USB 5V Audioverstärker für PC-Lautsprecher

USB 5V Audioverstärker für PC-Lautsprecher

Audioverstärker, die für die Verwendung mit einer 5-V-Versorgung von einer USB-Buchse, z. B. von einem Computer-USB, ausgelegt sind, werden als USB-Verstärker bezeichnet.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie eine einfache 3-Watt-Verstärkerschaltung bauen, die direkt über einen 5-V-USB-Anschluss eines Computers mit Strom versorgt werden kann, um einen 8-Ohm-3-Watt-Lautsprecher anzusteuern. Sie können einige solcher Schaltkreise bauen und sie zum Erstellen eines Stereoausgangs in einem Paar 8-Ohm-Lautsprecher verwenden.



Bitte beachte, dass TDA2822 IC ist jetzt veraltet Wählen Sie daher eine Schaltung mit diesem IC für die besprochenes Projekt ist vielleicht keine gute Idee. Das vorliegende Design basiert jedoch auf dem IC LM4871, der reichlich verfügbar ist. Lassen Sie uns die Hauptmerkmale und die Funktionsweise dieses ICs kennenlernen



Haupteigenschaften

  • Der IC funktioniert ohne jegliche Kopplung Kondensatoren oder Bootstrap-Kondensatoren oder Dämpfungskondensatoren
  • Es zeigt extreme Stabilität durch Unity Gain.
  • Kommt mit WSON, VSSOP, SOIC oder PDIP Packaging
  • Ermöglicht das Festlegen eines externen Gain-Steuerungsnetzwerks

Wichtige Spezifikationen:

  • Der IC LM4871D ist für Lautsprecher mit einer Nennleistung von 3 Ohm oder 4 Ohm bei 3 Watt ausgelegt
  • Alle übrigen Versionen der Serie sind für 1,5 Watt mit 8-Ohm-Lautsprecher ausgelegt.
  • Bei den ICs ist der Abschaltstrom intern normalerweise auf 0,6 uA eingestellt
  • Der Arbeitsspannungsbereich liegt zwischen 2,0 V und 5,5 V und ist perfekt für die Arbeit mit PC-USB-Strom geeignet.
  • Die maximale harmonische Gesamtverzerrung bei einer Lautsprecherlast von 8 Ohm bei 1 kHz beträgt ca. 0,5%

Pinbelegung Spezifikationen und Paket

Das folgende Bild zeigt die Pinbelegungsdetails des IC und der verfügbaren Gehäusemodelle sowie die Layouts:

Pinbelegungsdetails des LM4871

Betrieb der 5-V-USB-Verstärkerschaltung

5V USB 3 Watt Verstärkerschaltung für PC

Liste der Einzelteile



Alle Widerstände 1/4 Watt oder 1/8 Watt, 1% MFR oder SMD

  • 20 K = 2 Nr
  • 40 K = 2 Nr
  • 100 K = 3 nos (einschließlich Rpu)

Kondensatoren

  • 0,39 uF Keramik = 1 Nr
  • 1 uF / 16 V Tantal = 2 nr

Halbleiter



IC LM4871 = 1 Nr

Wie im obigen Schema zu sehen ist, enthält der LM4871 einige Operationsverstärker Intern bietet der Benutzer die Möglichkeit, den Verstärker auf verschiedene Arten zu konfigurieren.

Die Verstärkung des ersten Verstärkers kann extern verwaltet werden, während der zweite Verstärker intern mit einer invertierenden Einheitsverstärkung verdrahtet wurde.

Die Regelverstärkung für den ersten Verstärker kann durch geeignete Auswahl der Werte des Verhältnisses Rf / Ri bestimmt werden, während dies für den zweiten Verstärker intern über einige 40K-Widerstände festgelegt wurde.

Wir können sehen, dass der Ausgang des Verstärkers Nr. 1 als Eingang des Verstärkers Nr. 2 konfiguriert ist, wodurch beide Verstärker Signale mit identischen Werten erzeugen können, obwohl diese um 180 Grad phasenverschoben sein können.

Dies führt dazu, dass die Differenzverstärkung des IC AVD = 2 * (Rf / Ri) beträgt.

Typischerweise kann für jeden Verstärker ein 'Bridged Mode' -Aufbau implementiert werden, indem die angeschlossene Last über einige Ausgänge Vo1 und Vo2 deferentiell angesteuert wird.

Ein im überbrückten Modus konfigurierter Verstärker hat ein anderes Funktionsprinzip als die herkömmlichen Single-Ended-Verstärker, bei denen ein Ende der Last mit der Erdungsleitung verdrahtet ist.

Eine Bridged-Mode-Schaltung arbeitet im Vergleich zu einem Single-Ended-Verstärker mit einem besseren Wirkungsgrad, da die Last oder der Lautsprecher im Push-Pull-Modus geschaltet werden und ein doppelter Spannungshub für jeden Wechselfrequenzimpuls möglich ist.

Dadurch kann der Lautsprecher unter identischen Umständen oder Spezifikationen viermal mehr Strom produzieren als eine Single-Ended-Version.

Die Fähigkeit, eine solche erhöhte Leistung zu erreichen, ermöglicht es dem Verstärker, ohne a zu arbeiten Strombegrenzerstufe und daher ohne unerwünschtes Abschneiden.

Ein zusätzlicher Vorteil des differentiell überbrückten Ausgangs ist das Fehlen von Netto-Gleichstrom über den angeschlossenen Lautsprecher. Dies geschieht, da VO1 und VO1 bei identischen Spannungspegeln vorgespannt sind, dh im vorliegenden Fall VDD / 2. Dadurch kann der Verstärker ohne Ausgangskopplungskondensator arbeiten, was ansonsten bei Single-Ended-Verstärkern obligatorisch wird.

Grundlegendes zur Funktionsweise und zu den Spezifikationen von Komponenten

Ri ist der invertierende Eingangswiderstand, der verwendet wird, um die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises zusammen mit Rf einzustellen. Zusätzlich implementiert dieser Widerstand auch eine Hochpassfilterfunktion mit Ci bei fC = 1 / (2π RiCi).

Dort bildet den Eingangskopplungskondensator, der so positioniert ist, dass er Gleichstrom blockiert und Audio-Wechselstrom über die Eingangspins zulässt. Dieser Kondensator ermöglicht auch ein Hochpassfilter in Verbindung mit Ri bei fC = 1 / (2π RiCi).

Rf wird zum Rückkopplungswiderstand, der die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises mit Hilfe von Ri festlegt.

Cs wirkt wie ein Versorgungsbypasskondensator und bietet eine Welligkeitsfilterung für die Stromversorgung.

Cb wird als Bypass-Pin-Kondensator positioniert und dieser Kondensator erzwingt die Filterung für die Halbversorgung

absolut beste Bewertungen

Die maximal tolerierbare Leistung für diese Schaltung wird nachfolgend erläutert:

  • Die maximale Versorgungsspannung beträgt 6V, die typische Arbeitsspannung beträgt 5V
  • Die minimal und maximal tolerierbaren Temperaturniveaus betragen -65 bzw. 150 Grad Celsius.
  • Das Eingangsmusiksignal vom USB kann zwischen -0,3 V und 5,3 V liegen
  • Die maximale Verlustleistung ist intern begrenzt, sodass Sie sich über dieses Problem keine Gedanken machen müssen.

Elektrische Eigenschaften:

V. dd bezeichnet die Versorgungsspannung, die typischerweise innerhalb von 2 V und 5,5 V liegt.

ich dd ist der Ruhestrom, der vom IC aus der Eingangsstromversorgung verbraucht wird und der zwischen 6,5 mA und 10 mA liegen kann

ich sd ist das Symbol für den Abschaltstrom. Wenn das Potential von Pin 1 gleich Vdd wird, wird die Abschaltung eingeleitet, wodurch der Verbrauch auf 0,6 uA abfällt

V. os bezieht sich auf die Ausgangsoffsetspannung und wird ausgelöst, wenn Vin = 0 V ist, und kann typischerweise 5 V und im begrenzten Modus 50 mV betragen.

P. 0 ist die Ausgangsleistung und beträgt etwa 3 Watt, wenn die Last ein 8-Ohm-Lautsprecher ist

THD + N. gibt die gesamte harmonische Verzerrung an, die innerhalb von 0,13 bis 0,25% mit einem Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz liegt.

PSRR gibt uns das Netzteil-Sperrverhältnis für Vdd bei 5 V typisch an, und dies ist ungefähr 60 dB.

Prototyp des 5V USB-Verstärkers:

USB-Verstärker des LM4871-Moduls

PCB Layout Empfehlung:

Leiterplattenlayout des USB-Verstärkers

Originalartikel: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf




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