USB 5V lydforstærker til pc-højttalere

Audioforstærkere, der er designet til at arbejde med en 5 V forsyning fra et USB-stik, såsom fra en computer-USB, kaldes USB-forstærkere.

I denne artikel lærer vi, hvordan man bygger et simpelt 3 watt forstærkerkredsløb, som kan drives direkte fra en computer 5V USB-port til kørsel af en 8 ohm 3 watt højttaler. Du kan opbygge et par af sådanne kredsløb og bruge dem til at skabe et stereoudgang til et par på 8 Ohm højttalere.

Bemærk, at TDA2822 IC er forældet nu vælger derfor et kredsløb, der bruger denne IC til diskuteret projekt kan ikke være en god idé. Imidlertid er det nuværende design baseret på IC LM4871, som er rigeligt tilgængelig, lad os lære hovedfunktionerne og funktionen af ​​denne IC

Hovedtræk

• IC fungerer uden at involvere nogen form for kobling kondensatorer , eller bootstrap-kondensatorer eller snubber-kondensatorer
• Det udviser ekstrem stabilitet gennem Unity Gain.
• Leveres med WSON-, VSSOP-, SOIC- eller PDIP-emballage
• Tillader at indstille et eksternt Gain-kontrolnetværk

Vigtige specifikationer:

• IC LM4871D er designet til at håndtere højttalere med 3 ohm eller 4 ohm ved 3 watt
• Alle de resterende versioner i serien er specificeret til at håndtere 1,5 watt med 8 Ohm højttaler.
• IC'erne har nedlukningsstrøm internt indstillet til 0,6uA typisk
• Arbejdsspændingsområdet er mellem 2,0V til 5,5V, perfekt egnet til pc-USB-strøm.
• Maksimal total harmonisk forvrængning med en ohm på 8 ohm ved 1 kHz er omkring 0,5%

Pinout Specifikationer og pakke

Følgende billede viser pinout-detaljerne for IC og de tilgængelige pakkemodeller og layouts:

5V USB-forstærkerkredsløb

Liste over dele

Alle modstande 1/4 watt eller 1/8 watt, 1% MFR eller SMD

• 20 K = 2 nr
• 40 K = 2 nr
• 100 K = 3 nos (inklusive Rpu)

Kondensatorer

• 0,39 uF keramik = 1 nr
• 1uF / 16V Tantal = 2 nr

Halvleder

IC LM4871 = 1 nr

Som det kan ses i ovenstående skema, inkluderer LM4871 et par operationelle forstærkere internt, hvilket giver brugeren mulighed for at konfigurere forstærkeren på nogle få specificerede måder.

Forstærkningen af ​​den første forstærker kan styres eksternt, mens den anden forstærker er tilsluttet internt med en inverterende enhedsforstærkning.

Den lukkede sløjfeforstærkning for den første forstærker kan bestemmes ved hensigtsmæssigt at vælge værdierne af forholdet Rf / Ri, hvorimod det samme er blevet fikseret for den anden forstærker internt gennem et par 40K modstande.

Vi kan se, at output fra forstærker nr. 1 er konfigureret til at være indgang fra forstærker nr. 2, hvilket tillader begge forstærkere at generere signaler med identiske værdier, selvom disse kan være 180 grader ude af fase.

Dette resulterer i, at IC's differentielle forstærkning er AVD = 2 * (Rf / Ri).

For en hvilken som helst forstærker kan en 'bridged mode' -opsætning typisk implementeres ved at køre den tilsluttede belastning nedbrydende via et par udgange Vo1 og Vo2.

En forstærker konfigureret i brotilstand vil have et andet funktionsprincip i modsætning til de traditionelle enkeltforstærkere, der har den ene ende af belastningen tilsluttet jordlinjen.

Et brobygget kredsløb fungerer med bedre effektivitet sammenlignet med en enkeltforstærker, da belastningen eller højttaleren skiftes på en push-pull-måde, hvilket muliggør en dobbelt spændingssving for hver alternative frekvensimpuls.

Dette gør det faktisk muligt for højttaleren at producere 4 gange mere strøm end en version med en enkelt ende under identiske omstændigheder eller specifikationer.

Evnen til at opnå en sådan øget effekt gør det muligt for forstærkeren at arbejde uden en nuværende begrænsningsfase og dermed uden uønsket klipning.

En ekstra fordel ved differentiel broudgang er fraværet af netto DC over den tilsluttede højttaler. Dette sker, da VO1 og VO1 er forudindtaget ved identiske spændingsniveauer, det vil sige VDD / 2 i dette tilfælde. Dette gør det muligt for forstærkeren at arbejde uden en udgangskoblingskondensator, som ellers bliver obligatorisk i enkeltforstærkere.

Forståelse af komponentbearbejdning og specifikationer

Ri er den inverterende inputmodstand, der anvendes til at indstille lukket sløjfeforstærkning sammen med Rf. Derudover implementerer denne modstand også en højpasfilterfunktion med Ci ved fC = 1 / (2π RiCi).

Der danner indgangskoblingskondensatoren, der er placeret til at blokere DC og tillade lyd-AC-frekvens på tværs af indgangsbenene. Denne kondensator muliggør også et højpasfilter i forbindelse med Ri ved fC = 1 / (2π RiCi).

Rf bliver feedbackmodstanden, der fikser lukket sløjfeforstærkning ved hjælp af Ri.

Cs fungerer som forsyning bypass kondensator og giver krusningsfiltrering til strømforsyningen.

Cb er placeret som bypass pin kondensator, og denne kondensator tvinger filtrering til halvforsyning

Absolutte maksimale vurderinger

Den maksimale tolerante vurdering for dette kredsløb er forklaret nedenfor:

• Maksimal forsyningsspænding er 6V, typisk arbejdsspænding er 5V
• Minimums- og maksimumtolerante temperaturniveauer er henholdsvis -65 og 150 grader Celsius.
• Indgangssignalet fra USB kan være hvor som helst mellem -0,3V og 5,3 V
• Maksimal strømforsyning er internt begrænset, så du behøver ikke bekymre dig om dette problem.

Elektriske egenskaber:

V dd betegner forsyningsspændingen, som typisk ligger inden for 2V og 5,5V.

jeg dd er den hvilestrøm, der forbruges af IC'ens indgangsforsyning, og denne kan ligge mellem 6,5 mA til 10 mA

jeg sd er symbolet for nedlukningsstrøm, når pin nr. 1 potentiale bliver lig med Vdd, startes nedlukningen, hvilket får forbruget til at falde til 0,6uA

V os henviser til output offset spænding og startes, når Vin = 0V, og kunne være 5V typisk og 50mV i den begrænsede tilstand.

P 0 er udgangseffekten og er omkring 3 watt, når belastningen er en 8 Ohm højttaler

THD + N angiver den samlede harmoniske forvrængning, der ligger inden for 0,13 til 0,25% med et frekvensområde fra 20Hz til 20kHz.

PSRR giver os afvisningsforholdet for strømforsyning for Vdd ved 5V typisk, og dette er omkring 60dB.

Prototype-billede af 5V USB-forstærker:

Anbefaling af printkortlayout:

Originalartikel: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf