Construir um amplificador de potência do zero é um projeto muito interessante para quem gosta de eletrônica aplicada ao áudio. Mas nem sempre precisamos começar desenhando a placa, fazendo a transferência das trilhas, furando a PCB e soldando componente por componente.
Uma alternativa bastante prática é utilizar uma placa amplificadora pronta com o TDA7294.
No vídeo deste artigo mostro justamente uma dessas placas e como ela pode simplificar bastante a construção de um amplificador de áudio.
O TDA7294 é especialmente interessante porque concentra boa parte do estágio de potência em um único circuito integrado. Segundo a própria STMicroelectronics, fabricante do componente, trata-se de um amplificador de áudio classe AB com estágio de potência DMOS, desenvolvido para aplicações Hi-Fi como sistemas de som domésticos e caixas amplificadas.
O que é o TDA7294?
O TDA7294 é um circuito integrado amplificador de potência apresentado em encapsulamento Multiwatt15.
Em termos bastante simplificados, podemos pensar:
SINAL DE ÁUDIO
↓
TDA7294
↓
SINAL AMPLIFICADO
↓
ALTO-FALANTEÉ claro que o CI não trabalha sozinho.
Precisamos de componentes externos, alimentação adequada, dissipador e alguns cuidados de montagem.
É justamente aí que uma placa pronta para o TDA7294 pode facilitar bastante o projeto.
Por que o TDA7294 ficou tão conhecido?
Uma das características interessantes desse componente é combinar potência relativamente elevada com um circuito externo que não precisa ser extremamente complexo.
A ST especifica para o TDA7294 características como estágio DMOS, baixa distorção e baixo ruído, além de proteções contra curto-circuito e sobretemperatura. O componente também possui funções de Mute e Standby.
Isso fez com que o CI se tornasse bastante conhecido em projetos de:
amplificadores caseiros, caixas amplificadas, sistemas de áudio e projetos Hi-Fi.
O TDA7294 realmente fornece 100 W?
Aqui precisamos tomar um pouco de cuidado.
É muito comum encontrarmos anúncios dizendo simplesmente:
“TDA7294 — amplificador de 100 W”.
A própria ST descreve o componente como capaz de fornecer até 100 W de potência musical.
Mas isso não significa que qualquer placa com um TDA7294 fornecerá continuamente 100 W RMS em qualquer alto-falante e com qualquer fonte.
A potência efetivamente disponível depende de vários fatores:
tensão da fonte, impedância da carga, distorção admissível, capacidade da fonte e dissipação térmica.
Por isso, eu evitaria definir uma placa genérica simplesmente como:
“amplificador de 100 W”.
É tecnicamente mais correto dizer que estamos utilizando um amplificador baseado no TDA7294 e avaliar a potência real nas condições de funcionamento do projeto.
Ele pode trabalhar com alto-falantes de 4 e 8 ohms
O fabricante indica o TDA7294 para operação com cargas de 4 Ω e 8 Ω, dependendo naturalmente das condições de alimentação e operação.
Isso não significa que podemos ligar qualquer alto-falante sem analisar o conjunto.
A relação é:
fonte + amplificador + impedância do alto-falante + dissipação.
Quanto menor a impedância da carga, maior tende a ser a corrente exigida do estágio de saída para uma mesma tensão.
Portanto, a impedância do alto-falante deve fazer parte do dimensionamento do projeto.
A grande vantagem da placa pronta
Montar o circuito diretamente a partir do datasheet é perfeitamente possível.
Aliás, é um ótimo exercício.
Mas exige:
projeto da PCB
compra dos componentes
montagem
soldagem
verificação das ligações
testes
e eventualmente:
localização de erros.
Em uma placa pronta, boa parte desse trabalho já foi realizado.
Temos algo muito mais próximo de:
┌──────────────┐
ÁUDIO ─────────►│ │
│ TDA7294 ├────────► ALTO-FALANTE
FONTE ─────────►│ PLACA │
│ │
└──────────────┘Isso permite concentrar o projeto em outras partes importantes do amplificador.
Placa pronta não significa amplificador pronto
Essa distinção é importante.
Comprar a placa não significa necessariamente que basta ligar um alto-falante e começar a utilizar.
Ainda precisamos resolver questões como:
alimentação
dissipação térmica
entrada de áudio
controle de volume
alto-falante
conectores
chave liga/desliga
gabinete
e eventualmente:
Mute e Standby.
Ou seja, a placa pronta resolve principalmente o estágio eletrônico de potência.
Ainda precisamos transformar essa placa em um equipamento.
A fonte é uma das partes mais importantes
Esse é provavelmente o ponto que merece mais atenção.
O TDA7294 é normalmente utilizado com alimentação simétrica.
Em vez de simplesmente:
+V
GNDtemos:
+V
GND
-VA documentação do fabricante especifica uma ampla faixa de operação e indica tensão máxima operacional de até ±40 V, mas isso é um limite do componente, não uma recomendação para alimentar indiscriminadamente qualquer placa com ±40 V.
A tensão adequada precisa considerar:
impedância do alto-falante
potência desejada
limites da própria placa
capacitores utilizados
dissipação térmica
e:
margem de segurança.
Por isso, se comprarmos uma placa pronta, devemos seguir as especificações fornecidas para aquela placa específica.
Não confunda tensão do transformador com tensão DC
Esse é outro detalhe muito importante na montagem.
Se utilizarmos uma fonte linear, normalmente teremos:
REDE ELÉTRICA
↓
TRANSFORMADOR
↓
PONTE RETIFICADORA
↓
CAPACITORES DE FILTRO
↓
+V / GND / -V
↓
PLACA TDA7294A tensão indicada no secundário do transformador é normalmente uma tensão RMS em corrente alternada.
Depois da retificação e filtragem, a tensão DC será maior.
De maneira aproximada:
Por exemplo, 25 V AC correspondem teoricamente a:
antes de considerarmos quedas nos diodos, regulação do transformador e comportamento sob carga.
Portanto:
25 V AC não são 25 V DC depois da retificação.
Esse erro pode resultar em tensão excessiva tanto para o TDA7294 quanto para os capacitores da placa.
A fonte também precisa fornecer corrente
Não adianta possuir a tensão correta se a fonte não consegue fornecer a corrente necessária.
Quando o amplificador exige potência, essa energia precisa vir da fonte.
De maneira simplificada:
Um amplificador não cria energia.
Ele utiliza a energia elétrica fornecida pela fonte para produzir um sinal de potência capaz de movimentar o alto-falante.
Por isso, uma fonte subdimensionada pode resultar em:
queda de tensão
distorção
limitação da potência
aquecimento
ou comportamento inadequado do amplificador.
O dissipador não é opcional
Esse é outro ponto fundamental.
O TDA7294 é um amplificador Classe AB.
Ele não transforma toda a energia retirada da fonte em potência sonora.
Parte dessa energia se transforma em:
calor.
Por isso, o circuito integrado precisa ser instalado em um dissipador adequado.
O próprio componente possui proteção térmica interna, mas essa proteção deve ser encarada como uma salvaguarda, não como substituta de um bom projeto térmico. A proteção contra sobretemperatura faz parte das características especificadas pela ST.
Por que o dissipador esquenta?
Podemos pensar na potência aproximadamente assim:
POTÊNCIA DA FONTE
↓
AMPLIFICADOR
↙ ↘
ÁUDIO CALOR
↓ ↓
FALANTE DISSIPADORQuanto mais potência o circuito dissipa internamente, maior será a necessidade de transferir calor para o ambiente.
É aí que entram:
dissipador
pasta térmica
montagem mecânica correta
e, em projetos de maior potência:
ventilação.
Atenção ao isolamento do TDA7294 no dissipador
Existe um detalhe que pode ser muito importante durante a montagem.
No TDA7294, a aba metálica do encapsulamento está eletricamente associada à alimentação negativa (-Vs), conforme a pinagem indicada no datasheet.
Isso significa que não devemos simplesmente assumir que:
aba metálica = GND.
Se o dissipador estiver eletricamente ligado ao gabinete ou a outros componentes, pode ser necessário utilizar um sistema apropriado de isolamento térmico/elétrico.
É um detalhe pequeno que pode evitar:
curto-circuitos
e até a destruição do amplificador.
Mute e Standby já estão previstos no CI
O TDA7294 também possui duas funções bastante úteis:
Mute
e:
Standby.
O Mute permite silenciar a saída.
O Standby reduz o funcionamento do circuito quando ele não está sendo utilizado.
O fabricante também destaca que a função de muting com atraso de acionamento ajuda a evitar ruídos durante o processo de ligar e desligar o amplificador.
Em muitas placas prontas, parte do circuito necessário para essas funções já está implementada.
Novamente:
precisamos observar o projeto específico da placa.
E o controle de volume?
A placa de potência não necessariamente possui controle de volume.
Uma solução simples pode utilizar um potenciômetro na entrada:
FONTE DE ÁUDIO
↓
POTENCIÔMETRO
↓
PLACA TDA7294
↓
ALTO-FALANTEAssim conseguimos controlar o nível do sinal aplicado ao amplificador.
Dependendo da fonte de áudio, também podemos precisar de:
pré-amplificador
buffer
controle de tonalidade
ou outros estágios.
Isso depende do equipamento que queremos construir.
Um amplificador mono precisa de uma placa
Um único TDA7294 é essencialmente um amplificador de um canal.
Portanto:
1 placa → 1 canal → MONOSe quisermos construir um amplificador estéreo, normalmente utilizamos:
CANAL L → TDA7294 → FALANTE L
CANAL R → TDA7294 → FALANTE ROu seja:
dois canais de amplificação.
Existem placas comerciais que já integram dois canais no mesmo PCB, enquanto outras são módulos mono independentes.
Também existe configuração em ponte
O datasheet do TDA7294 apresenta aplicações com dois circuitos integrados em configuração bridge, ou ponte.
Nesse caso, os amplificadores trabalham de maneira combinada para obter maior excursão de tensão sobre a carga.
Mas isso não significa simplesmente:
“ligar duas saídas juntas”.
Uma configuração bridge exige circuito apropriado e precisa respeitar as condições especificadas para os amplificadores e para a carga.
Portanto, não devemos improvisar uma ponte entre duas placas independentes sem compreender o circuito.
A placa pronta permite construir vários equipamentos
Depois que temos um módulo amplificador funcionando, podemos utilizá-lo como base para diferentes projetos.
Por exemplo:
amplificador doméstico
caixa amplificada
amplificador para bancada
amplificador para instrumentos
sistema de áudio experimental
ou mesmo como estágio de potência em outro projeto.
Essa é justamente uma das vantagens dos módulos.
Podemos trabalhar de maneira modular:
ENTRADA
↓
PRÉ-AMPLIFICADOR
↓
CONTROLE DE TOM
↓
VOLUME
↓
TDA7294
↓
ALTO-FALANTECada bloco pode ser desenvolvido separadamente.
Isso facilita muito a construção para quem está começando
Quem está iniciando na eletrônica aplicada ao áudio muitas vezes quer construir um amplificador, mas encontra uma barreira:
o projeto completo parece complicado demais.
Utilizar uma placa pronta reduz bastante essa dificuldade.
Podemos começar entendendo:
entrada
saída
alimentação
alto-falante
dissipação
Depois podemos avançar para:
pré-amplificadores
filtros
controles de tonalidade
fontes
e até desenvolver nossas próprias placas.
Ou seja, utilizar um módulo pronto não elimina o aprendizado.
Pode ser justamente uma maneira de:
começar pelo sistema e depois aprofundar nos circuitos.
Veja a placa com TDA7294 no vídeo
No vídeo abaixo mostro uma placa amplificadora pronta baseada no TDA7294 e como esse tipo de módulo pode facilitar bastante a construção de um amplificador.
Uma placa desse tipo elimina várias etapas da montagem do estágio de potência, mas ainda deixa bastante espaço para aprender e experimentar com:
fonte
dissipador
alto-falantes
controle de volume
gabinete
e:
circuitos de entrada.
Placa pronta ou amplificador feito do zero?
Não considero que exista uma opção universalmente melhor.
Se o objetivo é estudar profundamente o circuito:
montar do zero é excelente.
Se o objetivo é construir rapidamente um equipamento funcional:
a placa pronta pode ser uma ótima solução.
E existe ainda uma terceira possibilidade:
começar com a placa pronta e posteriormente construir sua própria versão.
Dessa forma conseguimos primeiro compreender o sistema completo e depois estudar cada bloco individualmente.
O TDA7294 continua sendo uma excelente plataforma para estudar áudio
O interessante desse componente é que ele permite discutir praticamente todos os elementos presentes em um amplificador de potência:
ganho
potência
impedância
fonte simétrica
retificação
filtragem
dissipação térmica
distorção
Mute
Standby
proteção
alto-falantes.
E uma placa pronta torna a entrada nesse universo muito mais simples.
Em vez de começar com dezenas de componentes soltos, começamos com:
um módulo funcional.
Depois construímos todo o restante ao redor dele.
É justamente isso que torna uma placa com TDA7294 tão interessante para quem quer montar um amplificador de áudio sem precisar começar o projeto completamente do zero.