LM380 2.5W Amplificador IC: Especificaciones, Funcionamiento y Diseño del Circuito

El amplificador de potencia de audio LM380 de 2.5W es un amplificador IC de Clase AB mono simple diseñado para aumentar una señal de audio pequeña para que pueda accionar un altavoz. Este artículo explica las especificaciones del LM380, el pinout, el principio de funcionamiento, la ganancia de voltaje, los diseños de circuito, las aplicaciones y las alternativas comunes.

Catálogo

Resumen del LM380

El LM380 de 2.5W es un amplificador de potencia de audio analógico de canal único desarrollado para circuitos de audio de consumo y de propósito general. Toma una señal de audio de bajo nivel de una fuente como una radio, un preamplificador de micrófono o un circuito de audio y aumenta su voltaje y corriente para que pueda accionar una carga de baja impedancia como un altavoz.

Una característica importante del LM380 es su ganancia de voltaje fija internamente de 50 V/V, o aproximadamente 34 dB. Esto reduce la necesidad de resistores de ajuste de ganancia externos y simplifica el diseño del circuito. Su entrada está referenciada a tierra, mientras que la salida se polariza automáticamente a aproximadamente la mitad del voltaje de alimentación. En un circuito de altavoz de fuente única normal, por lo tanto, se utiliza un condensador de acoplamiento de salida para bloquear este voltaje de CC mientras permite que la señal de audio amplificada llegue al altavoz.

El LM380 también proporciona una impedancia de entrada relativamente alta de 150 kΩ, lo que reduce la carga en la fuente de señal. La protección interna contra cortocircuitos y la limitación térmica proporcionan protección adicional cuando el amplificador se sobrecarga o se calienta demasiado.

Características y Especificaciones del LM380

Especificación	LM380 Detalles
Tipo de Dispositivo	Amplificador de potencia de audio mono
Tipo de Amplificador	Amplificador de potencia Clase AB
Capacidad de Salida Máxima	Hasta aproximadamente 2.5 W bajo condiciones de operación adecuadas
Rango de Voltaje de Alimentación	10 V a 22 V
Ganancia de Voltaje	Fija en 50 V/V
Ganancia de Voltaje en dB	Aproximadamente 34 dB
Corriente de Salida Pico	Aproximadamente 1.3 A
Impedancia de Entrada	Aproximadamente 150 kΩ
Configuración de Entrada	Entrada con referencia a tierra
Consumo de Potencia en Descanso	Aproximadamente 0.13 W a VS = 18 V
Voltaje de Salida en Descanso	Aproximadamente la mitad del voltaje de alimentación
Distorsión	Diseñado para amplificación de audio de baja distorsión
Protección de Salida	Protección contra cortocircuitos
Protección Térmica	Limitación térmica interna
Ajuste de Ganancia	Fija internamente; no se requieren componentes externos de ajuste de ganancia
Estilo de Paquete	Opciones de paquete Dual In-Line estándar
Diseño Térmico	Pines seleccionados del paquete pueden ayudar a transferir el calor al cobre de la PCB

Nota: La calificación de 2.5 W no debe interpretarse como la potencia de salida disponible bajo todas las condiciones. La potencia real del altavoz depende principalmente del voltaje de alimentación, la impedancia del altavoz, la distorsión permitida, la oscilación de voltaje de salida y la temperatura del dispositivo.

Pinout y Principio de Funcionamiento del LM380

Pinout del LM380 de 14 Pines PDIP

Pin	Nombre	Función
1	Bypass	Conecta con la red de sesgo interno. Un condensador de bypass puede ser conectado a tierra para mejorar la rechazo de rizado de la fuente y reducir el ruido.
2	Entrada No Inversora (+IN)	Acepta la señal de entrada de audio sin invertir su polaridad.
3	GND / Pin de Disipador de Calor	Conexión a tierra que también ayuda a conducir el calor hacia el PCB.
4	GND / Pin de Disipador de Calor	Conexión a tierra y pin de dispersión de calor térmico.
5	GND / Pin de Disipador de Calor	Conexión a tierra y pin de dispersión de calor térmico.
6	Entrada Inversora (−IN)	Acepta una señal de entrada que se amplifica con polaridad invertida.
7	GND	Referencia de tierra principal para el amplificador.
8	VOUT	Salida de audio amplificada. Normalmente conectada al altavoz a través de un condensador de acoplamiento de salida en un circuito de suministro único.
9	NC	Sin conexión interna.
10	GND / Pin de Disipador de Calor	Conexión a tierra y transferencia de calor.
11	GND / Pin de Disipador de Calor	Conexión a tierra y transferencia de calor.
12	GND / Pin de Disipador de Calor	Conexión a tierra y transferencia de calor.
13	NC	Sin conexión interna.
14	VS	Entrada de voltaje positivo de suministro.

Pinout de 8 Pines PDIP LM380

Pin	Nombre	Función
1	NC	Sin conexión interna.
2	Entrada No Inversora (+IN)	Entrada principal de señal de audio no inversora.
3	Entrada Inversora (−IN)	Entrada de audio inversora.
4	GND	Conexión a tierra.
5	GND	Conexión a tierra adicional.
6	VOUT	Salida de audio amplificada.
7	VS	Entrada de voltaje positivo de suministro.
8	Bypass	Conexión para eludir la red de sesgo interna.

Diagrama de Bloque del Amplificador de Audio LM380

Cómo Funciona el Amplificador de Audio LM380

El diagrama esquemático muestra que el LM380 contiene las etapas principales necesarias para convertir una pequeña entrada de audio en una señal de mayor potencia capaz de impulsar un altavoz. Estas etapas incluyen un amplificador diferencial de entrada, una red de sesgo interna, circuitos de amplificación de voltaje, y una etapa de salida Clase-AB.

En la entrada, los terminales no inversor e inversor alimentan una etapa de transistor diferencial. Cada entrada tiene una resistencia interna de aproximadamente 150 kΩ a tierra, dando al LM380 su impedancia de entrada relativamente alta. Esto permite que una fuente de audio impulse el amplificador sin estar sobrecargada. La disposición especial de la entrada también permite que la señal de entrada se referencie directamente a tierra.

Las dos resistencias internas de 25 kΩ alrededor del nodo de bypass forman parte de la red de sesgo. Esta red establece el punto de operación interno correcto. Como resultado, cuando no hay señal de audio presente, la salida se estabiliza automáticamente en aproximadamente:

Por ejemplo, con un suministro de 18 V, el voltaje de salida en reposo es aproximadamente 9 V. Este sesgo en el punto medio permite que la señal AC amplificada oscile hacia arriba y hacia abajo alrededor del punto de operación sin requerir una fuente negativa. TI identifica específicamente este centrado automático de salida a media fuente como una característica clave del LM380.

Después de la etapa diferencial de entrada, la señal pasa a través de la sección de amplificación de voltaje interna. La retroalimentación interna establece una ganancia de voltaje de lazo cerrado fija de aproximadamente 50 V/V. Luego, la señal llega a los transistores de salida, que proporcionan la corriente mucho mayor necesaria por un altavoz de baja impedancia.

Debido a que el pin de salida contiene un voltaje de CC cercano a la mitad del voltaje de suministro, un gran condensador de acoplamiento de salida se coloca normalmente entre VOUT y el altavoz. El condensador bloquea este componente de CC mientras permite que la señal de audio cambiante llegue al altavoz.

La etapa de salida opera en Clase AB, donde los dispositivos de salida superiores e inferiores conducen durante diferentes porciones de la forma de onda de audio con un pequeño solapamiento alrededor de la región de cruce por cero. Esta disposición proporciona considerablemente más corriente de salida que la etapa de entrada, al tiempo que mantiene la distorsión de cruce relativamente baja. TI clasifica el LM380 como un amplificador de potencia de audio Clase-AB mono.

El esquema también muestra circuitos de sesgo interno y de protección alrededor de la etapa de salida. El LM380 proporciona protección contra cortocircuitos y limitación térmica interna, que ayudan a proteger el dispositivo durante condiciones excesivas de corriente o temperatura. Estas protecciones no eliminan la necesidad de una carga de altavoz correcta y una adecuada disipación de calor.

Ganancia de Voltaje y Requisitos de Entrada del LM380

El LM380 tiene una ganancia de voltaje fijada internamente de 50 V/V, equivalente a aproximadamente 34 dB. A diferencia de los amplificadores que requieren resistores de realimentación externos para establecer la ganancia, el LM380 establece su ganancia internamente, reduciendo el número de componentes externos requeridos.

La relación de ganancia de voltaje se puede expresar como:

Para el LM380:

Av = 50

Por lo tanto:

Vout = 50Vin

Por ejemplo, una señal de entrada de 50 mV pico requeriría idealmente una señal de salida de:

Vout = 50 x 0.05 = 2.5V pico

Esta relación se aplica mientras el amplificador se mantenga dentro de sus límites de voltaje de salida y corriente disponibles. Si la oscilación de salida requerida supera lo que el LM380 puede proporcionar desde la tensión de suministro y carga seleccionadas, la forma de onda comienza a recortarse, causando un aumento en la distorsión.

En decibelios, la ganancia de voltaje se calcula como:

 Av(dB) = 20log₁₀ (Av)

Para una ganancia de 50:

20log₁₀(50) = 34dB

El LM380 también tiene una impedancia de entrada típica de aproximadamente 150 kΩ, lo que le permite aceptar señales de muchas fuentes de audio de alta impedancia sin una carga severa.

La señal de entrada debe mantenerse dentro de un nivel que no demande más voltaje de salida o potencia de la que el amplificador puede proporcionar. Por esta razón, comúnmente se coloca un potenciómetro de volumen antes de la entrada del LM380. Atenúa las señales excesivas de la fuente en lugar de cambiar la ganancia interna del LM380.

Para un funcionamiento normal de suministro simple, la señal de entrada generalmente se acopla en CA cuando la fuente anterior tiene un desplazamiento de DC no deseado. La etapa de entrada del LM380 está diseñada para aceptar señales de entrada referenciadas a tierra, mientras que el IC establece internamente las condiciones de polarización necesarias para la amplificación.

Una distinción de diseño útil es que 34 dB es la ganancia de voltaje del amplificador, no su clasificación de potencia de salida. La potencia real del altavoz está determinada por el voltaje y la corriente de salida disponibles, la impedancia del altavoz, la tensión de suministro, el límite de distorsión y las condiciones térmicas. La capacidad de salida especificada del LM380 alcanza hasta aproximadamente 2.5 W en condiciones de operación apropiadas en lugar de en cada condición de entrada o carga.

Diseño del circuito LM380

El LM380 se puede usar en varios circuitos de audio. Los resistores externos, capacitores, interruptores y transformadores controlan cómo la señal entra, sale o retroalimenta al IC.

Amplificador de fono LM380

Este circuito amplifica la señal de un cartucho de cristal y la envía a un altavoz de 8 Ω. El control de 25 kΩ ajusta el volumen, mientras que el control de 10 kΩ y el capacitor de 0.05 µF ajustan el tono.

El LM380 funciona con una tensión de 18 V y amplifica la señal de audio. El capacitor de salida de 500 µF bloquea el voltaje de DC y pasa la señal de audio al altavoz. El resistor de 2.7 Ω y el capacitor de 0.1 µF ayudan a mantener estable al amplificador.

Amplificador en puente LM380

Este circuito utiliza dos amplificadores LM380 para impulsar un altavoz. Las dos salidas operan en fase opuesta, por lo que el altavoz recibe una oscilación de voltaje mayor que con un LM380.

Esta conexión en puente puede producir más potencia de salida, pero también aumenta la corriente y el calor. Los componentes de retroalimentación ayudan a mantener las señales de los dos amplificadores correctamente controladas.

Circuito de intercom LM380

Este circuito utiliza el LM380 en un intercomunicador simple de dos vías. El interruptor TALK/LISTEN cambia qué altavoz recibe o envía la señal de voz.

El transformador ayuda a adaptar la señal del altavoz a la entrada del LM380. El IC luego amplifica la débil señal de voz y la envía a través del capacitor de salida de 50 µF al altavoz remoto.

Oscilador de desplazamiento de fase LM380

Este circuito utiliza el LM380 para generar un tono de audio en lugar de amplificar una señal externa. Tres secciones RC retroalimentan parte de la señal de salida a la entrada inversora.

La retroalimentación produce el desplazamiento de fase necesario para la oscilación. Con los valores de resistor y capacitor mostrados, el circuito genera un tono alrededor de 4 kHz o superior. El capacitor de 250 µF pasa la salida de CA al altavoz mientras bloquea la DC.

Aplicaciones comunes del LM380

• Amplificadores de altavoces pequeños

• Radios portátiles

• Amplificadores de fono

• Sistemas de intercomunicación

• Sistemas de sonido de alarma y advertencia

• Sistemas de sonido de TV

• Etapas de audio de radio AM/FM

• Circuitos de audio educativos y de enseñanza

• Circuitos de control de línea

• Monitores de señales de audio pequeños, etc.

Comparación y alternativas del LM380

Característica	LM380	LM386	LM384	TDA2822
Tipo de amplificador	Clase-AB	Clase-AB	Clase-AB	Clase-AB
Canales	Mono	Mono	Mono	Dual / estéreo
Capacidad de salida típica	Hasta aproximadamente 2.5 W	Salida de audio de menor potencia	Hasta aproximadamente 5 W	Salida estéreo o de puente de baja potencia
Voltaje de alimentación	10–22 V	Diseñado para funcionamiento a baja tensión	12–26 V	Hasta aproximadamente 1.8 V
Ganancia de voltaje	Fijo en 50 V/V, aproximadamente 34 dB	Normalmente 20 V/V; ajustable hasta 200 V/V	Ganancia interna fija	Ganancia interna fija
Funcionamiento con batería	Menos adecuado	Muy adecuado	Menos adecuado	Adecuado
Operación estéreo	Requiere dos CI	Requiere dos CI	Requiere dos CI	Dos canales en un CI
Principal ventaja	Amplificador mono simple de 2.5 W	Funcionamiento a baja tensión y ganancia ajustable	Más potencia que LM380	Operación estéreo o de puente a baja tensión
Principal limitación	Ganancia fija y mayores requisitos de suministro	Menor potencia de salida	Mayores requisitos de suministro y térmicos	Menor potencia que amplificadores de audio más grandes
Mejor elección para	Pequeños altavoces con suministro de 10–22 V	Proyectos de audio pequeños y alimentados por batería	Aplicaciones que necesitan más potencia que LM380	Circuitos de audio estéreo portátiles

Dimensiones mecánicas

Fabricante

Texas Instruments (TI) apoya la producción del amplificador de potencia de audio LM380 a través de sus establecidos sistemas de fabricación, ensamblaje, pruebas y control de calidad de semiconductores analógicos. TI opera una red global de fabricación de obleas y instalaciones de ensamblaje y prueba, lo que le permite controlar las principales etapas de producción desde obleas de semiconductores procesados hasta empaquetado y pruebas eléctricas finales. Durante la fabricación, TI utiliza controles de proceso, control estadístico de procesos, pruebas de calificación, verificación funcional y pruebas de fiabilidad para ayudar a asegurar que los dispositivos cumplan con sus especificaciones eléctricas y requisitos de calidad.

Preguntas frecuentes [FAQ]

1. ¿Por qué utiliza el LM380 una ganancia de voltaje fija en lugar de ganancia ajustable?

El LM380 utiliza una ganancia fija de aproximadamente 50 V/V o 34 dB para simplificar el diseño del circuito y reducir la cantidad de componentes externos. El nivel de entrada se controla normalmente con un potenciómetro de volumen en lugar de cambiar la ganancia del amplificador.

2. ¿Qué sucede si la señal de entrada al LM380 es demasiado grande?

Una señal de entrada grande puede forzar la salida más allá de su rango de voltaje disponible. Cuando esto sucede, la forma de onda se recorta y aumenta la distorsión de audio.

3. ¿Por qué se coloca normalmente un gran condensador entre la salida del LM380 y el altavoz?

La salida del LM380 se sitúa cerca de la mitad del voltaje de alimentación durante la operación normal. El condensador de salida bloquea este voltaje de CC mientras permite que la señal de audio de CA pase al altavoz.

4. ¿Por qué puede calentarse el LM380 incluso al alimentar un pequeño altavoz?

El LM380 es un amplificador lineal de Clase-AB, por lo que parte de la potencia de entrada se convierte en calor en lugar de potencia para el altavoz. Un voltaje de alimentación más alto, cargas de altavoz más pesadas y niveles de salida más altos aumentan la disipación de potencia.

5. ¿Se pueden usar dos CI LM380 para aumentar la potencia de salida del altavoz?

Sí. Un circuito de puente puede utilizar dos amplificadores LM380 con salidas en fase opuesta. Esto aumenta el rango de voltaje a través del altavoz, pero también incrementa la demanda de corriente y calor.

6. ¿Por qué es el LM380 menos adecuado para dispositivos alimentados por batería de baja tensión?

El LM380 requiere un suministro de aproximadamente 10 V a 22 V, por lo que es menos práctico para circuitos alimentados por una o dos pequeñas baterías. Amplificadores de baja tensión como el LM386 o TDA2822 pueden ser más adecuados.

7. ¿Cuál es el propósito del pin de bypass en el LM380?

El pin de bypass se conecta a la red de polarización interna. Agregar un condensador de bypass puede mejorar el rechazo de ondulación de alimentación y ayudar a reducir el ruido no deseado en el amplificador.