Amplificador Hi-End de 56W RMS com LM3875 - Monte o Seu com PCB Completa!

Layout da Placa de Circuito Impresso para o Amplificador Hi-Fi de 56W RMS usando o CI LM3875

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Olá a Todos!

Bem-vindo a este guia completo sobre como construir um Amplificador de Áudio Hi-Fi de alta performance que oferece qualidade de áudio excepcional usando o renomado circuito integrado LM3875. Seja você um entusiasta de áudio, um hobbyista de DIY ou um estudante de eletrônica, este projeto oferece o equilíbrio perfeito entre desempenho e simplicidade.

O LM3875 é um referencial no mundo da amplificação de áudio, capaz de entregar 56W de potência contínua em uma carga de 8Ω com distorção notavelmente baixa de apenas 0,1% THD + N em todo o espectro audível de 20Hz a 20KHz.

💡 Você sabia?

O LM3875 possui um inovador circuito de proteção SPiKe (Self Peak instantaneous Temperature protection) que o coloca em uma classe acima de muitos amplificadores discretos e híbridos. Esta tecnologia oferece dinamicamente uma área de operação segura (SOA) protegendo contra sobretensão, subtensão, curtos-circuitos, runaway térmico e picos instantâneos de temperatura.

Por que escolher o LM3875 para seu projeto Hi-Fi?

Ao selecionar um CI de amplificador para seu projeto de áudio, o LM3875 oferece várias vantagens convincentes que o tornam um favorito entre entusiastas de áudio e profissionais:

• Desempenho de Áudio Excepcional: Com uma relação sinal-ruído superior a 95dB (mínimo) e um nível de ruído ultra baixo de apenas 2,0μV, sua música emergirá de um fundo praticamente silencioso.
• Distorção Mínima: O LM3875 mantém valores extremamente baixos de THD + N de apenas 0,06% na saída nominal, garantindo reprodução de áudio cristalina.
• Linearidade Excepcional: Com uma classificação típica de IMD (SMPTE) de 0,004%, o amplificador preserva a integridade de passagens musicais complexas.
• Proteção Abrangente: O sistema de proteção SPiKe salvaguarda seu investimento contra praticamente todos os modos de falha comuns.

Especificações Técnicas do LM3875

Principais Características em um Relance:

• Potência de Saída: 56W de potência média contínua em 8Ω
• Capacidade de Pico: 100W de capacidade de saída de pico instantâneo
• Qualidade do Sinal: Relação sinal-ruído > 95dB (mín)
• Sistemas de Proteção:
  • Proteção contra curto-circuito para terra ou alimentações através de limitação de corrente interna
  • Proteção contra sobretensão de saída contra transientes de carga indutiva
  • Proteção contra subtensão (desabilita operação quando |V+| + |V−| ≤ 12V)
• Encapsulamento: Pacote PFM de 11 Pinos
• Tensão de Alimentação: Faixa ampla de 20V a 84V (|V+| + |V−|)
• Distorção: Distorção harmônica total (THD) menor que 0,03% em 20Hz a 20kHz

Requisitos da Fonte de Alimentação

Para maximizar o desempenho de um amplificador baseado em LM3875, uma fonte de alimentação bem projetada é crítica. Para este projeto, recomendamos usar um transformador com enrolamento secundário de 28 V–0–28 V AC capaz de fornecer pelo menos 5A. Após retificação de onda completa e filtragem, esta configuração resulta em uma alimentação DC simétrica estável de aproximadamente ±40V, que é bem adequada para o LM3875.

Esta escolha está alinhada com as especificações do LM3875: segundo seu datasheet, o dispositivo suporta uma tensão de alimentação total (|V⁺| + |V⁻|) de até 84V, enquanto as condições de operação comuns geralmente se concentram em torno de ±35 V. 

Selecionar uma fonte de alimentação com capacidade de corrente adequada reduz o ripple, melhora a regulação de carga e aumenta a estabilidade geral sob sinais de áudio dinâmicos.

Ao projetar a fonte de alimentação, considere as seguintes melhores práticas:

• Use capacitores de filtro de alta qualidade classificados para tensão significativamente maior que o pico de DC para garantir baixo ripple e confiabilidade a longo prazo.

• Inclua proteção contra sobrecorrente e térmica para seu transformador, diodos e estágios de filtro para melhorar a segurança e durabilidade.

• Implemente um sólido aterramento e layout de ponto estrela para minimizar zumbido e ruído no caminho de áudio.

• Escolha um ponte retificadora com classificação de corrente adequada às suas demandas de pico e contínuas, e garanta que os diodos sejam adequadamente dissipadores de calor se necessário.

🔌 Seção do Diagrama Esquemático do Circuito

O esquema na Figura 2 ilustra um amplificador de alta fidelidade de 56 W construído em torno do circuito integrado LM3875. O projeto usa uma topologia clássica não inversora, comum em aplicações de áudio de alta qualidade por sua simplicidade, desempenho e baixa contagem de componentes.

Fig. 2 - Diagrama esquemático do Amplificador Hi-End de 56W RMS com CI LM3875

🌟 Características principais do circuito incluem:

1. Loop de Realimentação: A rede resistiva (Ri para entrada, Rf para realimentação) estabelece o ganho do amplificador, garantindo um fator de amplificação estável e bem definido.

2. Capacitores de Acoplamento: Estes são usados tanto na entrada quanto na saída para bloquear DC, impedindo que qualquer deslocamento de DC indesejado atinja o próximo estágio ou caixa de som alimentada.

3. Compensação de Frequência: Dependendo da carga e do layout, um pequeno capacitor (ou rede) pode ser colocado no loop de realimentação para melhorar a estabilidade em alta frequência e evitar oscilações.

4. Trilhos de Alimentação Simétricos: O diagrama mostra claramente os trilhos ±V alimentando o LM3875, correspondendo à arquitetura da fonte de alimentação discutida anteriormente.

5. Proteções Internas: O LM3875 inclui mecanismos de proteção embutidos, como limitação de corrente e proteção contra sobretensão "SPiKe", que protegem contra sobrecargas e transientes de carga indutiva.

Esta configuração fornece um equilíbrio compensatório: componentes adicionais mínimos, mas alta potência de saída e fidelidade de áudio, aproveitando as forças do LM3875.

⚠️ Dica sobre Fonte de Alimentação:

Para melhor desempenho, use um transformador com classificação de corrente pelo menos 20% maior que a máxima corrente esperada. Além disso, considere adicionar circuitaria de partida suave para prevenir corrente de pico que pode estressar componentes e potencialmente causar queima de fusíveis.

📝 Lista de Componentes

• IC 1: Circuito Integrado LM3875T
• R1, R4: Resistor 1/8W 22K
• R2, R3: Resistor 1/8W 1K
• R5: Resistor 2W 2Ω
• C1: Capacitor cerâmico/poliéster 220pF
• C2: Capacitor Eletrolítico 22μF
• C3, C4: Capacitor Eletrolítico 470μF
• C5, C6, C7: Capacitor cerâmico/poliéster 100nF
• P1: Potenciômetro 47K
• Outros: Fios, solda, PCB, etc.

💡 Dica de Seleção de Componentes:

Para desempenho de áudio ideal, considere usar resistores de filme de metal para R1-R4 e um capacitor de polipropileno de alta qualidade para C1. Para os capacitores eletrolíticos (C2-C4), escolha tipos de baixo ESR classificados em pelo menos 50V para garantir confiabilidade e longevidade.

🖨️ Placa de Circuito Impresso (PCB) - Download

O layout da Placa de Circuito Impresso mostrado na Figura 3 foi cuidadosamente projetado para otimizar o fluxo de sinal e minimizar o ruído. O plano de terra foi estrategicamente implementado para fornecer uma referência estável e reduzir interferências potenciais.

Fig. 3 - PCI Amplificador Hi-End de 56W RMS com LM3875 

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🤔 Perguntas Frequentes (FAQ)

Para garantir que seu projeto seja um sucesso, compilamos algumas das perguntas mais comuns sobre este tema. Confira!

Que tipo de dissipador de calor é necessário para o LM3875? 🔽

Para desempenho ideal, o LM3875 requer um dissipador de calor substancial com resistência térmica de aproximadamente 1°C/W ou inferior. Os requisitos exatos dependem da sua tensão de alimentação e impedância de carga, mas geralmente, recomenda-se um dissipador com pelo menos 200cm² de área de superfície para operação contínua em potência máxima.

Posso usar este amplificador para ambos os canais de um sistema estéreo? 🔽

Este circuito é projetado para operação de canal único (mono). Para um sistema estéreo, você precisaria construir dois amplificadores idênticos, cada um com seu próprio CI LM3875 e componentes associados. Alternativamente, você poderia usar o LM4780, que contém dois circuitos LM3875 em um único pacote para aplicações estéreo.

Qual é a impedância de carga mínima que este amplificador pode acionar com segurança? 🔽

O LM3875 é projetado para acionar com segurança cargas tão baixas quanto 4Ω. No entanto, ao operar com alto-falantes de 4Ω, o CI gerará mais calor, então um dissipador ainda maior pode ser necessário. O projeto apresentado neste artigo é otimizado para cargas de 8Ω, que oferece um bom equilíbrio entre potência de saída e gerenciamento térmico.

Posso modificar este circuito para operar em modo ponte para mais potência? 🔽

Sim, você pode configurar dois circuitos LM3875 em modo ponte (BTL) para aproximadamente duplicar a potência de saída. No entanto, isso requer uma configuração de circuito específica e atenção cuidadosa ao layout da PCB para prevenir oscilação. O datasheet do LM4780 fornece exemplos de operação em ponte que podem ser adaptados para este propósito.

Artigo original publicado na ELC (inglês) – 22 de outubro de 2020

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