USB 5V audio zesilovač pro PC reproduktory

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





Zesilovače zvuku, které jsou navrženy pro práci s napájením 5 V ze zásuvky USB, například z počítače USB, se nazývají zesilovače USB.

V tomto článku se naučíme, jak vytvořit jednoduchý 3 wattový zesilovací obvod, který lze napájet přímo z 5V USB portu počítače pro řízení 8 ohmového 3 wattového reproduktoru. Můžete vytvořit několik takových obvodů a použít je pro vytvoření stereofonního výstupu do dvojice 8 Ohm reproduktorů.



Vezměte prosím na vědomí, že TDA2822 IC je nyní zastaralý proto zvolil obvod využívající tento IC pro diskutovaný projekt nemusí být dobrý nápad. Současný design je však založen na IC LM4871, který je hojně dostupný, naučíme se hlavní funkce a fungování tohoto IC

Hlavní rysy

  • IC funguje bez zapojení jakéhokoli spojení kondenzátory nebo bootstrap kondenzátory nebo tlumicí kondenzátory
  • Vykazuje extrémní stabilitu díky Unity Gain.
  • Dodává se s WSON, VSSOP, SOIC nebo PDIP Packaging
  • Umožňuje nastavit externí síť řízení zisku

Důležité specifikace:

  • IC LM4871D je navržen tak, aby zvládl reproduktory dimenzované na 3 ohmy nebo 4 ohmy na 3 watty
  • Všechny zbývající verze v sérii jsou specifikovány pro zpracování 1,5 wattů s 8 Ohm reproduktorem.
  • Integrované obvody mají interně nastavený vypínací proud na 0,6uA
  • Rozsah pracovního napětí je mezi 2,0 V až 5,5 V, což je ideální pro práci s napájením z počítače USB.
  • Maximální celkové harmonické zkreslení s 8 ohmovou zátěží reproduktoru při 1 kHz je kolem 0,5%

Specifikace a balíček Pinout

Následující obrázek ukazuje podrobnosti zapojení IC a dostupné modely balíčků a rozvržení:



LM4871 podrobnosti pinout

Provoz obvodu 5V USB zesilovače

5V USB 3 wattový zesilovač pro PC

Seznam dílů

Všechny rezistory 1/4 watt nebo 1/8 watt, 1% MFR nebo SMD

  • 20 K = 2 nos
  • 40 K = 2 nosy
  • 100 K = 3 nosy (včetně Rpu)

Kondenzátory

  • 0,39uF keramika = 1 č
  • 1uF / 16V Tantal = 2 nosy

Polovodič

IC LM4871 = 1 č

Jak je vidět na výše uvedeném schématu, LM4871 obsahuje několik operační zesilovače interně poskytuje uživateli možnost konfigurace zesilovače několika specifikovanými způsoby.

Zisk prvního zesilovače lze řídit externě, zatímco druhý zesilovač byl interně zapojen se ziskem invertující jednoty.

Zisk uzavřené smyčky pro první zesilovač lze určit vhodným výběrem hodnot poměru Rf / Ri, zatímco totéž bylo pro druhý zesilovač fixováno interně pomocí několika 40K rezistorů.

Vidíme, že výstup zesilovače # 1 je nakonfigurován jako vstup zesilovače # 2, což umožňuje oběma zesilovačům generovat signály se stejnými hodnotami, i když mohou být 180 stupňů mimo fázi.

To má za následek, že diferenciální zisk IC bude AVD = 2 * (Rf / Ri).

Typicky pro jakýkoli zesilovač lze nastavit „přemostěný režim“ nastavením deferenciálního řízení připojené zátěže přes několik výstupů Vo1 a Vo2.

Zesilovač konfigurovaný v přemostěném režimu bude mít odlišný provozní princip na rozdíl od tradičních zesilovačů s jedním zakončením, které mají jeden konec zátěže připojený k uzemňovacímu vedení.

Obvod přemostěného režimu pracuje s lepší účinností ve srovnání s zesilovačem s jedním zakončením, protože zátěž nebo reproduktor jsou přepínány způsobem push-pull, což umožňuje dvojité kolísání napětí pro každý střídavý frekvenční puls.

To vlastně umožňuje reproduktoru vyrábět 4krát více energie než verze s jedním zakončením za stejných okolností nebo specifikací.

Schopnost dosáhnout takového zvýšeného výkonu umožňuje zesilovači pracovat bez a stupeň omezovače proudu a tedy bez nežádoucího ořezávání.

Další výhodou rozdílového přemostěného výstupu je absence čistého stejnosměrného proudu přes připojený reproduktor. K tomu dochází, protože VO1 a VO1 jsou předpjaté na stejných napěťových úrovních, což je v daném případě VDD / 2. To umožňuje zesilovači pracovat bez výstupního vazebního kondenzátoru, který by se jinak stal povinným u zesilovačů s jedním zakončením.

Principy práce s komponentami a specifikace

Ri je invertující vstupní rezistor, který se používá k nastavení zisku uzavřené smyčky spolu s Rf. Tento rezistor navíc implementuje funkci vysokoprůchodového filtru s Ci při fC = 1 / (2π RiCi).

Tam tvoří vstupní vazební kondenzátor umístěný tak, aby blokoval stejnosměrný proud a umožňoval střídavou zvukovou frekvenci přes vstupní kolíky. Tento kondenzátor také umožňuje vysokoprůchodový filtr ve spojení s Ri při fC = 1 / (2π RiCi).

Rf se stává odporem zpětné vazby, který fixuje zisk uzavřené smyčky pomocí Ri.

Čs funguje jako bypass kondenzátor napájení a zajišťuje zvlnění filtrování napájení.

Cb je umístěn jako obtokový kolíkový kondenzátor a tento kondenzátor vynucuje filtrování pro poloviční napájení

Absolutní maximální hodnocení

Níže jsou vysvětleny maximální přípustné hodnoty pro tento obvod:

  • Maximální napájecí napětí je 6V, typické pracovní napětí je 5V
  • Minimální a maximální přípustná teplota je -65, respektive 150 stupňů Celsia.
  • Vstupní hudební signál z USB může být kdekoli mezi -0,3 V a 5,3 V
  • Maximální ztrátový výkon je interně omezen, takže si nemusíte dělat starosti s tímto problémem.

Elektrické vlastnosti:

PROTI dd znamená napájecí napětí, které je obvykle v rozmezí 2 V a 5,5 V.

dd je klidový proud spotřebovaný vstupním napájecím zdrojem IC, který může ležet mezi 6,5 mA až 10 mA

sd je symbol pro vypínací proud, když se potenciál pinu # 1 rovná Vdd, je zahájeno vypínání, což způsobí pokles spotřeby na 0,6uA

PROTI os označuje výstupní ofsetové napětí a je iniciováno, když Vin = 0V, a může být typicky 5V, a 50mV v omezeném režimu.

P 0 je výstupní výkon a pohybuje se kolem 3 wattů, když je zátěž reproduktorem 8 Ohm

THD + N označuje celkové harmonické zkreslení, které je v rozmezí 0,13 až 0,25% s frekvenčním rozsahem 20 Hz až 20 kHz.

PSRR nám dává poměr odmítnutí napájení pro Vdd při 5 V typicky, a to je kolem 60 dB.

Prototypový obrázek 5V USB zesilovače:

Zesilovač USB modulu LM4871

Doporučení pro rozložení PCB:

Rozložení desek plošných spojů USB zesilovače

Původní článek: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf




Předchozí: 50 nejlepších projektů Arduino pro studenty posledního ročníku strojírenství Další: Jak si vyrobit bezdrátové robotické rameno pomocí Arduina