深入解析LM4818音频功率放大器：特性、应用与设计要点

在音频功率放大器的领域中，TI的LM4818是一款备受关注的产品。它具有诸多出色的特性，广泛应用于各种音频设备中。今天，我们就来深入探讨一下LM4818的相关知识。

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一、LM4818概述

LM4818是一款单声道桥式功率放大器，采用SOIC表面贴装封装。它能够在5V电源下，向16Ω负载提供350mW RMS输出功率，或向8Ω负载提供300mW RMS输出功率，且总谐波失真加噪声（THD+N）最大为10%。其显著特点包括开关开/关咔嗒声抑制、单位增益稳定以及所需外部组件极少，非常适合用于通用音频、便携式电子设备和信息家电等应用场景。

二、关键规格参数

（一）绝对最大额定值

参数	数值
电源电压	6.0V
存储温度	-65°C至+150°C
输入电压	-0.3V至VDD +0.3V
功率耗散	内部限制
ESD敏感度（人体模型）	2.5kV
ESD敏感度（机器模型）	200V
结温	150°C
焊接信息（小外形封装）	气相（60秒）215°C；红外（15秒）220°C
热阻（SOIC）	θJC = 35°C/W，θJA = 170°C/W

（二）工作额定值

参数	数值
温度范围	-40°C ≤ TA ≤ 85°C
电源电压	2.0V ≤ VCC ≤ 5.5V

（三）电气特性

在不同电源电压下，LM4818有不同的电气特性表现。以VDD = 5V为例，其静态电源电流最大为3.0mA，关断电流最大为5.0µA等。具体参数如下表：	参数	典型值	最大值	单位
静态电源电流（IDD）	1.5	3.0	mA
关断电流（ISD）	1.0	5.0	µA
关断电压输入高（ISDIH）	-	4.0	V
关断电压输入低（ISDIL）	-	1.0	V
输出失调电压（VOS）	5	50	mV
输出功率（PO）（16Ω负载，THD = 10%，fIN = 1kHz）	350	-	mW
输出功率（PO）（8Ω负载，THD = 10%，fIN = 1kHz）	300	-	mW
总谐波失真加噪声（THD+N）（PO = 270mW RMS，AVD = 2，fIN = 1kHz）	1	-	%

当VDD = 3V时，部分参数也会相应变化，例如静态电源电流典型值变为1.0mA，输出功率在16Ω负载下为110mW等。

三、外部组件说明

（一）组件功能

LM4818的典型应用电路中涉及多个外部组件，它们各自有着重要的功能：

1. Ri和Rf：Ri与Rf共同设置闭环增益，Av = 2(RF / Ri)，同时Ri还与Ci构成高通滤波器。
2. Ci：输入耦合电容，用于阻挡放大器端子处的直流电压，与Ri一起构成高通滤波器，其截止频率fc = 1/(2πRiCi)。
3. CS：电源旁路电容，对施加到电源引脚的电压进行滤波。
4. CB：旁路引脚电容，对旁路引脚处的电压进行滤波，其值对减少开机噗声至关重要。
5. CB2：可选电容，大多数应用中不需要，若不使用，引脚3应直接连接到引脚2。

（二）组件选择要点

1. 输入电容Ci：其值的选择需要综合考虑频率响应、成本、空间以及开机噗声等因素。对于低频响应要求不高的应用，可选择较小的值以减少噗声；若要驱动低频响应好的扬声器，则需选择较大的值。例如，当扬声器低频下限为150Hz时，Ci约为0.063µF；若要驱动响应低至20Hz的扬声器，可选择0.39µF。
2. 旁路电容CB：其值对减少开机噗声最为关键，建议值为1.0µF或更大，以确保LM4818输出缓慢上升到静态直流电压，从而减小噗声。

四、典型性能特性

（一）THD+N与频率、输出功率的关系

通过一系列图表可以看出，THD+N与频率和输出功率密切相关。在不同的电源电压、负载电阻和输出功率条件下，THD+N会有不同的表现。一般来说，随着频率的升高，THD+N会有所增加；在相同频率下，输出功率越大，THD+N也可能会增大。

（二）输出功率与电源电压、负载电阻的关系

输出功率与电源电压和负载电阻也存在特定的关系。从图表中我们可以发现，在一定的THD+N限制下，输出功率会随着电源电压的升高而增加；对于不同的负载电阻，达到相同输出功率所需的电源电压也不同。

五、应用信息

（一）桥接配置原理

LM4818由两个运算放大器组成，外部电阻Ri和RF设置第一个放大器的闭环增益，两个内部20kΩ电阻将第二个放大器的增益设置为 -1。通过将负载放置在两个放大器输出之间，利用信号的180°相位差实现差分驱动（桥接模式），相比单端放大器，在相同电源电压下可使负载两端的电压摆幅加倍，输出功率提高四倍。

（二）功率耗散

功率耗散是设计音频放大器时的重要考虑因素。对于单端放大器和桥接放大器，其最大功率耗散点的计算公式不同。LM4818作为桥接放大器，其最大内部功率耗散是单端放大器的四倍，但在实际应用中，需根据具体的电源电压、负载电阻和环境温度等因素，确保不超过最大允许功率耗散。

（三）电源旁路

适当的电源旁路对于LM4818的低噪声性能和高电源抑制比至关重要。旁路和电源引脚连接的电容应尽可能靠近LM4818，以提高内部偏置电压的稳定性，改善PSRR。旁路电容值的选择需综合考虑PSRR要求、咔嗒声和噗声性能以及系统成本和尺寸限制。

（四）关断功能

通过向LM4818的SHUTDOWN引脚施加电压来控制关断功能。施加VDD可激活微功率关断模式，此时放大器的偏置电路关闭，降低电源电流。逻辑阈值通常为1/2VDD，为实现低至0.7µA的典型关断电流，应尽可能使SHUTDOWN引脚电压接近VDD。可通过单刀单掷开关、微控制器或微处理器等方式激活关断功能。

六、设计示例

假设我们要设计一个音频功率放大器，期望的参数如下：

• 功率输出：100mW
• 负载阻抗：16Ω
• 输入电平：1Vrms（最大）
• 输入阻抗：20kΩ
• 带宽：100Hz - 20kHz ± 0.25dB

设计步骤如下：

1. 确定最小电源电压：通过典型性能特性中的输出功率与电源电压图表，找到在1% THD+N下，16Ω负载获得100mW输出功率所需的电源电压约为3.15V。考虑到增加电源电压可提供更大的余量，避免输出信号削波和失真，但需确保不超过最大耗散限制。
2. 计算最小差分增益：使用公式AVD ≥ √(P0RL) / (VIN)，计算得到最小增益为1.27 V/V。
3. 确定反馈电阻：已知输入阻抗为20kΩ，根据公式RF / Ri = AVD / 2，计算得到反馈电阻RF为13kΩ。
4. 设置放大器带宽：为实现所需的带宽，根据公式Ci ≥ 1 / (2πRiIe)计算输入耦合电容Ci的值，这里选择标准值0.39µF。同时，考虑到放大器的闭环增益带宽乘积，确保设计满足要求。

七、总结

LM4818是一款性能出色的音频功率放大器，具有多种优势和特点。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和条件，合理选择外部组件，优化设计参数，以实现最佳的音频性能。同时，在PCB布局时，要遵循相关的指南，避免出现噪声耦合和干扰等问题。希望通过本文的介绍，能帮助大家更好地理解和应用LM4818。大家在使用LM4818的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。