如何构建一个简单的3瓦放大器电路

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：