LM1875：高性能音频功率放大器的卓越之选

在音频功率放大器领域，TI公司的LM1875一直备受关注。今天，我们就来深入探讨一下这款20W音频功率放大器的特点、应用以及设计时的注意事项。

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一、LM1875的特性亮点

强大的功率输出

LM1875能够提供高达30瓦的输出功率，在±25V电源下，可向4Ω或8Ω负载输送20瓦功率；若采用8Ω负载和±30V电源，输出功率可超过30瓦。这种高功率输出能力使其在众多音频应用中表现出色。

低失真表现

其失真率极低，在1kHz、20W输出时，失真率仅为0.015%。即使在20kHz、20W输出的情况下，失真率也能控制在0.05% - 0.4%之间（不同负载条件）。如此低的失真保证了音频信号的高保真度。

宽功率带宽

功率带宽达到70kHz，能够处理更广泛的音频频率范围，为音频系统带来更丰富的声音细节。

全面的保护功能

它具备AC和DC短路到地的保护功能，还有带假释电路的热保护。同时，内部输出保护二极管进一步增强了其可靠性。此外，高电流能力可达4A，宽电源范围为16V - 60V，这些特性使得LM1875在各种复杂的应用环境中都能稳定工作。

高纹波抑制和标准封装

纹波抑制达到94dB，能有效减少电源纹波对音频信号的干扰。采用塑料功率封装TO - 220，方便安装和散热。

二、应用领域广泛

高性能音频系统

由于其低失真和高功率输出的特点，LM1875非常适合用于高性能音频系统，如家庭音响、专业录音设备等，能够为用户带来高品质的听觉体验。

桥接放大器

可用于构建桥接放大器，进一步提高输出功率，满足一些对功率要求较高的场合。

立体声留声机

在立体声留声机中，LM1875能够准确还原音频信号，使留声机播放出清晰、纯净的声音。

伺服放大器和仪器系统

在伺服放大器和仪器系统中，其稳定的性能和低失真特性有助于提高系统的精度和可靠性。

三、电气特性详解

在特定条件下（(V{CC}= +25 V)，(-V{EE}= -25 V)，(T{AMBIENT } = 25^{circ} C)，(R{L}= 8 Omega)，(A{V}= 20)，(f{o}= 1 kHz)），LM1875展现出一系列优秀的电气特性：

• 电源电流：在输出功率为0W时，典型值为70mA，测试极限为100mA。
• 输出功率：当总谐波失真（THD）为1%时，典型输出功率为25W。
• THD：在不同的输出功率、频率和负载条件下，THD表现良好，如在20W、1kHz、8Ω负载时，THD为0.015%。
• 增益带宽积：在20kHz时，典型值为5.5MHz。
• 开环增益：直流开环增益典型值为90dB。
• 电源抑制比（PSRR）：在(V{CC})和(V{EE})，1kHz、1Vrms条件下，分别为95dB和83dB。
• 最大压摆率：在20W、8Ω、70kHz带宽下，为8V/μs。
• 电流限制：当输出电压(V{OUT}= V{SUPPLY} - 10V)时，电流限制为4A（测试极限为3A）。
• 等效输入噪声电压：在(R_{S}= 600 Ω)、CCIR条件下，为3μVrms。

四、设计注意事项

稳定性设计

虽然LM1875在闭环增益为10或更大时设计为稳定的，但在某些情况下仍可能振荡。这通常与印刷电路板布局或输出/输入耦合有关。

• 电路板布局：要确保负载地、输出补偿地和低电平（反馈和输入）地通过单独路径返回电路板接地端，避免大电流在接地导体上产生电压，影响输入信号。同时，将输出补偿组件和0.1μF电源去耦电容尽量靠近LM1875，缩短接地返回路径，减少PCB走线电阻和电感的影响。
• 输入耦合问题：当源阻抗高或输入引线长时，输出引线中的电流可能会通过空气耦合到放大器输入，导致高频振荡。可以在电路输入两端跨接一个50pF - 500pF的小电容来解决这个问题。
• 容性负载：大多数功率放大器驱动高容性负载的能力有限，LM1875也不例外。如果输出直接连接到电容且无串联电阻，当电容大于约0.1μF时，方波响应会出现振铃。虽然放大器通常能驱动高达2μF左右的负载电容而不振荡，但不建议这样做。如果预计有高容性负载，应在LM1875输出端串联一个至少1Ω的电阻，也可采用10Ω电阻与5μH电感并联的方式耦合到负载，以保护放大器。

失真控制

合理的电路板接地技术有助于防止音频应用中的过度失真。为了实现低THD，还需将电源走线和导线与连接到LM1875输入的走线和导线分开，避免电源电流的电感耦合。电源导线应绞合在一起并与电路板分离，焊接到电路板时，至少在几英寸的距离内垂直于电路板平面。在适当的物理布局下，20kHz、10W输出到8Ω负载时，THD应低于0.05%，1kHz时低于0.02%。

电流限制和安全工作区（SOA）保护

功率放大器的输出晶体管可能会因过高的电压、电流或功率耗散而损坏。LM1875不仅将电流限制在约4A，还会在输出晶体管两端电压较高时降低限制电流值。当驱动非线性电抗负载（如电机或带有内置保护继电器的扬声器）时，可能会出现输出端连接到负载的情况，负载端电压可能会超出放大器的电源电压，这可能导致输出晶体管性能下降或整个电路灾难性故障。LM1875内部电路包含一对连接在放大器输出和电源轨之间的二极管，在驱动标准电抗负载时无需外部添加。

热保护

LM1875具有复杂的热保护方案，当芯片温度达到170°C时，放大器会关闭；当芯片温度降至约145°C时，它会重新开始工作，但如果温度再次上升，在150°C时就会再次关闭。这样的设计允许设备在临时故障条件下升温到相对较高的温度，但持续故障会将最大芯片温度限制在较低值，大大减少了热循环对IC的应力，提高了其在持续故障条件下的可靠性。选择热阻足够低的散热片，以确保在正常运行时不会达到热关断温度。在系统的成本和空间限制内使用尽可能好的散热片，有助于提高任何功率半导体器件的长期可靠性。

功率耗散和散热片选择

LM1875必须始终使用散热片，即使在不驱动负载时也不例外。其最大空载电流为100mA，在60V电源下，空载的LM1875必须耗散6W功率。TO - 220封装的54°C/W结到环境热阻会使芯片温度比环境温度升高324°C，因此如果不使用散热片，热保护电路会关闭放大器。为了确定特定应用的合适散热片，需要知道LM1875在该应用中的功率耗散。当负载为电阻性时，IC所需的最大平均功率耗散近似为： [P{D(MAX)} approx frac{V{S}^{2}}{2 pi^{2} R{L}} + P{O}] 其中(V{S})是LM1875两端的总电源电压，(R{L})是负载电阻，(P{0})是放大器的静态功率耗散。该公式只是一个近似值，假设为“理想”的B类输出级，且电路其他部分的功率耗散恒定。“功率耗散与功率输出”曲线能更好地表示LM1875在不同电源电压和电阻性负载下的行为。例如，如果LM1875在50V电源下与8Ω电阻性负载一起工作，它可能产生高达19W的内部功率耗散。如果要在环境温度高达70°C时使芯片温度保持在150°C以下，总结到环境热阻必须小于： [frac{150^{circ} C - 70^{circ} C}{19 W} = 4.2^{circ} C / W] 使用(theta{JC}= 2^{circ} C / W)，则外壳到散热片接口热阻和散热片到环境热阻之和必须小于2.2°C/W。TO - 220封装的外壳到散热片热阻会因安装方法而异。金属 - 金属接口润滑时约为1°C/W，干燥时约为1.2°C/W；如果使用云母绝缘体，润滑时热阻约为1.6°C/W，干燥时约为3.4°C/W。在上述示例中，假设在LM1875和散热片之间使用润滑的云母绝缘体，则散热片热阻必须小于： [4.2^{circ} C / W - 2^{circ} C / W - 1.6^{circ} C / W = 0.6^{circ} C / W] 这是一个相当大的散热片，在某些应用中可能不实用。如果因尺寸或成本原因需要较小的散热片，可以降低最大环境工作温度至50°C（122°F），此时需要1.6°C/W的散热片；或者将散热片与底盘隔离，这样如果外壳到散热片接口润滑，所需的散热片为1.2°C/W。

五、封装信息

LM1875有多种封装选项，主要采用TO - 220封装，有不同的型号，如LM1875T、LM1875T/LB02等。这些型号在市场状态、环保计划、引脚数、包装数量等方面有所不同。例如，部分型号为非RoHS和绿色产品，部分为RoHS和绿色产品。在选择时，需要根据具体的应用需求和环保要求来决定。

总之，LM1875是一款性能卓越的音频功率放大器，但在设计应用时，需要充分考虑其稳定性、失真控制、热保护等方面的因素，以确保其在各种环境下都能发挥出最佳性能。你在使用LM1875的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。