Amplificatore quattro e quattrotto! RKE04.2011

Un amplificatore audio in quattro e quattr’otto!

Nella nostra attività di radio sperimentatori, capita a volte di dover disporre rapidamente di un piccolo amplificatore audio. Nel mio caso, ad esempio, volevo dare una “voce” adeguata al mio ricevitore ATV quando usato all’aperto.

Visto il ruolo di servizio dell’amplificatore ho cercato qualcosa di semplice, veloce ed economico che in poche mosse mi risolvesse il bisogno.

Cercando nelle proposte delle più comuni case produttrici di silicio, ho trovato nel catalogo ST l’oggetto che cercavo.

Il TDA7268

Il circuito integrato, in contenitore Dual-In-Line, quindi facilmente maneggiabile, è nato come finale audio stereo per i moderni televisori. Le specifiche, sono di tutto rilievo e qui riassunte così come estratte dal datasheet della ST.

• Ampio range di tensioni di alimentazione: da 4.5V a 18V

• Potenza d’uscita per canale: 2W @ THD 10% 12V/8W

• Guadagno fisso, definito internamente di 32dB

• Non richiede condensatori di retroazione

• Protezione termica

• Protezione contro corto circuito delle uscite

• Circuito “anti-bump” all’accensione/spegnimento

• Pochissimi componenti esterni

Si compone di due amplificatori audio indipendenti con dispositivi d’uscita in tecnologia complementare (PNP+NPN), capaci di funzionare su un ampio range di tensione di alimentazione, dai 5V (USB ad esempio..) ai 16V (mobile). Ogni amplificatore è comprensivo al suo interno delle reti di polarizzazione e retroazione/compensazione. Sullo stesso chip sono realizzati anche i circuiti ausiliari, quali le protezioni termica, corto circuito all’uscita, soft-bump, funzione stand-by.

In particolare la funzione stand-by, che riduce a poche centinaia di μA il consumo (circa 1mW mediamente!) è volta a soddisfare gli obiettivi di risparmio energetico espressi nella direttiva EuP (Energy using Products) 2005/32/CE poi sostituita dalla Direttiva ErP (Energy related Products) 2009/125/CE che si applica al mondo dell’elettronica consumer, primo cliente di questo chip.

La piedinatura

Illustrazione 1: TDA7268: piedinatura

Il circuito integrato in oggetto si presenta nel più classico dei contenitori plastici, il vecchio e conveniente 16 pin, caratteristica che lo rende molto maneggiabile ed impiegabile con facilità anche in basette prototipali. Osservando bene la piedinatura, si nota come tutti i terminali di segnale ed alimentazione siano disposti dallo stesso lato, connessi sui terminali da 1 a 8, mentre la fila opposta sia tutta collegata alla massa di potenza.

Questa condizione, che semplifica anche lo sviluppo del layout dell’eventuale circuito stampato, è diretta conseguenza del metodo di dissipazione del calore dal chip scelto dai progettisti dell’IC, così come vedremo nel seguito. Da un punto di vista meramente elettrico, si preveda di collegare tutti i terminali da 9 a 16 assieme ed alla massa.

La dissipazione termica

Così come tutti gli amplificatori, anche questo nel proprio funzionamento deve dissipare energia a causa delle sue perdite interne. Ora, assumendo un rendimento del 50%, a piena potenza il chip si trova a dover dissipare circa 4W, decisamente troppi per farlo solo attraverso il contenitore plastico. La soluzione adottata dai progettisti del silicio, è stata quella di montare il chip su di un supporto metallico, tutt’uno con i terminali dal 9 al 16.

Illustrazione 2: Vista “esplosa” del circuito

Per rendere meglio l’idea, ho “esploso” uno dei dispositivi in mio possesso e l’ho messo a nudo come visibile in foto. Il calore generato dal chip, viene trasmesso al supporto e da qui, tramite i terminali, portato all’esterno (vedi frecce rosse). Per completare l’azione però, occorre che i terminali 9-16 siano collegati termicamente ad una superficie idonea a dissipare il calore generato all’interno.

Nel caso si impieghi un circuito stampato, una piazzola di rame è la soluzione più conveniente. Le dimensioni possono essere calcolate sulla base delle indicazioni della ST come qui di seguito riportate. Indicativamente da 8 a 10 cm² di superficie assolvono alla funzione richiesta.

Illustrazione 3: Area PCB come dissipatore

Lo schema suggerito

Illustrazione 4: Schema elettrico suggerito

Sopra è possibile vedere lo schema elettrico suggerito dal costruttore del chip. Quello che colpisce immediatamente è l’estrema semplicità ed il numero minimo di componenti esterni richiesti. Solo i grossi condensatori di ingresso/uscita e filtro non sono stati integrati nel chip e quindi sono da prevedere esternamente allo stesso. La realizzazione pratica diventa così estremamente facile, veloce e diretta. Inoltre, se non interessa la funzione stand-by (fatto molto probabile nelle nostre applicazioni), si può collegare il terminale 3 direttamente a massa, risparmiando così un altro condensatore.

La mia realizzazione e suggerimenti utili

Vista la semplicità fin qui enunciata, non ho ritenuto opportuno per la mia applicazione sviluppare un circuito stampato ma ho realizzato il tutto sulla onnipresente basetta millefori. Per mantenere il tutto compatto ho impiegato una coppia di mini-altoparlanti recuperati da un vecchio monitor LCD. Il circuito si sviluppa dietro agli stessi che fungono anche da supporto. Non potendo sfruttare il circuito stampato come dissipatore, ho ideato un’altra soluzione per raffreddare l’integrato. Come visibile in foto, i terminali da 9 a 16 sono saldati su un sottile foglio di rame (20x20mm circa) sul quale è montato con una vite passante un piccolo dissipatore. Un velo di pasta termica fra rame ed aletta ottimizza il circuito termico. Questa soluzione si è rivelata ottima per semplicità ed efficacia anche quando l’apparato deve funzionare all’aperto, esposto al sole d’estate.

Nel mio prototipo, ho notato la tendenza ad auto oscillare ad alta frequenza. In mancanza di un buon oscilloscopio sull’uscita, il fenomeno è rilevabile per via dell’alta corrente che il circuito assorbe in assenza di segnale. La cura, è stata il bypass locale di ogni singolo terminale di alimentazione. Di fatto ho raddoppiato il condensatore C4 dello schema suggerito, ponendone uno ciascuno sui piedini 1 ed 8. Questo semplice accorgimento, ha reso il circuito molto robusto in ogni condizione di carico ed alimentazione. Un potenziometro logaritmico, stereo da 47kOhm, precede l’amplificatore e permette la regolazione del volume.

Illustrazione 5: La mia realizzazione e la soluzione per il dissipatore

Conclusioni

Tutte le volte che serva velocemente un amplificatore audio di piccola potenza ed ingombro, il TDA7268 sembra essere un’ottima scelta. In meno di un’ora, tutto è pronto a funzionare. Il vasto campo di tensioni operative lo rende idoneo a mille applicazioni, sia collegato a PC sia a batterie e radio. Le prestazioni sono buone e i minimi componenti esterni richiesti, favoriscono una realizzazione compatta e pulita.

A questo punto, non mi rimane che augurarvi, come sempre, buon lavoro!

Bibliografia

www.st.com/stonline/books/pdf/docs/4836.pdf

www.youtube.com Audio amplifier IC chip amp review TDA7268 TDA7267

www.benjammin.net/www/pages/techtips/Samsung-150mp.html

www.scienzaegoverno.org/n/007/007_07.htm?p=073%A3id

italy.intertek-etlsemko.com/servizi/direttiva-EuP/