¿Qué está causando esta distorsión del amplificador operacional?

Como eres nuevo en electrónica, simplifico aquí un poco:

Los amplificadores operacionales no tienen la capacidad de accionamiento actual para controlar los altavoces directamente. Los altavoces suelen tener una impedancia en los ohmios bajos. 8 ohmios es típico.

Un OpAmp ordinario no conducirá mucho más de 50 mA a 100 mA. A 10V Señal que es aproximadamente igual a una impedancia de 1000 a 2000 ohmios. Mucho más alto que sus altavoces.

Si conecta altavoces a su salida OpAmp, es probable que OpAmp intente controlar los altavoces, pero después de alcanzar el límite actual, no lo hará más. Eso recortará la forma de onda, y esto es lo que escuchas como distorsión.

Necesita una etapa de amplificador de potencia para controlar sus altavoces. Estos se pueden construir usando un OpAmp y algunos transistores adicionales para manejar la carga más alta.

Por otro lado, es más económico si solo usa un chip amplificador de audio que maneja los 15 vatios directamente. El chip TDA2030, por ejemplo, felizmente conducirá de 10 a 14 vatios y es realmente barato.

En resumen: piense en los amplificadores operacionales como preamplificadores, para impulsar algo más grande necesita un amplificador de potencia.

Hay varias cosas mal aquí. Usted dice que quiere manejar un altavoz de 8 Ω con 15 W. Eso significa que necesita sqrt((15 W)(8 Ω)) = 11 V. Tenga en cuenta que esto es RMS. Para una onda sinusoidal, eso significa que el voltaje máximo es sqrt(2) más alto, o ±15.5 V. Claramente, los suministros de ±10 V no son lo suficientemente buenos.

Luego está la cuestión de proporcionar suficiente corriente. La corriente RMS necesaria es sqrt((15 W)/(8 Ω)) = 1,4 A. Y nuevamente, eso es RMS, por lo que la corriente máxima debe ser de al menos ±1,9 A. Un "opamp" típico no puede proporcionar eso tipo de corriente, ni siquiera cerca.

Lo que necesita es una etapa de potencia real que funcione desde alrededor de 20 V y pueda generar y hundir 2 A.

Los amplificadores operacionales no tienen el gruñido para esto

Un amplificador operacional ordinario está diseñado para impulsar cargas de señal pequeña, como auriculares pequeños, las entradas de otros amplificadores u otros circuitos. Un altavoz de 8 Ω simplemente requiere demasiada corriente (amperios frente a milamperios) para que un amplificador operacional lo controle solo.

Pero aumentar la corriente de salida es más simple de lo que parece.

Afortunadamente, es posible construir un amplificador de potencia alrededor de un amplificador operacional, de la siguiente manera:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

En este circuito, Q1 y Q2 actúan como un amplificador de corriente de seguidor de emisor de clase B para la salida de OA1. Normalmente, un escenario de clase B o AB requiere un montón de polarización para mantener baja la distorsión cruzada, pero al colocar el escenario dentroEl circuito de retroalimentación de OA1, el amplificador operacional se encarga de la mayor parte de ese asunto divertido para nosotros a través de la acción de retroalimentación, aunque requiere un amplificador operacional bastante rápido para hacer esto. Siempre que las fuentes de alimentación tengan suficiente gruñido, y Q1 y Q2 sean lo suficientemente robustos y tengan un disipador de calor adecuado, este circuito es adecuado para controlar cualquier altavoz que le arroje, y es barato como chips para construir. Por supuesto, el rendimiento sónico depende principalmente del amplificador operacional que esté utilizando y, si lo necesita, puede configurarlo como algo que no sea un amplificador de ganancia de voltaje unitario cambiando la red de retroalimentación, tal como lo haría con un amplificador pequeño. -etapa de amplificador operacional de señal.

Debería publicar más información sobre el opamp, pero si es uno de los sospechosos habituales como NE5532, lo más probable es que se haya perdido la línea de "corriente de salida máxima" en las hojas de datos.

Algunos amplificadores operacionales se ahogarán con cargas de 2k ohmios (como TL072) porque su etapa de salida solo puede manejar una cantidad minúscula de corriente, otros funcionarán bien con cargas de 600 ohmios y llegarán hasta 60mA o incluso 100mA...

Pero para una carga de 8 ohmios, realmente necesita algo diseñado para el trabajo. Si es un principiante, pruebe un LM1875, por ejemplo, es un chip amplificador económico y fácil de usar (en realidad, solo es un amplificador operacional, pero está diseñado para el tipo de corriente que requiere su altavoz). También necesita un disipador de calor.

Si funciona con baterías, considere comprar un módulo de amplificador Clase D de aliexpress, como IRS2092 o los chips TI.