de 8 Ω a partir de uma bateria de 9 V.

Tensão de alimentação de operação
Bateria de 9 V, como no esquema; faixa de operação do LM386N-1 4 V – 12 V (TI §6.5); tabela de projeto 5 V – 12 V (TI, tabela 9-1)
Componentes
7
Fórmulas
3
Armadilhas
4
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Fonte Verificada

Área de trabalho do esquema

LM386 Audio Amplifier, Gain 20Exported from CircuitBase+-BT19VRV110kΩ23561847U1LM386N-1+C1250µFC20.05µFR110ΩLS18ΩGNDVINGNDGNDGNDGNDGND

Visão geral do circuito

Tensão de alimentação de operação
Bateria de 9 V, como no esquema; faixa de operação do LM386N-1 4 V – 12 V (TI §6.5); tabela de projeto 5 V – 12 V (TI, tabela 9-1)
Componentes
7
Fórmulas
3
Armadilhas
4

Clique em qualquer componente no esquema para ver seus parâmetros elétricos e função no circuito.

Visão geral do circuito

Esta é a figura 9-1 do datasheet LM386 da Texas Instruments (SNAS545D), a forma de acionar um alto-falante com o LM386 usando o menor número de componentes. O ganho é fixado internamente em 20, então não são necessários componentes de realimentação; as entradas são referenciadas ao terra, de modo que o sinal pode ir direto ao pino 3 pelo controle de volume; e a saída se polariza sozinha em metade da alimentação, então um único capacitor a acopla ao alto-falante. A alimentação desenhada é uma bateria de 9 V; qualquer alimentação dentro da faixa do datasheet, de 5 V a 12 V, funciona da mesma forma. A TI observa que seus circuitos de aplicação não fazem parte da especificação do componente e que o projeto final deve ser validado.

Especificações técnicas principais

Tensão de alimentação de operaçãoBateria de 9 V, como no esquema; faixa de operação do LM386N-1 4 V – 12 V (TI §6.5); tabela de projeto 5 V – 12 V (TI, tabela 9-1)
Ganho de tensão20 (26 dB) com os pinos 1 e 8 abertos (TI §9.2.1.2.1)
CargaAlto-falante de 8 Ω; tabela de projeto 4 Ω – 32 Ω (TI, tabela 9-1)
Potência de saída325 mW típicos, 250 mW mínimos com VS = 6 V, RL = 8 Ω, THD = 10% (LM386N-1); o datasheet não especifica a potência de saída do LM386N-1 em 9 V
Corrente quiescente4 mA típicos, 8 mA máximos com VS = 6 V, VIN = 0 (TI §6.5)
Tensão de entrada no pino 3de −0,4 V a +0,4 V (máximo absoluto e faixa recomendada)
Frequência de corte inferior≈ 80 Hz, calculado com C1 = 250 µF e carga de 8 Ω; não medido

Princípio de funcionamento e análise teórica

01

Entrada e volume

O sinal de entrada VIN chega ao terminal superior de RV1, um potenciômetro de 10 kΩ cujo outro terminal vai ao terra. O cursor retira parte do sinal e o leva ao pino 3 (+INPUT). O pino 2 (−INPUT) está ligado ao terra. Dentro do LM386, as duas entradas são polarizadas ao terra por resistores de 50 kΩ. A figura 9-1 não mostra capacitor de acoplamento na entrada; a TI observa que acrescentá-lo elimina totalmente os problemas de offset de entrada. Mantenha o sinal no pino 3 entre −0,4 V e +0,4 V, a tensão de entrada máxima absoluta; neste circuito isso é feito abaixando RV1.

02

Ganho fixo de 20

Os pinos 1 e 8 ficam abertos. Nessa condição, o resistor interno de 1,35 kΩ fixa o ganho de tensão em 20, ou seja, 26 dB:

FORMULA & CALCULATION
AV = 20, 20\log10(20) ≈ 26 dB

Um capacitor entre os pinos 1 e 8 elevaria o ganho para 200 (46 dB); este circuito não o usa.

03

Polarização da saída e acoplamento ao alto-falante

O estágio de saída se polariza sozinho em cerca de metade da tensão de alimentação, cerca de 4,5 V com uma bateria de 9 V. C1 bloqueia esse nível contínuo, de modo que nenhuma corrente contínua passa pelo alto-falante, e deixa passar o sinal de áudio. Seu terminal positivo fica voltado para o pino 5. Junto com o alto-falante de 8 Ω, ele forma um filtro passa-altas com frequência de corte calculada de cerca de 80 Hz:

FORMULA & CALCULATION
fc = (1) / (2\pi RL C1) = (1) / (2\pi × 8\,Ω × 250\,µF) ≈ 80 Hz

As frequências abaixo do corte chegam atenuadas ao alto-falante.

04

Rede RC na saída

05

Alimentação

O LM386N-1 opera de 4 V a 12 V e consome 4 mA típicos (8 mA no máximo) sem sinal a 6 V. A TI recomenda um capacitor para GND perto do pino 6; o datasheet não informa o valor e a figura 9-1 não o mostra.

Equações e fórmulas de dimensionamento

Ganho de tensão

AV(dB) = 20log10(AV) = 20log10(20) ≈ 26 dB

Ganho definido pelo resistor interno de 1,35 kΩ com os pinos 1 e 8 abertos.

SímboloParâmetroValor típico
AVGanho de tensão (razão)20V/V

Frequência de corte do acoplamento de saída

fc = 12π RL C1

Frequência abaixo da qual C1 e o alto-falante atenuam o sinal (−3 dB), tratando o alto-falante como uma resistência pura de 8 Ω.

SímboloParâmetroValor típico
RLImpedância do alto-falante8Ω
C1Capacitor de acoplamento de saída250µF
fcFrequência de corte (calculada)80Hz

Tensão de polarização da saída

VOUT(DC) ≈ VS2

A saída se polariza sozinha em cerca de metade da tensão de alimentação; C1 impede que esse nível contínuo chegue ao alto-falante.

SímboloParâmetroValor típico
VSTensão de alimentação9V
VOUT(DC)Tensão de polarização da saída4.5V

Lista de materiais (BOM)

Todas as peças necessárias para montar este circuito. Selecione uma referência para inspecioná-la no esquema.

Ref.ComponenteValorEncapsulamentoFunção no circuitoReferência
Amplificador de potência de áudio de baixa tensão

TI LM386N-1/NOPB. LM386N-3 e LM386N-4 têm a mesma pinagem, mas limites diferentes de alimentação e potência de saída.

LM386N-1PDIP-8Amplificador de potência, ganho 20Amplificador de potência de áudio de baixa tensão: pinagem e folha de dados
Potenciômetro rotativo10kΩPanel / PCB mountControle de volume e atenuador de entrada—
Capacitor eletrolítico de alumínio

Valor do datasheet. 220 µF é o valor comercial mais próximo e leva a frequência de corte calculada para cerca de 90 Hz. Tensão nominal acima da alimentação; + voltado para o pino 5.

250µFRadialAcoplamento da saída ao alto-falante—
Capacitor cerâmico ou de filme

Valor do datasheet; 47 nF é o valor comercial mais próximo.

0.05µFRadial / 0805Rede RC de saída—
Resistor de 1/4 W10ΩAxial / 0805Rede RC de saída—
Alto-falante

De 4 Ω a 32 Ω conforme a tabela 9-1 da TI.

8ΩWiredCarga—
Bateria de 9 V

Qualquer alimentação de 5 V a 12 V (TI, tabela 9-1).

9VPP3 / 6LR61Alimentação—

Aplicações práticas e cenários de uso

Amplificadores de rádio AM/FM
Interfones
Sistemas de som de TV
Saída para alto-falante alimentada por bateria em projetos de áudio portáteis

Armadilhas críticas de projeto e cuidados de engenharia

Armadilhas encontradas em montagens reais, com a solução de cada uma.

Crítico

Sobrecarregar a entrada

A tensão de entrada máxima absoluta é de ±0,4 V. Um sinal de fone de ouvido ou de nível de linha pode ser maior; aplicado direto ao pino 3, pode ultrapassar esse limite, e a saída ceifa bem antes de a entrada chegar a ele.

Mitigação

Mantenha RV1 entre a fonte e o pino 3, como no esquema, e comece com o volume no mínimo; mantenha o sinal no pino 3 dentro de ±0,4 V.

Aviso

Falta de desacoplamento da alimentação

A figura 9-1 não mostra capacitor na alimentação, mas a TI recomenda um perto do pino 6. Sem ele, fios longos da bateria e o ripple da alimentação chegam à saída como zumbido ou instabilidade.

Mitigação

Adicione um capacitor entre o pino 6 e GND logo ao lado do CI (o datasheet não informa o valor) e mantenha curtos os fios do alto-falante (TI §10, §11.1).

Aviso

C1 montado invertido

O pino 5 fica em cerca de metade da alimentação, então C1 tem uma tensão contínua permanente. Um eletrolítico montado invertido fica polarizado reversamente.

Mitigação

Monte C1 com o terminal positivo voltado para o pino 5 e o negativo para o alto-falante, e use tensão nominal acima da tensão de alimentação.

Nota

Esperar mais ganho

Com os pinos 1 e 8 abertos, o ganho é de apenas 20. Uma fonte fraca, como um microfone, soará baixa.

Mitigação

Para ganho 200, ligue um capacitor de 10 µF entre os pinos 1 e 8 (TI, figura 9-3) e desacople ou aterre a entrada não usada, como exige TI §9.2.1.2.2 com ganho alto.

Fontes primárias

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