Amplificator audio USB 5V pentru boxe PC

Amplificatoarele audio care sunt proiectate să funcționeze cu o sursă de 5 V de la o priză USB, cum ar fi de la un computer USB, se numesc amplificatoare USB.

În acest articol vom învăța cum să construim un circuit amplificator simplu de 3 wați care poate fi alimentat direct de la un port USB 5V pentru computer pentru a conduce un difuzor de 8 ohmi de 3 wați. Puteți construi câteva astfel de circuite și le puteți folosi pentru a crea o ieșire stereo într-o pereche de difuzoare de 8 Ohm.

Vă rugăm să rețineți că TDA2822 IC este învechit acum prin urmare, optând pentru un circuit care utilizează acest IC pentru proiectul discutat s-ar putea să nu fie o idee bună. Cu toate acestea, prezentul design se bazează pe IC LM4871, care este disponibil din abundență, să învățăm principalele caracteristici și funcționarea acestui IC

Caracteristici principale

• CI funcționează fără a implica niciun fel de cuplare condensatoare , sau condensatori bootstrap sau condensatori snubber
• Prezintă o stabilitate extremă prin Unity Gain.
• Vine cu ambalajele WSON, VSSOP, SOIC sau PDIP
• Permite setarea unei rețele externe de control a câștigului

Specificații importante:

• IC LM4871D este conceput pentru a gestiona difuzoare cu o valoare de 3 ohmi sau 4 ohmi la 3 wați
• Toate versiunile rămase din serie sunt specificate pentru a gestiona 1,5 wați cu difuzor de 8 Ohm.
• IC-urile au curent de oprire intern setat la 0,6uA de obicei
• Gama de tensiune de lucru este cuprinsă între 2,0 V și 5,5 V, perfect potrivită pentru a lucra cu alimentarea USB a computerului.
• Distorsiunea armonică totală maximă cu o încărcare a difuzoarelor de 8 Ohm la 1 kHz este de aproximativ 0,5%

Specificații și pachet

Următoarea imagine prezintă detaliile de identificare a IC-ului și a modelelor de pachete disponibile și a aspectelor:

Funcționarea circuitului amplificatorului USB de 5V

Lista de componente

Toate rezistențele de 1/4 watt sau 1/8 watt, 1% MFR sau SMD

• 20 K = 2 nr
• 40 K = 2 nr
• 100 K = 3 numere (inclusiv Rpu)

Condensatoare

• 0.39uF ceramică = 1 nr
• 1uF / 16V Tantal = 2 nr

Semiconductor

IC LM4871 = 1 nr

După cum se poate vedea în schema de mai sus, LM4871 include câteva amplificatoare operaționale intern, oferind utilizatorului opțiunea de a configura amplificatorul prin câteva moduri specificate.

Câștigul primului amplificator poate fi gestionat extern, în timp ce al doilea amplificator a fost conectat intern cu un câștig de unitate inversă.

Câștigul în buclă închisă pentru primul amplificator poate fi determinat prin selectarea corespunzătoare a valorilor raportului Rf / Ri, în timp ce același lucru a fost fixat pentru al doilea amplificator intern, prin intermediul a două rezistențe de 40K.

Putem vedea că ieșirea amplificatorului # 1 este configurată pentru a fi intrarea amplificatorului # 2, permițând ambelor amplificatoare să genereze semnale cu valori identice, deși acestea pot fi defazate la 180 de grade.

Acest lucru duce la câștigul diferențial al IC să fie AVD = 2 * (Rf / Ri).

De obicei, pentru orice amplificator poate fi implementat un „mod în punte” configurat prin conducerea sarcinii conectate diferențial prin intermediul a câteva ieșiri Vo1 și Vo2.

Un amplificator configurat în modul cu punte va avea un principiu de funcționare diferit, spre deosebire de amplificatoarele tradiționale cu un singur capăt, care au un capăt al sarcinii cablat cu linia de masă.

Un circuit în modul cu punte funcționează cu o eficiență mai bună în comparație cu un amplificator cu un singur capăt, deoarece sarcina sau difuzorul sunt comutate într-o manieră push-pull, permițând o legătură dublă de tensiune pentru fiecare impuls de frecvență alternativă.

Acest lucru permite difuzorului să producă de 4 ori mai multă putere decât o singură versiune finalizată în circumstanțe sau specificații identice.

Capacitatea de a obține o astfel de putere sporită permite amplificatorului să funcționeze fără etapa de limitare a curentului și, prin urmare, fără tăiere nedorită.

Un avantaj suplimentar al ieșirii diferențiale punte este absența curentului continuu DC prin difuzorul conectat. Acest lucru se întâmplă deoarece VO1 și VO1 sunt părtinitoare la niveluri de tensiune identice, adică VDD / 2 în cazul de față. Acest lucru permite amplificatorului să funcționeze fără un condensator de cuplare de ieșire, care altfel devine obligatoriu la amplificatoarele cu un singur capăt.

Înțelegerea funcționării componentelor și specificații

Ri este rezistorul de intrare inversor care este utilizat pentru a seta câștigul buclei închise împreună cu Rf. În plus, acest rezistor implementează și o funcție de filtrare trece înaltă cu Ci la fC = 1 / (2π RiCi).

Acolo formează condensatorul de cuplare de intrare poziționat pentru a bloca DC și permite frecvența audio AC pe pinii de intrare. Acest condensator permite, de asemenea, un filtru de trecere înaltă împreună cu Ri la fC = 1 / (2π RiCi).

Rf devine rezistența de feedback care fixează câștigul buclei închise cu ajutorul Ri.

Cs acționează ca un condensator de by-pass de alimentare și asigură o filtrare a undelor pentru sursa de alimentare.

Cb este poziționat ca condensator cu pin de bypass și acest condensator impune filtrarea pentru jumătate de alimentare

Evaluări maxime absolute

Valoarea maximă tolerabilă pentru acest circuit este explicată mai jos:

• Tensiunea maximă de alimentare este de 6V, tensiunea de lucru tipică este de 5V
• Nivelurile minime și maxime de temperatură tolerabile sunt -65 și, respectiv, 150 grade Celsius.
• Semnalul muzical de intrare de pe USB ar putea fi între -0,3V și 5,3V
• Disiparea maximă a puterii este limitată intern, deci nu este nevoie să vă faceți griji cu privire la această problemă.

Caracteristici electrice:

V dd înseamnă tensiunea de alimentare care se încadrează în mod obișnuit în 2V și 5,5V.

Eu dd este curentul de repaus consumat de la sursa de alimentare de intrare de către IC și acesta poate fi cuprins între 6,5 mA și 10 mA

Eu sd este simbolul curentului de oprire, când potențialul pinului 1 devine egal cu Vdd, oprirea este inițiată, determinând consumul să scadă la 0,6uA

V os se referă la tensiunea de decalare de ieșire și este inițiată când Vin = 0V, și ar putea fi de obicei 5V și 50mV în modul limitat.

P 0 este puterea de ieșire și este în jur de 3 wați atunci când sarcina este un difuzor de 8 Ohm

THD + N indică distorsiunea armonică totală care este cuprinsă între 0,13 și 0,25% cu un interval de frecvență de la 20Hz la 20kHz.

PSRR ne oferă raportul de respingere a sursei de alimentare pentru Vdd la 5V tipic, iar acesta este în jur de 60dB.

Imagine prototip a amplificatorului USB 5V:

Recomandarea aspectului PCB:

Articol original: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf