Zvočni ojačevalnik USB 5V za zvočnike v računalniku

Zvočni ojačevalniki, ki so zasnovani za delo z napajanjem 5 V iz vtičnice USB, na primer iz računalniškega USB, se imenujejo ojačevalniki USB.

V tem članku se bomo naučili, kako zgraditi preprosto 3-vatno ojačevalno vezje, ki ga je mogoče napajati neposredno iz računalniškega 5V USB-vhoda za vožnjo 8-vatnega 3-vatnega zvočnika. Lahko sestavite nekaj takih vezij in jih uporabite za ustvarjanje stereo izhoda v par 8-omskih zvočnikov.

Prosimo, upoštevajte, da TDA2822 IC je zdaj zastarel zato se odločite za vezje, ki uporablja ta IC za razpravljali o projektu morda ni dobra ideja. Vendar pa sedanja zasnova temelji na IC LM4871, ki je na voljo v celoti. Spoznajmo glavne značilnosti in delovanje tega IC

Glavne značilnosti

• IC deluje brez kakršne koli sklopke kondenzatorji , ali kondenzatorji bootstrap ali snubber kondenzatorji
• Izkazuje izjemno stabilnost s pomočjo enotnosti.
• Prihaja z embalažo WSON, VSSOP, SOIC ali PDIP
• Omogoča nastavitev zunanjega omrežja za nadzor ojačanja

Pomembne specifikacije:

• IC LM4871D je zasnovan za obdelavo zvočnikov z nazivno močjo 3 ohmov ali 4 ohmov pri 3 vatih
• Vse preostale različice v seriji so določene za obdelavo 1,5 vata z 8 Ohm zvočnikom.
• IC imajo notranji izklopni tok običajno nastavljen na 0,6uA
• Obseg delovne napetosti je med 2,0 V in 5,5 V, kar je popolnoma primerno za delo z USB napajanjem v računalniku.
• Največje skupno harmonsko popačenje z obremenitvijo zvočnika 8 Ohm pri 1 kHz je približno 0,5%

Specifikacije in paket izvlečkov

Naslednja slika prikazuje podrobnosti o izvlečku IC in razpoložljivih modelih paketov ter postavitve:

5V delovanje ojačevalnika USB

Seznam delov

Vsi upori 1/4 vata ali 1/8 vata, 1% MFR ali SMD

• 20 K = 2 št
• 40 K = 2 št
• 100 K = 3 nos (vključno z Rpu)

Kondenzatorji

• 0,39uF keramike = 1 št
• 1uF / 16V tantal = 2 št

Polprevodnik

IC LM4871 = 1 št

Kot je razvidno iz zgornje sheme, LM4871 vključuje nekaj operacijski ojačevalniki interno, ki uporabniku omogoča nastavitev ojačevalnika na nekaj določenih načinov.

Dobiček prvega ojačevalnika je mogoče upravljati zunaj, drugi ojačevalnik pa je bil interno povezan z invertirnim ojačanjem enotnosti.

Dobiček zaprte zanke za prvi ojačevalnik lahko določimo z ustreznim izbiranjem vrednosti razmerja Rf / Ri, medtem ko je bilo to enako ojačeno za drugi ojačevalnik znotraj nekaj 40K uporov.

Vidimo lahko, da je izhod ojačevalnika št. 1 konfiguriran tako, da je vhod ojačevalnika št. 2, kar omogoča, da oba ojačevalnika generirata signale z enakimi vrednostmi, čeprav so ti lahko za 180 stopinj izven faze.

Posledica tega je, da je diferenčni dobiček IC AVD = 2 * (Rf / Ri).

Značilno je, da je za kateri koli ojačevalnik mogoče izvesti nastavljen 'mostični način', tako da priključeno obremenitev napačno usmerite prek nekaj izhodov Vo1 in Vo2.

Ojačevalnik, konfiguriran v premostitvenem načinu, bo imel drugačen princip delovanja v nasprotju s tradicionalnimi ojačevalniki z enim koncem, ki imajo en konec obremenitve povezan s talno linijo.

Mostično vezje deluje z boljšo učinkovitostjo v primerjavi z ojačevalnikom z enim samim koncem, saj se obremenitev ali zvočnik preklopi na potisni način, kar omogoča dvojno nihanje napetosti za vsak izmenični frekvenčni impulz.

To dejansko omogoča zvočniku, da v enakih okoliščinah ali specifikacijah proizvede 4-krat več energije kot enojna različica.

Zmožnost doseganja tako povečane moči omogoča ojačevalniku, da deluje brez a stopnja omejevalnika toka in s tem brez nezaželenih odrezkov.

Dodatna prednost diferencialno premoščenega izhoda je odsotnost enosmernega toka na priključenem zvočniku. To se zgodi, ker sta VO1 in VO1 pristranska pri enakih napetostnih nivojih, to je VDD / 2 v tem primeru. To omogoča ojačevalniku, da deluje brez izhodnega sklopnega kondenzatorja, kar sicer postane obvezno pri enosmernih ojačevalnikih.

Razumevanje dela in specifikacij komponent

Ri je invertirni vhodni upor, ki se uporablja za nastavitev ojačenja v zaprti zanki skupaj z Rf. Poleg tega ta upor izvaja tudi funkcijo visokofrekvenčnega filtra s Ci pri fC = 1 / (2π RiCi).

Tam tvori vhodni sklopni kondenzator, nameščen tako, da blokira enosmerni tok in omogoča zvočno frekvenco izmeničnega toka čez vhodne nožice. Ta kondenzator omogoča tudi visokofrekvenčni filter v povezavi z Ri pri fC = 1 / (2π RiCi).

Glej postane povratni upor, ki s pomočjo Ri popravi ojačanje zaprte zanke.

Cs deluje kot napajalni bypass kondenzator in zagotavlja valovito filtriranje napajanja.

Cb je postavljen kot obvodni kondenzator in ta kondenzator zagotavlja filtriranje za polovično napajanje

Absolutne najvišje ocene

Najvišja dopustna ocena za to vezje je razložena spodaj:

• Največja napajalna napetost je 6V, tipična delovna napetost je 5V
• Najnižja in najvišja dopustna temperatura sta -65 oziroma 150 stopinj Celzija.
• Vhodni glasbeni signal iz USB-ja je lahko med -0,3 V in 5,3 V
• Največja poraba energije je notranje omejena, zato vas glede te težave ni treba skrbeti.

Električne značilnosti:

V dd pomeni napajalno napetost, ki je običajno znotraj 2V in 5,5V.

jaz dd je mirovalni tok, ki ga od vhodnega napajanja porabi IC, ta pa lahko leži med 6,5 mA do 10 mA

jaz sd je simbol za izklopni tok, ko potencial noga 1 postane enak Vdd, se sproži izklop, zaradi česar poraba pade na 0,6uA

V os se nanaša na izhodno odmično napetost in se sproži, ko je Vin = 0V, in je lahko običajno 5V in 50mV v omejenem načinu.

P 0 je izhodna moč in je približno 3 vati, če je obremenitev zvočnika 8 Ohm

THD + N označuje skupno harmonično popačenje, ki je znotraj 0,13 do 0,25% s frekvenčnim območjem od 20 Hz do 20 kHz.

PSRR nam daje razmerje zavrnitve napajanja za Vdd pri 5V tipično in je približno 60dB.

Prototipna slika 5V ojačevalnika USB:

Priporočilo za postavitev PCB:

Izvirni članek: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf