设计用于从USB插座(例如计算机USB)使用5 V电源的音频放大器称为USB放大器。
在本文中,我们将学习如何构建一个简单的 3 瓦放大器电路,该电路可以直接由计算机 5V USB 端口供电,用于驱动 8 欧姆 3瓦扬声器。您可以构建几个这样的电路,并使用它们将立体声输出创建到一对 8 欧姆扬声器中。
请注意,TDA2822 IC现已过时,因此在所讨论的项目中选择使用该IC的电路可能不是一个好主意。然而,本设计基于ICLM4871,该IC《》非常可用,让我们了解该IC的主要功能和工作原理。
主要特点
IC工作时不涉及任何类型的耦合电容器、自举电容器或缓冲电容器
它通过 Unity 增益 。
随附 WSON、VSSOP、SOIC 或 PDIP 封装
允许设置外部增益控制网络
重要规格:
IC LM4871D 设计用于处理额定功率为 3 欧姆或 4 欧姆(3 瓦)的扬声器
该系列中的所有其余版本都指定为使用 1 欧姆扬声器处理 5.8 瓦。
IC的关断电流在内部设置为0.6uA(典型值)
工作电压范围在 2.0V 至 5.5V 之间,非常适合使用 PC USB 电源。
8 Ω扬声器负载在1kHz时的最大总谐波失真约为0.5%
引脚排列规格和封装
下图显示了IC的引脚排列细节以及可用的封装型号和布局:
5V USB 放大器电路操作
零件清单
所有电阻器 1/4 瓦或 1/8 瓦,1% MFR 或 SMD
20 K = 2 否
100 K = 1 否 (Rpu)
电容器
0.39uF 陶瓷 = 1 否
1uF / 16V 钽 = 2 否
半导体
IC LM4871 = 1 否
如上图所示,LM4871 内部包括几个运算放大器,为用户提供了通过几种指定方式配置放大器的选项。
第一个放大器的增益可以在外部管理,而第二个放大器则在内部连接,具有反相单位增益。
第一个放大器的闭环增益可以通过适当选择Rf/Ri比率值来确定,而第二个放大器的闭环增益则通过几个40K电阻在内部固定。
我们可以看到,放大器#1的输出配置为放大器#2的输入,允许两个放大器生成具有相同值的信号,尽管这些信号可能异相180度。
这导致IC的差分增益为AVD= 2 *(Rf /Ri)。
通常,对于任何放大器,都可以通过几个输出Vo1和Vo2顺向驱动连接的负载来实现“桥接模式”设置。
与传统的单端放大器相比,配置为桥接模式的放大器将具有不同的工作原理,传统的单端放大器的负载一端与地线连接。
与单端放大器相比,桥接模式电路的效率更高,因为负载或扬声器以推挽方式切换,从而为每个交替频率脉冲提供双电压摆幅。
这实际上允许扬声器在相同的情况下或规格下产生比单端版本多 4 倍的功率。
实现如此增加的功率的能力使放大器无需限流器级即可工作,因此不会出现不希望的削波。
差分桥接输出的另一个好处是连接的扬声器上没有净直流电。发生这种情况是因为VO1和VO1在相同的电压电平下偏置,在本例中为VDD/2。这允许放大器在没有输出耦合电容的情况下工作,否则在单端放大器中必须使用输出耦合电容。
了解组件工作原理和规格
Ri是反相输入电阻,用于设置闭环增益和Rf.此外,该电阻还实现了高通滤波器功能,在fC= 1/(2π RiCi)时具有Ci。
Ci形成输入耦合电容,定位于阻断直流并允许输入引脚上的音频交流频率。该电容器还可在 fC= 1/(2π RiCi) 时与 Ri
配合使用高通滤波器。
Rf成为反馈电阻,在Ri的帮助下固定闭环增益。
Cs 的作用类似于电源旁路电容器,为电源提供纹波滤波。
Cb 定位为旁路引脚电容器,该电容器对半电源进行滤波
绝对最大额定值
该电路的最大容许额定值解释如下:
最大电源电压为6V,典型工作电压为5V
最低和最高可容忍温度分别为-65和150摄氏度。
来自 USB 的输入音乐信号可能介于 -0.3V 和 5.3V 之间
最大功耗受内部限制,因此无需担心此问题。
电气特性:
Vdd表示电源电压通常在2V和5.5V之间。
Idd是IC从输入电源消耗的静态电流,可能介于6.5mA至10mA之间
Isd是关断电流的符号,当引脚#1电位等于Vdd时,关断启动,导致功耗降至0.6uA
Vos是指输出失调电压,在Vin = 0V时启动,典型值为5V,限幅模式下为50mV。
P0 是输出功率,当负载为 3 欧姆扬声器时约为 8 瓦
THD+N表示总谐波失真在0.13至0.25%以内,频率范围为20Hz至20kHz。
PSRR为我们提供了Vdd(典型值为5V)的电源抑制比,约为60dB。
PCB布局建议: