Soy nuevo en la electrónica analógica y todavía estoy aprendiendo sobre los amplificadores operacionales. Estoy conduciendo un altavoz de 8ohm 15 vatios con sólo un amplificador óptico y mi teléfono. Lo que no entiendo es que tengo una doble alimentación, 10V y -10V, voltaje más que suficiente para manejar el audio que se duplica desde un teléfono celular. Si el altavoz es 15 vatios y hay suficientes tensiones de alimentación en ambos extremos. ¿Cómo se produce la distorsión cuando subo el volumen o se producen graves intensos? Cuando paso una onda sinusoidal de mi generador de funciones por el circuito no tengo ningún problema, puedo subir la amplitud hasta que la salida se recorta por la tensión de alimentación. Sin embargo, ¿alguien sabe qué ocurre con la entrada/salida de mi teléfono?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Como eres nuevo en la electrónica simplifico aquí un poco:
Los OpAmps no tienen la capacidad de conducir la corriente para conducir los altavoces directamente. Los altavoces suelen tener una impedancia en los bajos ohmios. 8 Ohm es lo típico.
Un OpAmp ordinario no conducirá mucho más de 50mA a 100mA. A 10V de señal que es aproximadamente igual a una impedancia de 1000 a 2000 Ohm. Mucho más alto que sus altavoces.
Si conecta altavoces a la salida de su OpAmp, es probable que el OpAmp intente accionar los altavoces de todos modos, pero después de alcanzar el límite de corriente no lo hará más. Eso recortará la forma de onda, y esto es lo que se oye como distorsión.
Necesitas una etapa de potencia para accionar los altavoces. Estos pueden ser construidos usando un OpAmp y algunos transistores adicionales para manejar la carga más alta.
Por otro lado, es más económico si sólo utilizas un chip amplificador de audio que maneje los 15 vatios directamente. El chip TDA2030, por ejemplo, puede manejar felizmente de 10 a 14 vatios y es realmente barato.
En resumen: Piensa en los OpAmps como preamplificadores, para manejar algo más grande necesitas un amplificador de potencia.
Hay varias cosas que están mal aquí. Dices que quieres alimentar un altavoz de 8 Ω con 15 W. Eso significa que necesitas sqrt((15 W)(8 Ω)) = 11 V. Ten en cuenta que esto es RMS. Para una onda sinusoidal, eso significa que el voltaje de pico es sqrt(2) más alto, o ±15,5 V. Está claro que los suministros de ±10 V no son lo suficientemente buenos.
Luego está la cuestión de proporcionar suficiente corriente. La corriente RMS necesaria es sqrt((15 W)/(8 Ω)) = 1,4 A. Y de nuevo, eso es RMS, así que la corriente de pico tiene que ser al menos ±1,9 A. Un "opamp" típico no puede proporcionar ese tipo de corriente, ni siquiera cerca.
Lo que necesitas es una etapa de potencia real que funcione a partir de unos 20 V y que pueda generar y absorber 2 A.
Los amplificadores ópticos no tienen la potencia necesaria para esto.
Un op-amp ordinario está diseñado para manejar cargas de pequeña señal, como pequeños auriculares, las entradas de otros amplificadores u otros circuitos. Un altavoz de 8Ω simplemente requiere demasiada corriente (amperios frente a miliamperios) para que un amplificador óptico pueda manejarlo solo.
Pero, aumentar la corriente de salida es más sencillo de lo que parece
Afortunadamente, es posible construir un amplificador de potencia alrededor de un op-amp, como se indica a continuación:
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
En este circuito, Q1 y Q2 actúan como un amplificador de corriente de clase B con seguimiento de emisor para la salida de OA1. Normalmente, una etapa de clase B o AB requiere un montón de polarización para mantener baja la distorsión de cruce, pero al colocar la etapa en En el bucle de retroalimentación del OA1, el amplificador óptico se encarga de la mayor parte de este asunto por medio de la acción de retroalimentación, aunque requiere un amplificador óptico bastante rápido para hacerlo. Siempre que las fuentes de alimentación tengan suficiente potencia, y Q1 y Q2 sean lo suficientemente robustos y estén adecuadamente disipados, este circuito es adecuado para accionar cualquier altavoz que se le proponga, y es muy barato de construir. Por supuesto, el rendimiento sonoro depende en gran medida del amplificador óptico que utilices, y si lo necesitas, puedes configurarlo como algo distinto a un amplificador de ganancia de voltaje unitaria cambiando la red de retroalimentación, al igual que harías con una etapa de amplificador óptico de señal pequeña.
Deberías publicar más información sobre el amplificador óptico, pero si es uno de los sospechosos habituales, como el NE5532, lo más probable es que te hayas saltado la línea de "corriente de salida máxima" en las hojas de datos.
Algunos opamps se ahogan en cargas de 2k ohmios (como el TL072) porque su etapa de salida sólo puede manejar una cantidad minúscula de corriente, otros funcionan bien en cargas de 600 ohmios y llegan hasta 60mA o incluso 100mA...
Pero para una carga de 8 ohmios realmente necesitas algo diseñado para el trabajo. Si eres un principiante, prueba con un LM1875 por ejemplo, es un chip amplificador barato y fácil de usar (sólo un opamp en realidad, pero diseñado para el tipo de corriente que requiere tu altavoz). También necesita un disipador de calor.
Si la cosa funciona con baterías, considera la posibilidad de comprar un módulo de amplificación de clase D en aliexpress, como el IRS2092 o los chips de TI.
