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LM4862桥接音频电源解析

2020-9-23 15:08:34  50 LM4862
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特性描述
LM4862是桥接音频电源2
无输出合电容/" target="_blank" class="relatedlink">耦合电容器,引导需要能够提供675mW电容器或缓冲电路放大器8Ω负载下1%的连续平均功率5V电源的小外形或PDIP封装THD+N。
设计了单位增益稳定的Boomer音频功率放大器
外部增益配置能力,特别是提供高品质的输出功率与一个
引脚兼容LM4861最小数量的外部组件。自从LM4862不需要输出耦合电容,应用自举电容器,或缓冲网络,它是最适合低功耗便携式系统。
便携式计算机LM4862的特点是外部控制,低-手机功耗关闭模式,以及玩具和游戏内部热关机保护机制。单位增益稳定的LM4862可以通过关键规格的外部增益设置电阻器进行配置。
500mW连续平均THD+N1kHz时输出功率为8Ω1%(最大值)
输出功率为10%THD+N,1kHz,为8Ω825兆瓦(典型)
关闭电流0.7μA(典型值)

有关正确的信息,请参阅应用程序信息输入耦合电容的选择。


(1) 绝对最大额定值表示设备可能损坏的极限。工作额定值表示哪种设备可以正常工作,但不能保证特定的性能限制。电气特性状态直流和交流电气特殊试验条件下的规范,以确保特定的性能限制。这假设设备位于运行额定值。在没有给出限制的情况下,不能保证参数的规格,但是,典型值是一个很好的指示设备性能。
(2) 如果需要军用/航空专用设备,请联系德州仪器销售办公室/经销商以获取可用性和规格
(3) 最大功耗必须在高温下降低,并由TJMAX、θJA和环境温度决定助教。最大允许功耗为PDMAX=(TMAX−TA)/θJA。对于LM4862,TJMAX=150°C。当安装在板上时,与环境热阻的典型连接为170°C/W(适用于组件编号d008a)和107°C/W(适用于组件编号)p008e号。
(4) 人体模型,100 pF通过1.5 kΩ电阻放电。
(5) 机器型号,200 pF–240 pF,通过所有引脚放电。
电气特性(1)(2)
以下规格适用于VDD=5V,除非另有规定。TA=25°C时适用的限值

(1) 除非另有规定,否则所有电压都是相对于接地引脚测量的。
(2) 绝对最大额定值表示设备可能损坏的极限。工作额定值表示哪种设备可以正常工作,但不能保证特定的性能限制。电气特性状态直流和交流电气特殊试验条件下的规范,以确保特定的性能限制。这假设设备位于运行额定值。在没有给出限制的情况下,不能保证参数的规格,但是,典型值是一个很好的指示设备性能。
(3) 典型值在25℃下测量,代表参数范数。
(4) 对ti的AOQL(平均输出质量水平)进行了限制。
(5) 当实际负载连接到放大器时,静态电源电流取决于偏移电压




桥梁配置说明
如图1所示,LM4862内部有两个运算放大器,允许几个不同的放大器配置。第一个放大器的增益是外部可配置的,而第二个放大器内部固定在单位增益,反转配置。第一个放大器的闭环增益是通过选择射频比来设置的到当第二个放大器的增益由两个内部10 kΩ电阻器固定时。图1显示了放大器1用作放大器2的输入,导致两个放大器产生相同的信号震级,但不同相180°。因此,IC的微分增益为平均值=2*(RF/Ri)(1)通过输出Vo1和Vo2差分驱动负载,放大器配置通常被称为建立“桥接模式”。桥模运算不同于传统的单端放大器负载一侧接地的配置。与单端结构相比,桥式放大器的设计有几个明显的优点差动驱动负载,从而在指定的电源电压下使输出摆幅加倍。因此,四次与单端放大器相比,在相同条件下,输出功率是可能的。这种增长可达到的输出功率假定放大器没有电流限制或限制。为了选择一个放大器的闭环增益,不会造成过度的限幅,从而损坏高频传感器用于扬声器系统,请参阅音频功率放大器设计。与单端结构相比,桥接结构(如LM4862中使用的结构)还具有第二个优势放大器。由于差分输出(Vo1和Vo2)在一半电源时有偏压,因此
负载。这消除了在单电源、单端放大器配置中所需的输出耦合电容器的需要。如果没有输出耦合电容,负载上的半电源偏压结果既增加了内部lC功耗,也永久损坏扬声器。
功耗
在设计一个成功的放大器时,功耗是一个主要问题,无论放大器是桥接的还是单端。桥式放大器向负载输送的功率增加的直接后果是增加内部功耗。方程2说明了桥梁的最大功耗点在给定电源电压下工作并驱动指定输出负载的放大器。PDMAX=4*(VDD)2/(2π2RL)(2)由于LM4862在一个封装中有两个运算放大器,最大内部功耗为4是单端放大器的两倍。即使在功耗大幅增加的情况下,LM4862仍然可以不需要散热。根据公式2,假设电源为5V,负载为8Ω,则最大功率为耗散点为625mw。从等式2获得的最大功耗点不得大于比公式3得出的功耗大:PDMAX=(TJMAX–TA)/θJA(3)对于组件d008a,θJA=170°C/W;对于组件p008e,θJA=107°C/W。对于LM4862,TJMAX=150°C。根据系统周围环境的环境温度TA,方程式3可用于找出集成电路封装支持的最大内部功耗。如果方程2的结果大于式3中的公式,则必须降低电源电压,增加负载阻抗,或环境温度降低。对于5V电源的典型应用,在8Ω负载下,最大在不违反最高结温的情况下,可能的环境温度约为44°C前提是设备运行在最大功耗点附近。功耗是输出功率,因此,如果典型操作不在最大功耗点附近,则环境温度可以升高。有关功耗信息,请参阅降低输出功率。
电源旁路
与任何功率放大器一样,正确的电源旁路对于低噪声性能和高功率电源至关重要拒绝。旁路和电源管脚上的电容器位置应尽可能靠近设备可能的。如典型性能特性所示,较大半电源旁路电容器的影响是由于增加了半供电稳定性而改进的PSSR。典型应用采用5V电压调节器,10μF以及0.1μF旁路电容器,有助于电源稳定,但不消除旁路LM4862的电源节点。因此,旁路电容器(尤其是CB)的选择取决于所需的PSSR要求,点击和弹出性能,如正确选择外部组件、系统成本和大小约束。
关闭功能
为了在不使用时降低功耗,LM4862包含一个关闭引脚,用于外部关闭放大器的偏置电路。当逻辑高电平置于关闭管脚。逻辑低电平和逻辑高电平之间的触发点通常是半电源。最好换一下在地面和电源之间提供最大的设备性能。通过将关机引脚切换到VDDLM4862电源电流消耗将在空闲模式下最小化。当设备将被关闭pin禁用时电压小于VDD时,空转电流可能大于0.7μA的典型值。在任何情况下关闭管脚应连接到一个确定的电压,因为保持管脚浮动可能会导致不需要的关闭条件。在许多应用中,微控制器或微控制器的输出被用来控制关闭电路提供快速、平稳的关机过渡。另一种解决方案是使用单刀单掷开关当关闭时,接地并启动放大器。如果开关打开,则软拉起47 kΩ的电阻器将禁用LM4862。LM4862内部没有软下拉电阻器,因此必须在外部施加关闭引脚电压,否则内部逻辑门将保持浮动,这可能会禁用放大器出乎意料。
自动开关电路
如图3所示,LM4862和LM4880可以设置为根据是否插入耳机。LM4880用于驱动立体声单端加载,而LM4862驱动桥接内部扬声器。自动切换电路基于一个在许多耳机插孔中常见的控制管脚与一个输出引脚形成一个常闭开关。此电路的输出(的引脚5上的电压LM4880)根据开关的位置有两种状态。当耳机插孔内的开关打开时,由于NMOS逆变器打开,LM4880启用,LM4862禁用。如果耳机插孔没有目前,假设内部扬声器应打开,外部扬声器应关闭。因此LM4862停机触针上的电压低,而LM4880停机触针上的电压高。这个电路的操作相当简单。当开关闭合时,RP和RO形成一个电阻分压器产生小于50毫伏的栅极电压。栅极电压保持NMOS逆变器关闭,RSD拉关闭LM4880的引脚至电源电压。这将关闭LM4880并将LM4862放入正常操作模式。当开关打开时,会产生相反的情况。电阻器RP拉动NMOS高的栅极,它打开逆变器并在LM4880。此状态启用LM4880并将LM4862置于关机模式。图3中只显示了该电路的一个通道,以保持绘图简单,但典型的应用是一个LM4880驱动立体声耳机插孔,两个LM4862驱动一对内置扬声器。如果一个人内置扬声器是必需的,一个LM4862可以作为夏季混音左右输入到一个单声道频道。外部部件的正确选择在使用集成功率放大器的应用中,正确选择外部组件对于优化设备和系统性能。虽然LM4862允许外部组件组合,必须考虑组件的价值,以最大限度地提高系统的整体质量。
LM4862是单位增益稳定,给设计师最大的系统灵活性。应该使用LM4862在低增益配置中最小化THD+N值,并最大化信噪比。低增益配置需要大的输入信号来获得给定的输出功率。输入信号等于或大于1VRM可从音频编解码器等来源获得。请参阅音频功率放大器设计正确增益选择的更完整解释。除了增益,一个主要考虑因素是放大器的闭环带宽。在很大程度上带宽由图1所示的外部组件的选择决定。输入耦合电容器,Ci,形成一阶高通滤波器,限制低频响应。此值的选择应基于有几个明显的原因需要频率响应。输入电容器尺寸的选择对于便携式设计来说,大输入电容器既昂贵又占用空间。很明显,一定大小电容器需要在低频下耦合而不产生严重衰减。但是在很多情况下演讲者用于便携式系统,无论是内部还是外部,几乎没有能力再现低于100–150赫兹的信号。因此,使用大输入电容器可能不会提高系统性能。除了系统成本和大小之外,点击和弹出性能还受输入耦合大小的影响电容器,Ci。较大的输入耦合电容需要更多的电荷才能达到其静态直流电压(名义上半VDD)。该电荷来自通过反馈的输出,并且在设备启用时容易产生持久性有机污染物。因此,通过在必要的低频响应基础上最小化电容器的尺寸,可以最小化通电持久性有机污染物。除了尽可能减小输入电容器的尺寸外,还应仔细考虑旁路电容器的值。旁路电容器,CB,是最大限度地减少通电持久性有机污染物的关键部件,因为它决定了LM4862打开。LM4862的输出缓变到其静态直流电压(名义上是1/2 VDD)越慢把打开的弹孔变小。选择CB等于1.0μF且Ci值较小(在0.1μF至0.39μF),应能产生几乎无需点击和无需点击的关机功能。当设备运行时当CB等于0.1μF时,适当地(无振荡或摩托艇),装置将更容易受到打开“咔嚓”和“啪”声。因此,除了成本最高外,建议CB值等于或大于1.0μF敏感的设计。
音频功率放大器设计
500mw/8Ω音频放大器的设计

设计者必须首先确定最小供电轨以获得指定的输出功率。通过推断从典型性能特性的图10、图11和图12可以很容易地找到了。确定最小供电轨的第二种方法是使用方程式4计算所需的峰值加上电压降。使用这种方法,最小电源电压为(Vopeak+(2*VOD)),其中在典型的性能特征中,VOD是从图16中推断出来的。

使用8Ω负载的输出功率与电源电压关系图,最小电源轨为4.3V。但由于5V为在大多数应用中,标准电源电压是为供电轨选择的。额外的电源电压产生
允许LM4862在不消减信号的情况下再现超过500 mW的峰值的净空。在这里时间,设计者必须确保电源选择和输出阻抗不违反了功耗中解释的条件。一旦求解了功耗方程,就可以确定所需的微分增益从方程5。

从等式5中,最小AVD为2;使用AVD=2。由于所需的输入阻抗为20kΩ,且AVD为2,因此Rf的比率为1:1致国际扶轮导致Ri=Rf=20kΩ的分配。最后一个设计步骤是解决带宽需求表示为一对-3db频率点。距离a–3分贝点5倍距离通带0.17分贝比规定的要求±0.25分贝更好的响应。这个事实导致了一个低频和高频极点分别为20赫兹和100千赫。如外部组件描述中所述结合Ci创建高通滤波器。Ci≥1/(2π*20kΩ*20hz)=0.397μF;使用0.39μF。(7)高频磁极由所需高频磁极的乘积fH和微分增益,平均值。当AVD=2,fH=100khz时,得到的GBWP=100khz远小于12.5兆赫的LM4862 GBWP。此图显示,如果设计人员需要设计带有更高的微分增益,LM4862仍然可以使用而不会遇到带宽问题。


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