Come utilizzare un jack audio a commutazione per ridurre gli ingombri e creare valore aggiunto

Molti degli odierni prodotti mobili stanno iniziando a “snobbare” la collaudata presa audio (jack) da 2,5 mm a favore di cuffie o altoparlanti wireless. In ogni caso, per un numero enorme di altri prodotti, questo connettore pratico, economico e diffuso su scala globale continua a garantire una connettività affidabile e di semplice uso.
I jack mono o stereo di tipo non a commutazione (unswitched) mettono a disposizione uno zoccolo utile per collegare un insieme di cuffie o altoparlanti a bassa potenza. I jack a commutazione, dal canto loro, possono essere utilizzati in svariati modi, ad esempio per deviare segnali audio da un altoparlante integrato a cuffie collegate esternamente oppure per agire come commutatore di accensione/spegnimento, attivare un indicatore che rileva l’inserzione o controllare altre funzioni del sistema. Con una conoscenza di base di queste funzioni è possibile utilizzare in modo efficace un jack a commutazione al fine di evitare l’integrazione di circuiti aggiuntivi, con conseguente riduzione degli ingombri, degli oneri di ingegnerizzazione e del costo della BOM.

Configurazione dei jack a commutazione

Per questo tipo di jack sono disponibili varie configurazioni che prevedono uno o più commutatori, configurazioni NC (Normally Closed – normalmente chiusa) o NO (Normally Open – normalmente aperta) e commutatori isolati che non prevedono un collegamento elettrico con la spina inserita. Dapprima un breve “ripasso” dei principali elementi elettrici del jack e della spina associata per comprendere modalità di funzionamento e utilizzo.
Nella figura 1 sono riportati la spina e il jack di un connettore audio stereo standard con tre conduttori. La spina è inserita da sinistra a destra in modo che i contatti possono allinearsi gli uni con gli altri seguendo la numerazione. Una configurazione di questo tipo fornisce connessioni per due canali stereo oltre alla massa.

Fig. 1 – Schema della spina e del jack di un connettore audio standard con la nomenclatura dei terminali

Con un piccolo sforzo di immaginazione si può intuire che I contatti nel jack possono essere disposti in modo tale che l’inserimento della spina causa il loro movimento finalizzato a realizzare o interrompere un collegamento elettrico. Nella figura 2 è riportato come sia possibile conseguire tale risultato con un jack “tip-switch”, così denominato in quanto la commutazione è provocata dalla punta della spina.

Fig. 2 – Schema di una presa jack di tipo ” tip-switch” negli stati non accoppiato e accoppiato

Quando la spina non è inserita, il terminale della punta (2) è collegato al terminale 10. L’inserimento della spina interrompe questa connessione “spingendo” la molla lontano dal terminale 10. Lo stato di questo terminale può quindi essere utilizzato per determinare la modalità di risposta del sistema quando la spina è inserita.
Mediante contatti aggiuntivi è possibile implementare ulteriori commutatori. Un esempio è riportato in figura 3. Sebbene lo schema appaia più complesso, è assolutamente trasparente per l’utilizzatore: la spina è inserita nello stesso modo, indipendentemente dal numero di commutatori coinvolti.

Fig. 3 – Esempio di spina audio a quattro conduttori con tre commutatori

Oltre ai commutatori NC (Normally Closed) menzionati finora, sono possibili numerose altre configurazioni. Tra le più comuni da menzionare i commutatori SPDT (Single-Pole Double-Throw), DPDT (Double-Pole Double-Throw) e NO (Normally Open) isolati, i cui schemi sono riportati in figura 4. I commutatori NO isolati possono essere utilizzati per controllare altre parti del circuito, ad esempio per attivare funzioni correlate, illuminare una lampada da pannello o controllare un segnale logico.

Fig. 4 – Queste altre configurazioni dei commutatori offrono una maggiore flessibilità ai progettisti.

Jack commutati: funzioni e applicazioni
A secondo del numero di commutatori e dei relativi azionamenti, i jack possono essere utilizzati per svolgere un’ampia gamma di funzioni, come ad esempio eseguire la commutazione audio tra altoparlanti e cuffie, rilevare l’inserimento della spina, attivare altre parti del circuito mediante l’inserimento della spina, come pure essere impiegati in schede per il mixing audio.
Nelle figure 5, 6 e 7 sono riportati esempi di usi pratici degli zoccoli jack a commutazione, dove vengono illustrate le posizioni del commutatore negli stati collegato e scollegato. I medesimi concetti possono essere utilizzati per risolvere un’ampia gamma di problematiche di progetto.

Fig. 5 – Commutazione automatica di canali audio quando la spina è inserita

Fig. 6 – Attivazione di un segnale luminoso per indicare l’inserimento della spina

Fig. 7 – Utilizzo dell’inserimento della spina per controllare altre parti del circuito indipendenti dai segnali audio.

Nell’ultimo esempio, il jack contiene un commutatore SPDT sui terminali 4, 5 e 6, che sono elettricamente isolate dai segnali audio sui terminali 1, 2 e 3. Mentre i terminali 4 e 5 sono collegati quando non è inserita alcuna spina, l’inserimento di quest’ultima connette il terminale 5 al terminale 6. La spina può quindi essere utilizzata per disattivare una funzione del sistema attivandone contemporaneamente un’altra.
Oltre a offrire un’ampia gamma di configurazioni di commutatori, i connettori audio di CUI Devices nelle versioni standard da 2,5 e 3,5 mm sono disponibili in diverse versioni per il montaggio – su pannello, su cavo, su PCB a fori passanti o a montaggio superficiale – e con orientamento orizzontale o verticale. L’altezza dei package può essere di soli 3 mm, con ampiezze di 5 mm, in modo da consentirne l’uso in applicazioni dove lo spazio rappresenta un fattore critico. E’ possibile scegliere versioni schermate per garantire l’integrità dei segnali in ambienti rumorosi dal punto di vista elettrico, mentre sono previste varie opzioni per il colore dell’isolatore – nero, blue, verde o rosa. Le spine da 2,5 e 3,5 mm sono disponibili in configurazioni mono, stereo o a quattro poli.

Ulteriori risorse

Visualizzate risorse utili relative ai connettori audio e maggiori informazioni sulle serie di jack e spine di CUI Devices

Leggete articoli pratici sulle seguenti tematiche – gestione termica, potenza, interconnessioni, audio e controllo del movimento – nei “CUI Devices Insights” blog

Ryan Smoot Technical Support Engineer (CUI Devices)

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