TDA7297

El TDA7297 de STMicroelectronics es un amplificador de potencia de audio de clase AB de doble puente (estéreo) diseñado principalmente para aplicaciones de TV y radio portátiles. Alojado en un encapsulado pasante multiwatio de 15 patillas, suministra hasta 15 W por canal a cargas de 8 ohmios cuando se alimenta a 16,5 V, o 15 W por canal a cargas de 4 ohmios a 14,4 V.

El dispositivo se caracteriza por sus mínimos requisitos de componentes externos. A diferencia de muchos amplificadores de potencia de audio, el TDA7297 no requiere condensador SVR (rechazo de tensión de alimentación), condensador de arranque ni célula Boucherot (red Zobel) para la estabilidad. La ganancia se fija internamente a 32 dB (aproximadamente 40 veces la ganancia de tensión), eliminando las resistencias externas de ajuste de ganancia. Esto convierte al TDA7297 en uno de los circuitos integrados de amplificación de audio más sencillos de implementar, ideal para la electrónica de consumo sensible a los costes.

La configuración de salida BTL (Bridge-Tied Load) duplica la oscilación de tensión a través del altavoz en comparación con una salida de un solo extremo, lo que permite una mayor potencia de salida a partir de una sola tensión de alimentación sin necesidad de un condensador de acoplamiento o una alimentación dividida. Cada canal utiliza dos etapas de salida en una configuración de puente H push-pull, con el altavoz conectado entre las dos salidas (OUT+ y OUT-).

Las funciones de silencio y espera proporcionan un control compatible con microprocesador del estado del amplificador. La función de espera reduce el consumo de energía apagando las etapas de salida mientras mantiene vivos los circuitos de polarización para una rápida recuperación. La función mute silencia la salida sin entrar en modo de espera. Ambas funciones pueden ser controladas independientemente o unidas para una operación simple de encendido/apagado. Una red RC recomendada en los pines de mute/standby proporciona un encendido sin saltos retrasando la liberación del mute hasta que los circuitos internos se hayan estabilizado.

El TDA7297 incluye protección completa: protección contra cortocircuitos (entre salidas y a tierra) con corriente de salida de pico limitada internamente de 2A, y desconexión térmica que se activa cuando la temperatura de la unión supera aproximadamente 150C. La resistencia térmica de la unión a la carcasa (Rth j-carcasa) suele ser de 1,4C/W (máximo 2C/W), lo que requiere un disipador térmico adecuado para la mayoría de las aplicaciones.

Para cargas de 8 ohmios, la tensión de alimentación recomendada es de 12V a 16,5V, siendo 16,5V la que proporciona la máxima potencia de salida. Para cargas de 4 ohmios, la tensión de alimentación debe limitarse a 14 V como máximo para evitar una disipación de potencia y distorsión excesivas. La corriente de reposo típica es de 50 mA, lo que hace que el dispositivo sea relativamente eficiente para un amplificador de clase AB.

El dispositivo separa la tierra de alimentación (PW-GND, patilla 8) de la tierra de señal (S-GND, patilla 9), lo que permite una puesta a tierra en estrella adecuada para minimizar el ruido del bucle de tierra. Las entradas de señal (IN1 e IN2) están referenciadas a S-GND, mientras que las etapas de salida y los pines de alimentación están referenciados a PW-GND.

El TDA7297 funciona como un amplificador de potencia de audio de clase AB de dos canales con carga puenteada (BTL) y ganancia fija interna.

Etapa de salida de clase AB: Cada canal utiliza una etapa de salida push-pull de Clase AB, en la que los transistores de salida NPN y PNP (o canal N y canal P) están polarizados para conducir ligeramente en reposo, eliminando la distorsión de cruce que caracteriza a los diseños de Clase B pura. La pequeña corriente de polarización de reposo (que contribuye a la corriente de reposo total de 50 mA) garantiza una transición suave entre las mitades de empuje y tracción de la forma de onda de salida. Esto proporciona la baja distorsión (THD típicamente 0,1% o menos a niveles de potencia moderados) que se espera del funcionamiento en Clase AB.

Configuración de carga en puente (BTL): Cada canal utiliza dos amplificadores de salida en una configuración de puente en H. La señal de entrada se envía a la entrada no inversora de un amplificador (OUT+) y simultáneamente a la entrada inversora del segundo amplificador (OUT-). El altavoz se conecta entre OUT+ y OUT-, sin referencia de tierra. Esta configuración BTL duplica la tensión efectiva a través del altavoz en comparación con una salida de un solo terminal: Vsaltavoz = 2 x Vsingle-ended. Dado que la potencia es proporcional a V al cuadrado, la configuración BTL proporciona cuatro veces la potencia de salida de un amplificador de un solo terminal a partir de la misma tensión de alimentación (teóricamente; en la práctica, la limitación de corriente y la caída de tensión reducen este valor a aproximadamente 3 veces).

La configuración BTL también elimina la necesidad de un gran condensador de acoplamiento de salida, ya que el desplazamiento de CC a través del altavoz es nominalmente cero (ambas salidas se sitúan en VCC/2). Esta es una ventaja significativa en aplicaciones de TV y audio portátil donde el tamaño y el coste son críticos.

Ganancia fijada internamente: La ganancia de tensión se fija internamente en 32dB (aproximadamente 40x) a través de resistencias de realimentación internas. Esto simplifica el circuito externo pero significa que la ganancia no se puede ajustar. La ganancia de 32dB implica que una señal de entrada de 500mV RMS produce una salida de 20V RMS, lo que excedería la tensión de alimentación. En la práctica, la salida máxima está limitada por la tensión de alimentación y la impedancia de carga. Para una alimentación de 16,5 V a 8 ohmios, la potencia máxima de salida es de aproximadamente 15 W, lo que corresponde a unos 11 V RMS a través del altavoz, que requiere aproximadamente 275 mV RMS de entrada con una ganancia de 32 dB.

Función Mute: Cuando el pin MUTE (Pin 6) está en LOW (por debajo de aproximadamente 2V), las etapas de salida están silenciadas - los transistores de salida están apagados, y las salidas presentan una alta impedancia. Cuando MUTE está ALTO (por encima de aproximadamente 3.5V), el amplificador funciona normalmente. La función mute proporciona una forma limpia de silenciar la salida sin desconectar la fuente de alimentación.

Función de espera: Cuando el pin STANDBY (Pin 7) se pone BAJO, todo el amplificador entra en un estado de espera de bajo consumo, reduciendo la corriente de reposo a unos pocos mA. Cuando STANDBY está en HIGH, el amplificador está totalmente operativo. El estado de espera desactiva los circuitos de polarización y las etapas de salida, pero la referencia interna y los circuitos de protección permanecen activos para una rápida recuperación.

Encendido sin chasquidos: Para conseguir un funcionamiento sin chasquidos, las patillas de silencio y espera se conectan juntas y se controlan a través de una red RC. Durante el encendido, el condensador se carga lentamente, manteniendo el amplificador en standby+mute hasta que la tensión de alimentación se estabiliza. Una vez que la tensión del condensador supera el umbral de espera, se activan los circuitos de polarización. Una vez que supera el umbral de silenciamiento, las salidas se desbloquean. Esta secuencia (el modo de espera se activa antes que el de silencio) garantiza que el amplificador esté completamente polarizado antes de que se active la salida, evitando que los transitorios de encendido (chasquidos) lleguen al altavoz.

Circuitos de protección: La protección contra cortocircuitos limita la corriente de salida de pico a aproximadamente 2A. Si la corriente de salida supera este límite (por ejemplo, debido a un cortocircuito en el cable del altavoz), la etapa de salida reduce el accionamiento para mantener la corriente en el límite o por debajo de él. La protección térmica controla la temperatura de la unión y apaga las etapas de salida si la temperatura supera aproximadamente 150C, evitando daños permanentes. El amplificador se recupera automáticamente cuando la temperatura cae por debajo del umbral.