深入剖析LM4875音频功率放大器：特性、应用与设计要点

在音频设备的设计领域，音频功率放大器的性能直接影响着声音的品质和设备的整体表现。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）推出的LM4875音频功率放大器，它具备诸多出色特性，适用于多种音频应用场景。

文件下载：LM4875MX NOPB.pdf

一、LM4875概述

LM4875是一款单声道桥接音频功率放大器，具备直流电压音量控制功能。在5V电源供电的情况下，它能够向8Ω负载提供750mW的连续平均功率，且总谐波失真加噪声（THD+N）小于1%。该放大器还支持耳机模式，通过耳机检测引脚可实现桥接扬声器模式和耳机（单端）模式的切换。

二、主要特性

2.1 精确的直流电压音量控制

LM4875通过直流电压对音量进行控制，其音量控制输入范围从接地（GND）到电源电压（(V_{DD})）。虽然音量控制的精度并非关键，但它能保证音量单调变化，且步长足够小，以满足用户对音量的不同需求。不过，不同芯片在相同直流控制电压下可能会存在一定的音量差异。大家在实际使用中有没有遇到过这种音量差异的情况呢？

2.2 耳机放大器模式

当向HP - Sense耳机控制引脚施加4V至(V_{CC})的电压时，Amp2关闭，桥接负载静音，放大器进入单端模式驱动耳机，同时降低了静态电流消耗。这种模式的切换设计非常实用，能很好地满足不同音频输出设备的需求。

2.3 “咔嗒声和噗噗声”抑制

芯片内部包含抑制开启和关闭瞬态噪声（“咔嗒声和噗噗声”）的电路。在电源电压上升过程中，内部放大器配置为单位增益缓冲器，内部电流源以可控、线性的方式改变旁路引脚的电压，从而减少噪声。但要注意，旁路电容(C_{B})的大小会影响开启时间和噪声大小，这是一个需要权衡的因素。

2.4 关机控制

当音量控制引脚电压低于300mV时，LM4875进入微功耗关机模式，此时电源电流降至0.7µA（典型值）。而当施加500mV至1V的电压时，放大器进入静音模式，典型衰减为75dB。

2.5 热关断保护

该放大器具备热关断保护功能，能在芯片温度过高时自动保护，避免芯片损坏。

三、应用领域

LM4875适用于多种音频设备，如GSM手机及配件、DECT设备、办公电话、手持无线电以及其他便携式音频设备。其低电源电压工作和少外部组件的特点，使其在便携式设备中具有很大的优势。你在设计这些设备时，是否优先考虑过类似的音频放大器呢？

四、关键规格参数

4.1 输出功率

• 在8Ω负载、1% THD+N条件下，典型输出功率为750mW；
• 在8Ω负载、10% THD+N条件下，典型输出功率为1W；
• 在32Ω负载、1% THD+N条件下，耳机模式典型输出功率为80mW；
• 在32Ω负载、10% THD条件下，耳机模式典型输出功率为110mW。

4.2 静态电流

• 正常工作时，静态电源电流根据不同条件在3.5 - 7mA之间；
• 关机电流典型值为0.7µA。

4.3 电源电压范围

电源电压范围为2.7V至5.5V，能适应多种电源环境。

五、设计要点

5.1 桥接配置

LM4875内部包含两个运算放大器，通过外部直流电压设置第一个放大器的闭环增益，第二个放大器增益由两个内部20kΩ电阻设置为 - 1。桥接模式下，负载两端的输出摆幅是单端模式的两倍，输出功率是单端模式的四倍，且负载两端无直流电压，无需输出耦合电容。但桥接模式下内部功率耗散也会增加，这是在设计时需要重点考虑的问题。

5.2 功率耗散

功率耗散是设计音频放大器时的重要考量因素。对于LM4875，桥接模式下的最大内部功率耗散是单端放大器的4倍。在计算功率耗散时，需要根据公式(P{DMAX }=(T{J MAX}-T{A}) / theta{JA})来确定最大允许功率耗散，避免芯片过热。例如，在使用SOIC封装的LM4875，5V电源和8Ω负载的典型应用中，不超过最大结温的最大环境温度约为55°C。

5.3 电源旁路

为了实现低噪声性能和高电源抑制比，电源旁路电容应尽可能靠近LM4875放置。旁路引脚与地之间的电容能提高内部偏置电压的稳定性，从而改善电源抑制比。旁路电容值的选择需要综合考虑PSRR要求、“咔嗒声和噗噗声”性能、系统成本和尺寸限制等因素。

5.4 外部组件选择

• 输入电容：输入耦合电容(C{i})与内部输入阻抗(R{IN})构成高通滤波器，其值的选择应根据所需的最低音频频率响应来确定。例如，当扬声器低频下限为150Hz时，(C_{i})约为0.1µF。
• 旁路电容：旁路电容(C{B})的大小对放大器的开启时间和“咔嗒声和噗噗声”有重要影响。选择(C{B}=1.0µF)，并搭配小值的(C_{i})（0.1µF - 0.39µF），可实现无咔嗒声和噗噗声的关机功能。

六、PCB布局建议

文档中提供了SOIC - 8封装和VSSOP封装的LM4875推荐两层PCB布局。这些布局适用于外部5V电源、8Ω扬声器和8Ω - 32Ω耳机。在实际设计中，应严格按照推荐布局进行，以确保放大器的性能。

总之，LM4875是一款性能出色的音频功率放大器，在设计音频设备时，充分了解其特性和设计要点，能帮助我们更好地发挥其优势，实现高质量的音频输出。大家在使用LM4875的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享。