Stereo power amplifier di nuova concezione

MAX9787 Stereo power amplifier

Con 2,2 W di potenza, questo stereo power amplifier è ottimale per la sonorizzazione di notebook, PC displays, DVD e CD players e ovunque si richieda una sorgente di segnale a bassissima distorsione

La novità

Nel settore dell’amplificazione audio sono state molteplici nell’ultimo decennio le evoluzioni dei sistemi Hi-Fi. Sembra anzi che l’alta fedeltà sia sempre più alla portata di tutte le tasche e alla portata di tutti coloro che si dedicano all’autocostruzione. Bassi costi e facilità di realizzazione sono infatti i parametri di riferimento dei nuovi impianti sia di pochi watt sia di notevole potenza. In questa direzione, infatti, si muovono ormai le case costruttrici di integrati come, per esempio, la Texas, la Maxim, la National Semiconductor, ecc.

Stereo power amplifier – Il circuito

Qui presentiamo l’applicazione fondamentale di un IC della Maxim siglato MAX9787 le cui applicazioni nell’ambito della riproduzione sonora sono limitate soltanto dalla fantasia e dalle esigenze dello sperimentatore. Questo integrato, di cui la figura 1 mostra il package di tipo thin QFN, consente la realizzazione di un amplificatore stereo in classe AB che, sebbene di potenza non eccessiva, presenta molteplici pregi. Ha infatti una distorsione pressoché inapprezzabile (THD < 0,01%) ed è dotato, fra l’altro, di un circuito interno di soppressione del click-and-pop all’accensione e allo spegnimento.

Altra caratteristica di estremo interesse è il rapporto di reiezione alla tensione di alimentazione (PSRR = power supply rejection ratio) che ha il valore di 90 dB il che significa che per un’eventuale variazione, per esempio, di 1 V della tensione di alimentazione si ha una variazione di poco più di 30 ?V della tensione di offset agli ingressi degli operazionali interni al chip che realizzano lo stadio amplificatore.

Il circuito integrato MAX9787 è in involucro QFN.

Fig. 1 – Il circuito integrato MAX9787 è in involucro QFN

La figura 2 riporta lo schema a blocchi semplificato dello stesso. Qui si può subito constatare come il carico (l’altoparlante) non abbia un terminale a massa e sia connesso all’uscita dell’amplificatore senza il consueto condensatore elettrolitico di elevata capacità. La soluzione adottata, rispetto alla configurazione single-ended che, per l’appunto, prevede la connessione ad un terminale del carico tramite condensatore, mentre l’altro terminale va a massa, si informa infatti al criterio di progetto di tipo BTL (bridge-tied load speaker amplifier) di cui la figura 3 fornisce una chiara spiegazione.

Schema a blocchi semplificato dell’IC MAX9787

Fig. 2 Schema a blocchi semplificato dell’IC MAX9787

Ognuno dei due canali ha infatti lo stadio finale realizzato a ponte, ossia con le uscite di due amplificatori connesse al carico (carico flottante). In tal caso l’escursione della tensione ai capi dello stesso carico (l’altoparlante da 8ohm) è due volte l’escursione di ogni singola uscita, mentre i due segnali sono di eguale ampiezza ma sfasati fra loro di 180°. Il controllo di volume (figura 4), che può essere sia di tipo analogico, tramite potenziometro, che di tipo digitale, è funzione della tensione continua applicata al pin VOL. A 0 V corrisponde il massimo volume, mentre, indicata con VDD la tensione di alimentazione, si ha l’azzeramento dello stesso (full mute) a (0,858 × VDD).

La tensione di alimentazione deve essere compresa fra 4,5 V e 5,5 V. I pin contrassegnati con Bias, sempre con riferimento alla figura 4, sono alla tensione di 1,8 V generata internamente all’IC. Il Bias, oltre a fissare la tensione di ingresso degli op-amp, consente l’eliminazione del click-and-pop di cui si è detto. Il relativo pin va posto a massa tramite un condensatore da 1 ?F. Il pin BEEP è l’ingresso a cui si può addurre un segnale di allerta.

Ciascun canale è connesso in uscita secondo lo schema BTL (bridge-tied load), ossa a ponte. Il carico, l’altoparlante, è quindi flottante non avendo un terminale connesso a massa come nel caso degli stadi single-ended.

Fig. 3 Ciascun canale è connesso in uscita secondo lo schema BTL (bridge-tied load), ossa a ponte. Il carico, l’altoparlante, è quindi flottante non avendo un terminale connesso a massa come nel caso degli stadi single-ended

Il controllo di volume può essere sia analogico che digitale. La tensione sul pin VOL determina il volume di ascolto.

Fig. 4 Il controllo di volume può essere sia analogico che digitale. La tensione sul pin VOL determina il volume di ascolto.

Questo input consente il mix di un segnale beep con il segnale audio. In genere questo comando si usa per disabilitare il segnale audio in ascolto quando giunge il segnale di un’altra sorgente. In tal caso il beep disattiva il segnale audio per dare priorità al segnale secondario che può essere una qualsiasi altra sorgente come per esempio, un ring telefonico. Nella fattispecie quando il segnale VBEEP ha un’ampiezza maggiore di 800 mV da picco a picco e frequenza maggiore di 400 Hz si ha l’intervento del beep (a questo proposito si pensi all’input PC-Beep che consente di inviare direttamente un segnale beep dal computer per farlo pervenire, attraverso lo stadio di amplificazione, agli altoparlanti).

Al pin BEEP corrispondente va connessa una resistenza RB il cui valore di determina con l’espressione: RB = (Vin × 47000)/0,3 dove 47000 è il valore in ohm della resistenza posta sul canale di reazione dell’amplificatore interno e Vin è l’ampiezza del segnale addotto all’input Beep. In serie alla resistenza RB si disporrà poi un condensatore al tantalio da 1 muF la cui unica funzione è di eliminare qualsiasi componente continua presente nel segnale in input. La figura 5 riporta quindi una configurazione già pratica dell’applicazione qui descritta. Per una completa comprensione è però opportuno chiarire finalità e connessioni di alcuni pin. I pin 1 e 27 sono chiaramente i pin di ingresso dei segnali audio destro e sinistro.

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Fig. 5 – Configurazione pratica dello stadio amplificatore stereo da (2 + 2) W con l’IC MAX 9787

I pin 23 e 24, rispettivamente indicati come Gain1 e Gain2 sono di controllo del guadagno dei rispettivi canali 1 e 2 e vanno collegati al pin VDD di alimentazione, mentre il pin VOL va connesso al pin PVDD tramite potenziometro. Il pin SHDN è di shutdown e va normalmente connesso al pin VDD. Portando l’SHDN a massa si ha la disabilitazione dell’amplificatore. In questa condizione l’assorbimento del circuito è praticamente eguale a zero (dal momento che non supera i 0,2 ?A) e consente pertanto un notevole risparmio che si concretizza in una maggior durata delle batterie di alimentazione. Sul pin 12 (VSS) è presente la tensione negativa di alimentazione apportata dal pin 11 (CPVSS) che è l’uscita di un circuito interno di tipo charge pump alimentato dalla tensione presente al pin 7 (CPVDD) che va connesso al pin 16 dal momento che deve avere lo stesso potenziale del pin PVDD.

Si noti che la tensione negativa prodotta dal circuito charge pump interno potrebbe essere utilizzata per alimentare altri circuiti esterni, ma tenendo presente che la massima corrente che questa sorgente può erogare deve essere non superiore a 5 mA per non inficiare le corrette prestazioni dell’amplificatore. La capacità da 1 ?F connessa al pin 21 (BIAS) migliora il PSRR e apporta una notevole riduzione delle componenti di rumore che potrebbero essere eventualmente determinate da sorgenti esterne.

La realizzazione dello Stereo power amplifier

La Maxim fornisce utili suggerimenti al fine di pervenire ad un’ottimale prestazione del circuito. Uno dei più importanti suggerimenti concerne la dimensione delle piste del circuito stampato, che, con riferimento alle connessioni dell’alimentazione e degli altoparlanti, devono essere sufficientemente larghe al fine di minimizzare le perdite di natura resistiva. Analoga considerazione vale per la pista di massa e, a questo proposito, la Casa suggerisce di connettere i pin CPGND, PGND e GND nel medesimo punto. Vanno pure connessi al medesimo punto i pin 11 e 12 (CPVSS e VSS), mentre per le capacità C1, C2 e per la capacità connessa al pin CPVDD si suggerisce un cablaggio prossimo quanto più è possibile al circuito integrato.

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