Mini amplificatore stereo universale

Mini finale di potenza stereofonico universale, adatto per amplificare il segnale di uscita di dispositivi come lettori MP3 e schede audio dei PC.

L’amplificatore audio รจ uno di quei dispositivi elettronici, come timer ed alimentatori, che possiamo considerare โ€œevergreenโ€, perchรฉ serve sempre ed รจ attuale anche se cambiano le tecnologie e nellโ€™era del digitale; volete una dimostrazione: molte schede audio da PC fisso e notebook, ma anche i lettori MP3 portatili, dispongono di unโ€™uscita BF non amplificata, di basso livello (alcune centinaia di millivolt) e ad impedenza relativamente bassa, tanto da poter pilotare al massimo qualche cuffia da 32 a 300 ohm.

Il progetto descritto in queste pagine nasce proprio con lo scopo di realizzare un box audio cui collegare svariati dispositivi, oppure una coppia di casse amplificate tipo quelle dei computer: in questo caso รจ sufficiente inserirlo in uno dei due diffusori e collegare lโ€™altro con una piattina, quindi connetterlo alla fonte BF con un cavetto schermato stereo dotato di spinotto RCA o jack, in base alla connessione della fonte audio.

Schema elettrico dell’amplificatore audio

Il circuito dellโ€™amplificatore รจ reso molto semplice dallโ€™adozione di un unico integrato monolitico che al proprio interno contiene due finali distinti capaci di erogare 2×5 watt in modalitร  stereo, su carico da 4 ohm dโ€™impedenza e con alimentazione di 12 volt; salendo a 14 V, la potenza massima raggiunge circa 6 watt per canale.

Lโ€™integrato che utilizziamo รจ il TDA1517 della Philips/NXP, formato, oltre che dai due stadi amplificatori (in configurazione single-ended e con ingresso sbilanciato riferito a massa) da una logica che ne controlla lโ€™attivitร , in modo da realizzare la funzione di soft-start e muting.

Ma analizziamo con ordine il componente: gli ingressi audio sono localizzati ai contatti 1 e 9, rispettivamente canale sinistro e destro; i canali si possono comunque scambiare tra loro senza che cambi nulla. Lโ€™uscita del finale corrispondente al piedino 1 รจ localizzata sul pin 4, mentre quella del canale relativo allโ€™ingresso sul piedino 9 corrisponde al 6; entrambe le uscite sono riferite a massa, ragion per cui i rispettivi altoparlanti devono avere il capo negativo collegato alla pista di massa del circuito stampato, come mostra lo schema elettrico.

Visto che lโ€™integrato lavora ad alimentazione singola e che gli stadi finali sono singoli (non a ponte, per intenderci) in condizioni di riposo (ossia in assenza di segnale) i piedini 4 e 6 presentano un potenziale pari a circa metร  di quello di alimentazione; tale polarizzazione serve a far sรฌ che ogni uscita possa applicare al proprio altoparlante valori di tensione e corrente sia positivi sia negativi, in quanto oscillando sopra la metร  del potenziale di alimentazione si fornisce corrente positiva mentre al disotto la corrente sarร  negativa.

Perchรฉ ciรฒ funzioni, occorre disaccoppiare gli altoparlanti ognuno con un condensatore, come vedete nello schema elettrico: il condensatore innanzitutto evita che a riposo la bobina del rispettivo altoparlante venga percorsa da una corrente tale da farla surriscaldare e da consumare inutilmente elettricitร , mentre in presenza di segnale si carica e si scarica invertendo la polaritร  della tensione e quindi il verso della corrente nellโ€™altoparlante.

I condensatori C6 e C7 sono elettrolitici perchรฉ, vista la bassa impedenza dellโ€™uscita di ogni amplificatore e degli altoparlanti, per garantire una frequenza di taglio inferiore bassa quanto basta a coprire le note basse della gamma audio servono elevati valori di capacitร , che in commercio si trovano solo nei condensatori elettrolitici. Sappiate che in linea di massima la frequenza limite inferiore (fti) che lโ€™amplificatore puรฒ riprodurre รจ dettata, per ciascun canale, dalla formula:

fti = 1/6,28xZxC

dove Z รจ lโ€™impedenza dellโ€™altoparlante espressa in ohm e C la sua capacitร  in Farad (1 Farad vale 1.000.000 di microfarad). In realtร  nel calcolo andrebbe computata anche lโ€™impedenza di uscita dellโ€™amplificatore, che perรฒ vale pochi decimi di ohm ed รจ piccola rispetto a Z.

Passiamo adesso al circuito dโ€™ingresso, che porta il segnale dal connettore jack stereo agli input IN1 e IN2 del TDA1517: oltre ai condensatori di disaccoppiamento C1 e C2, necessari per evitare che la tensione che a riposo polarizza i piedini 1 e 9 dellโ€™integrato si riversi sul dispositivo che pilota lโ€™amplificatore (in realtร  i condensatori servono anche ad evitare che lโ€™impedenza della fonte BF alteri la polarizzazione degli stadi dโ€™ingresso) troviamo il doppio potenziometro RV1a-RV1b, utile a dosare il livello del segnale di bassa frequenza proveniente dalla fonte audio da amplificare e quindi a realizzare un efficace controllo del volume di ascolto; portando il cursore verso massa si diminuisce il livello, mentre nella direzione opposta il volume sale. Se realizzate il circuito seguendo la traccia lato rame da noi fornita per lo stampato, il volume aumenta ruotando il perno del potenziometro verso destra e cala verso sinistra.

Andiamo avanti con lโ€™analisi circuitale e troviamo il condensatore C4, collegato verso massa, che serve a filtrare la polarizzazione degli stadi pilota interni al TDA1517, ovvero a ripulirne lโ€™alimentazione da eventuali disturbi e ondulazioni che possono determinarsi sulla linea di alimentazione e quindi sul piedino 7 (VP) a piena potenza; infatti quando lโ€™amplificatore assorbe corrente per mandarla tramite le proprie uscite agli altoparlanti, la resistenza elettrica delle piste che dal connettore di alimentazione portano al piedino 7 si fa sentire, causando pur minime cadute di tensione il cui andamento รจ analogo a quello del segnale audio (piรน esattamente, quando la corrente negli altoparlanti aumenta la tensione su VP cala leggermente). Le ondulazioni camminano allโ€™interno dellโ€™integrato e causano fluttuazioni nella polarizzazione, provocando nel migliore dei casi dei disturbi (e quindi facendo distorcere il segnale e pregiudicandone la fedeltร ) e nel peggiore lโ€™autoscillazione, giacchรฉ se il disturbo va in fase con il segnale ne accresce lโ€™ampiezza innescando un ciclo che porta ad autoalimentare il fenomeno (perchรฉ se aumenta il livello audio cresce lโ€™entitร  dellโ€™oscillazione sullโ€™alimentazione, che a sua volta spinge un incremento del livello audio ecc.); lโ€™autoscillazione impedisce il corretto funzionamento dellโ€™amplificatore, fa surriscaldare il TDA1517 e quindi va evitata assolutamente. A questo concorre C4.

Passiamo adesso alla logica di controllo che fa capo al piedino 8: essa permette di ottenere il soft-start dellโ€™amplificatore e la funzione muting; il soft-start serve ad evitare il classico โ€œbumpโ€ negli altoparlanti quando si applica lโ€™alimentazione, causato dallโ€™iniziale assestamento delle reti di polarizzazione che determina sui piedini 4 e 6 degli impulsi che passano dai condensatori, in quanto questi sono inizialmente scarichi.

La funzione si realizza collegando una rete RC tra il positivo di alimentazione del circuito (il condensatore deve terminare a massa) e il piedino 8, in modo che applicando la tensione al circuito inizialmente tale pin sia a zero logico e poi raggiunga lo stato alto con quel ritardo che serve alla polarizzazione degli amplificatori per assestarsi ed evitare cosรฌ il botto sugli altoparlanti. La stessa logica fa in modo che fin quando il piedino 8 non raggiunge il livello alto il segnale dโ€™ingresso non raggiunga gli stadi finali e realizza perciรฒ un muting allโ€™accensione.

Nel nostro caso, come vedete dallo schema elettrico, abbiamo affidato il controllo del piedino M/SS al deviatore SW1: spostando questโ€™ultimo verso massa lโ€™amplificatore รจ in muting, mentre portandone il cursore sul positivo di alimentazione si accende; il LED evidenzia, illuminandosi, la condizione di normale funzionamento.

Dunque, per un uso ottimale tenete sempre alimentato il circuito ed accendetelo e spegnetelo mediante SW1, cosรฌ eviterete il botto sugli altoparlanti e la distorsione del segnale nei primi istanti di funzionamento; mantenere alimentato lโ€™amplificatore non รจ un problema, perchรฉ quando รจ in standby il circuito assorbe pochissimo: appena 100 microampere.

Se lo desiderate, potete comandare da remoto lโ€™accensione dellโ€™amplificatore pilotando il piedino 8 con un livello logico TTL (0/5 V) se il circuito รจ alimentato a meno di 9 V o CMOS (0/12 V) se per lโ€™alimentazione scegliete piรน di 9 volt; il livello di controllo deve essere fornito dalla fonte di segnale audio che volete amplificare.

Terminiamo la descrizione del circuito con lโ€™alimentazione, che deve essere in tensione continua, anche non stabilizzata, del valore di 9รท14 Vcc, anche se il TDA1517 lavora bene con soli 6 volt; la potenza ottenibile a 14 V รจ circa 6 V, che diventano 5 a 12 V e poco piรน di 1 W a 6 volt (si parla di usare altoparlanti da 4 ohm dโ€™impedenza).

I condensatori C3 e C5 servono a filtrare lโ€™alimentazione dai disturbi, dallโ€™eventuale ripple dellโ€™alimentatore e a livellare la tensione anche quando lโ€™amplificatore sta funzionando alla massima potenza e sulle piste del positivo e del negativo cominciano a propagarsi ondulazioni. Il diodo D1 protegge il circuito nel caso lo alimentiate con la polaritร  rovesciata.

L’integrato TDA1517

Lโ€™amplificatore qui descritto รจ praticamente tutto contenuto nellโ€™integrato TDA1517 prodotto dalla NXP (una divisione della Philips); questo componente รจ formato da due stadi finali audio in classe B, ognuno dei quali รจ capace di sviluppare fino a 6 watt efficaci su un altoparlante da 4 ohm di impedenza, con una distorsione che a piena potenza รจ dellโ€™ordine del 10%.

Il componente va alimentato con una tensione compresa tra 6 e 14 V, sebbene tolleri un massimo di quasi 18 V; ogni stadio amplificatore interno ha un guadagno fisso di 20 dB (ossia 40 volte in tensione) che permette di ottenere 5 W su 4 ohm con unโ€™ampiezza del segnale dโ€™ingresso pari a circa 110 mVeff.

Oltre ai due stadi amplificatori in classe B, lโ€™integrato incorpora una protezione da sovratemperatura ed una logica che consente di mettere i finali in standby mediante un livello di tensione da applicare al piedino 8.
In questo riquadro trovate lo schema a blocchi del TDA1517.

Piano di montaggio dell’amplificatore con TDA1517

Elenco componenti

R1: 4,7 kohm 
RV1: Doppio 
potenziometro
10 kohm
C1: 220 nF multistrato
C2: 220 nF multistrato
C3: 220 nF multistrato
C4: 100 ยตF 25 VL
elettrolitico
C5: 1000 ยตF 25 VL 
elettrolitico
C6: 1000 ยตF 25 VL
elettrolitico
C7: 1000 ยตF 25 VL
elettrolitico
LD1: LED 3 mm Rosso
D1: 1N5404
SW1: Deviatore a slitta
90ยฐ
IC1: TDA1517

Varie:
- Connettore jack stereo
da CS
- Morsettiera 2 poli (3 pz.)
- Manopola
- Circuito stampato

Realizzazione e collaudo

Alimentate il circuito con 12 volt applicati ai contatti + e โ€“ della morsettiera SK1 e lasciando momentaneamente il deviatore SW1 verso massa (verificate che il LED sia spento); adesso accendete la fonte di segnale audio (PC o lettore MP3 o altro che avete collegato allโ€™ingresso) portate al minimo il potenziometro del volume e spostate SW1 nella posizione di ON (verso il positivo) verificando che il LED si accenda. Poco dopo, ruotando gradualmente il perno del potenziometro in senso orario dovreste sentire il suono negli altoparlanti.

Accertato che tutto funzioni, togliete lโ€™alimentazione e trovate un idoneo contenitore plastico per lโ€™amplificatore, dal quale dovrete lasciare uscire il cordone di alimentazione, il perno del potenziometro (su cui monterete una manopola adeguata) e la presa jack dโ€™ingresso; potete anche realizzare un box che contenga i due altoparlanti, posti ognuno da un lato, ovvero due piccole casse amplificate: in questo caso inserite il circuito in un box e collegate il secondo box con uno spezzone di piattina che porti il segnale di una delle uscite alla cassa passiva (quella che ha solo gli altoparlanti).

Fate uscire il perno del potenziometro e rendete accessibile la presa jack, quindi per lโ€™alimentazione montate un plug sul pannello posteriore, in modo da poter alimentare lโ€™amplificatore con un alimentatore universale dotato di plug e capace di erogare 9รท12 Vcc e almeno 1 ampere di corrente (meglio 1,2).

Lโ€™alimentatore deve essere preferibilmente lineare, quindi basato su un banale trasformatore ed un semplice raddrizzatore con diodi e condensatori di filtro. Al limite potete usare anche uno switching, ma in questo caso il nostro consiglio รจ di porre tra il positivo dellโ€™alimentatore ed il + della morsettiera del circuito un filtro LC composto da una bobina da 1 o 2 mH (capace di reggere 1 A) in serie e due condensatori in parallelo tra + e -, uno prima della bobina e lโ€™altro direttamente sulle piste + e โ€“ del circuito; i condensatori devono essere da 2.200 ยตF, 25 V. Senza filtro, รจ facile che i residui di commutazione sfuggiti allโ€™alimentatore interferiscano con la musica che ascoltate.

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