如何構(gòu)建一個簡單的3瓦放大器電路

設(shè)計用于從USB插座（例如計算機USB）使用5 V電源的音頻放大器稱為USB放大器。

在本文中，我們將學(xué)習(xí)如何構(gòu)建一個簡單的 3 瓦放大器電路，該電路可以直接由計算機 5V USB 端口供電，用于驅(qū)動 8 歐姆 3瓦揚聲器。您可以構(gòu)建幾個這樣的電路，并使用它們將立體聲輸出創(chuàng)建到一對 8 歐姆揚聲器中。

請注意，TDA2822 IC現(xiàn)已過時，因此在所討論的項目中選擇使用該IC的電路可能不是一個好主意。然而，本設(shè)計基于ICLM4871，該IC《》非常可用，讓我們了解該IC的主要功能和工作原理。

主要特點

IC工作時不涉及任何類型的耦合電容器、自舉電容器或緩沖電容器

它通過 Unity 增益 。

隨附 WSON、VSSOP、SOIC 或 PDIP 封裝

允許設(shè)置外部增益控制網(wǎng)絡(luò)

重要規(guī)格：

IC LM4871D 設(shè)計用于處理額定功率為 3 歐姆或 4 歐姆（3 瓦）的揚聲器

該系列中的所有其余版本都指定為使用 1 歐姆揚聲器處理 5.8 瓦。

IC的關(guān)斷電流在內(nèi)部設(shè)置為0.6uA（典型值）

工作電壓范圍在 2.0V 至 5.5V 之間，非常適合使用 PC USB 電源。

8 Ω揚聲器負載在1kHz時的最大總諧波失真約為0.5%

引腳排列規(guī)格和封裝

下圖顯示了IC的引腳排列細節(jié)以及可用的封裝型號和布局：

5V USB 放大器電路操作

零件清單

所有電阻器 1/4 瓦或 1/8 瓦，1% MFR 或 SMD

20 K = 2 否

100 K = 1 否 （Rpu）

電容器

0.39uF 陶瓷 = 1 否

1uF / 16V 鉭 = 2 否

半導(dǎo)體

IC LM4871 = 1 否

如上圖所示，LM4871 內(nèi)部包括幾個運算放大器，為用戶提供了通過幾種指定方式配置放大器的選項。

第一個放大器的增益可以在外部管理，而第二個放大器則在內(nèi)部連接，具有反相單位增益。

第一個放大器的閉環(huán)增益可以通過適當(dāng)選擇Rf/Ri比率值來確定，而第二個放大器的閉環(huán)增益則通過幾個40K電阻在內(nèi)部固定。

我們可以看到，放大器#1的輸出配置為放大器#2的輸入，允許兩個放大器生成具有相同值的信號，盡管這些信號可能異相180度。

這導(dǎo)致IC的差分增益為AVD= 2 *（Rf /Ri）。

通常，對于任何放大器，都可以通過幾個輸出Vo1和Vo2順向驅(qū)動連接的負載來實現(xiàn)“橋接模式”設(shè)置。

與傳統(tǒng)的單端放大器相比，配置為橋接模式的放大器將具有不同的工作原理，傳統(tǒng)的單端放大器的負載一端與地線連接。

與單端放大器相比，橋接模式電路的效率更高，因為負載或揚聲器以推挽方式切換，從而為每個交替頻率脈沖提供雙電壓擺幅。

這實際上允許揚聲器在相同的情況下或規(guī)格下產(chǎn)生比單端版本多 4 倍的功率。

實現(xiàn)如此增加的功率的能力使放大器無需限流器級即可工作，因此不會出現(xiàn)不希望的削波。

差分橋接輸出的另一個好處是連接的揚聲器上沒有凈直流電。發(fā)生這種情況是因為VO1和VO1在相同的電壓電平下偏置，在本例中為VDD/2。這允許放大器在沒有輸出耦合電容的情況下工作，否則在單端放大器中必須使用輸出耦合電容。

了解組件工作原理和規(guī)格

Ri是反相輸入電阻，用于設(shè)置閉環(huán)增益和Rf.此外，該電阻還實現(xiàn)了高通濾波器功能，在fC= 1/（2π RiCi）時具有Ci。

Ci形成輸入耦合電容，定位于阻斷直流并允許輸入引腳上的音頻交流頻率。該電容器還可在 fC= 1/（2π RiCi） 時與 Ri
配合使用高通濾波器。

Rf成為反饋電阻，在Ri的幫助下固定閉環(huán)增益。

Cs 的作用類似于電源旁路電容器，為電源提供紋波濾波。

Cb 定位為旁路引腳電容器，該電容器對半電源進行濾波

絕對最大額定值

該電路的最大容許額定值解釋如下：

最大電源電壓為6V，典型工作電壓為5V

最低和最高可容忍溫度分別為-65和150攝氏度。

來自 USB 的輸入音樂信號可能介于 -0.3V 和 5.3V 之間

最大功耗受內(nèi)部限制，因此無需擔(dān)心此問題。

電氣特性：

Vdd表示電源電壓通常在2V和5.5V之間。

Idd是IC從輸入電源消耗的靜態(tài)電流，可能介于6.5mA至10mA之間

Isd是關(guān)斷電流的符號，當(dāng)引腳#1電位等于Vdd時，關(guān)斷啟動，導(dǎo)致功耗降至0.6uA

Vos是指輸出失調(diào)電壓，在Vin = 0V時啟動，典型值為5V，限幅模式下為50mV。

P0 是輸出功率，當(dāng)負載為 3 歐姆揚聲器時約為 8 瓦

THD+N表示總諧波失真在0.13至0.25%以內(nèi)，頻率范圍為20Hz至20kHz。

PSRR為我們提供了Vdd（典型值為5V）的電源抑制比，約為60dB。

PCB布局建議：