Com a passagem da maioria dos projetos de áudio de alta potência para a tecnologia Classe D, crescem as opções para os projetistas. Assim sendo, a NXP tem em sua linha de componentes os circuitos integrados TDA8932B e TDA8933B, que consistem em amplificadores de 30 e 20 W por canal, estéreo com alimentação na faixa de 10 V a 36V Neste artigo, com base no Application Note AN 10436, descrevemos algumas aplicações desses componentes.
Nota: este artigo é de 2008
Os amplificadores Classe D ou comutados (Switched Mode Amplifier — SMA) consistem na solução mais adotada nos equipamentos de áudio de potência atuais, tanto pelas suas qualidades de reprodução como pelo seu rendimento.
Os circuitos integrados TDA8932B e TDA8933B, da NXP (www.nxp.com) são amplificadores de classe D, compatíveis pino a pino, podendo ser usados em versões estéreo (dois canais separados) ou mono (BTL — montagem em ponte).
O TDA8932B é para uma potência máxima de 30 W, enquanto que o TDA8933B é para 20 W.
Os dois em conjunto, dependendo da tensão de alimentação, podem ser utilizados em sistemas de 5 a 50 W. Os componentes são disponíveis em invólucros S032 e HTSSOP32. O diagrama de blocos desses amplificadores é mostrado na figura 1.
Dentre as aplicações possíveis para estes amplificadores, destacamos:
• Televisores de tela plana;
• Monitores de tela plana;
• Sistemas de multimídia;
• Alto-falantes sem fio (caixas amplificadas);
• Microssistemas. Existem algumas características destes componentes que os distinguem dos demais. São elas:
• Sua eficiência é elevada graças ao emprego de transistores com baixa Rds(on);
• Capacidade de operar numa ampla faixa de tensões, de 5+5 V a 18 + 18 V (simétrica);
• Potências: TDA8932B — 2 x 30 W em 4 ohms, e TDA3933B de 2 x 20 W em 8 ohms. Nos dois casos não há necessidade de dissipador de calor;
• Limitação de corrente ciclo a ciclo, de modo a evitar interrupção no funcionamento normal;
• Lógica interna para se evitar estalos no liga e desliga;
• Baixa corrente de standby no modo SLEEP, para maior economia de energia.
Além disso, os circuitos integrados indicados possuem diversos tipos de proteção como:
• Proteção Window (WP);
• Proteção contra subtensão (UVP);
• Proteção contra sobretensão (OVP);
• Proteção contra desbalanceamento (UBP);
• Proteção contra sobrecorrente (OCP);
• Proteção contra sobretemperatura (OTP);
• Proteção ESD.
Há duas configurações possíveis para esses amplificadores: configuração estéreo convencional, com dois canais separados, cada qual alimentando seu sistema de alto-falantes e configuração em ponte (BTL) em que os dois amplificadores alimentam um mesmo sistema de alto-falantes em oposição de fase de modo a se obter a quadruplicação da potência com um sinal mono. Isso nos leva a quatro circuitos possíveis.
Circuito estéreo com fonte assimétrica
O primeiro circuito utiliza fonte assimétrica na configuração estéreo, sendo mostrado na figura 2.
O controle mute permite cortar o sinal de áudio, enquanto que no controle sleep temos uma condição de baixo consumo. Neste circuito, os capacitores devem ser cerâmicos de boa qualidade para os de menor valor e os eletrolíticos têm suas tensões mínimas de trabalho especificadas no próprio diagrama.
Vpa é a tensão de polarização, sendo fornecida por um circuito externo, conforme indicado no diagrama. Esse circuito é necessário para se obter metade da tensão de alimentação, pois a fonte é assimétrica.
Os componentes Cosc e Rosc determinam a frequência do oscilador PWM interno. Observe que as entradas dos dois canais são diferenciais, uma vez que o circuito opera com fonte assimétrica.
Circuito estéreo com fonte simétrica
O segundo circuito, válido para os dois componentes, emprega fonte simétrica e alimenta dois sistemas de alto-falantes a partir de uma fonte de sinais estéreo. Este circuito é apresentado na figura 3.
Observe o desenho da fonte. O transformador usado vai determinar a tensão de alimentação e, com isso, a potência do amplificador. Com a utilização de fonte simétrica, os capacitores eletrolíticos de valores elevados se tomam desnecessários e o circuito precisa apenas de capacitores de baixos valores que, no entanto, precisam ser de boa qualidade.
Observe que a fonte simétrica tem dois ramos, sendo um deles destinado ao fornecimento da tensão de polarização. Os únicos capacitores eletrolíticos empregados nesta configuração estão justamente na fonte de alimentação.
Versão BTL com fonte simples
Na figura 4 temos a versão em ponte que permite quadruplicar a potência, porque a inversão de fase dobra a tensão aplicada ao sistema de alto-falantes e a potência é proporcional ao quadrado desta grandeza.
Na versão com fonte simples também temos um circuito de polarização apropriado. Note que os dois canais de entrada são ligados em paralelo, mas com polaridade oposta para fornecer a necessária inversão de fase que caracteriza este tipo de configuração. No projeto é muito importante observar este fato para que o circuito funcione apropriadamente.
Os dois capacitores de bootstrap em paralelo com o alto-falante são ligados a um terra comum. Sua finalidade é manter a impedância de saída constante ao longo da faixa de resposta do circuito, já que os alto-falantes, como cargas indutivas, têm um efeito de aumentar a impedância com a elevação das frequências que devem ser reproduzidas.
Circuito BTL com fonte Simétrica
Temos finalmente a configuração para um amplificador em ponte (BTL) usando uma fonte simétrica. Esse circuito é visto na figura 5. Esta configuração é especialmente recomendada quando se necessita potências elevadas e a fonte de alimentação disponível tem tensão muito baixa.
Para a versão com fonte simétrica do amplificador BTL devemos considerar que as tensões são positivas e negativas em relação a um terra comum. A configuração da fonte é dada junto com o diagrama, observando-se que temos além das tensões principais, as tensões de polarização.
Veja que neste caso também, os dois únicos capacitores eletrolíticos aparecem justamente na fonte. Suas tensões mínimas de trabalho são dadas no próprio diagrama.
Na figura 6 mostramos o desempenho desses componentes com a curva de potência em função da tensão de alimentação, para uma distorção de 0,5%, na configuração mono.
Para as mesmas características na configuração BTL temos as curvas fornecidas na figura 7.
Por estas curvas podemos perceber que as maiores potências são obtidas com as menores impedâncias de carga, e que a distorção harmônica mais ruído é maior quando trabalhamos com potências mais elevadas. Assim, uma limitação de potência pode ser interessante nos casos em que a qualidade é maior que a distorção harmônica mais ruído é maior quando trabalhamos com potências mais elevadas. Assim, uma limitação de potência pode ser interessante nos casos em que a qualidade é maior.
Um outro ponto que chama a atenção é que a partir de certa tensão de alimentação, dependendo da impedância, a potência se mantém constante. Essa é uma característica que visa a proteção do circuito.
Lembramos ainda que neste tipo de projeto o layout da placa é de extrema importância para se manter as características do circuito, pois estamos trabalhando com circuitos que reúnem tanto sinais de áudio de baixa intensidade que são sujeitos a ruídos quanto circuitos de comutação rápida que geram ruídos.
A impedância de entrada dos amplificadores é da ordem de 100 kohms.
A documentação completa no formato PDF (AN10436), inclusive com o desenho da placa de circuito impresso, pode ser baixada na internet.
