Wzmacniacz audio USB 5 V do głośników PC

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Wzmacniacze audio, które są zaprojektowane do pracy z zasilaniem 5 V z gniazda USB, takiego jak USB komputera, nazywane są wzmacniaczami USB.

W tym artykule dowiemy się, jak zbudować prosty 3-watowy obwód wzmacniacza, który może być zasilany bezpośrednio z portu USB 5 V komputera do napędzania głośnika 8 omów 3 watów. Możesz zbudować kilka takich obwodów i użyć ich do stworzenia wyjścia stereo w parze głośników 8 Ohm.



Proszę to zanotować TDA2822 IC jest już przestarzały Dlatego wybierając obwód wykorzystujący ten układ scalony dla omawiany projekt może nie być dobrym pomysłem. Jednak obecny projekt oparty jest na układzie scalonym LM4871, który jest obficie dostępny, poznajmy główne cechy i działanie tego układu scalonego

Główne cechy

  • Układ scalony działa bez żadnego rodzaju sprzężenia kondensatory lub kondensatory rozruchowe lub kondensatory tłumiące
  • Wykazuje ekstremalną stabilność dzięki Unity Gain.
  • Pochodzi z pakietami WSON, VSSOP, SOIC lub PDIP
  • Pozwala ustawić zewnętrzną sieć kontroli wzmocnienia

Ważne dane techniczne:

  • IC LM4871D jest przeznaczony do obsługi głośników o mocy 3 omy lub 4 omy przy 3 watów
  • Wszystkie pozostałe wersje z tej serii są przeznaczone do obsługi 1,5 W z głośnikiem 8 Ohm.
  • Układy scalone mają zwykle wewnętrznie ustawiony prąd wyłączania na 0,6 uA
  • Zakres napięcia roboczego wynosi od 2,0 V do 5,5 V, doskonale nadaje się do pracy z zasilaniem USB komputera.
  • Maksymalne całkowite zniekształcenia harmoniczne przy obciążeniu głośnika 8 omów przy 1 kHz wynosi około 0,5%

Specyfikacje i pakiet pinoutów

Poniższy obraz przedstawia szczegóły wyprowadzeń układu scalonego oraz dostępne modele pakietów i układy:



Szczegóły wyprowadzeń LM4871

Działanie obwodu wzmacniacza USB 5 V.

Obwód wzmacniacza 5 V USB 3 W do komputera

Lista części

Wszystkie rezystory 1/4 W lub 1/8 W, 1% MFR lub SMD

  • 20 K = 2 nos
  • 40 K = 2 nn
  • 100 K = 3 nos (w tym Rpu)

Kondensatory

  • 0.39uF ceramika = 1 nr
  • 1uF / 16V Tantal = 2 szt

Półprzewodnik

IC LM4871 = 1 nr

Jak widać na powyższym schemacie, LM4871 zawiera kilka plików wzmacniacze operacyjne wewnętrznie, dając użytkownikowi możliwość konfiguracji wzmacniacza na kilka określonych sposobów.

Wzmocnienie pierwszego wzmacniacza może być zarządzane zewnętrznie, podczas gdy drugi wzmacniacz został wewnętrznie połączony z odwracającym wzmocnieniem jedności.

Wzmocnienie w pętli zamkniętej dla pierwszego wzmacniacza można określić, odpowiednio dobierając wartości stosunku Rf / Ri, podczas gdy to samo zostało ustalone wewnętrznie dla drugiego wzmacniacza za pomocą kilku rezystorów 40K.

Widzimy, że wyjście wzmacniacza nr 1 jest skonfigurowane jako wejście wzmacniacza nr 2, co pozwala obu wzmacniaczom generować sygnały o identycznych wartościach, chociaż mogą one być przesunięte o 180 stopni w fazie.

Powoduje to, że wzmocnienie różnicowe układu scalonego wynosi AVD = 2 * (Rf / Ri).

Zwykle dla dowolnego wzmacniacza konfigurację „trybu zmostkowanego” można zaimplementować, sterując podłączonym obciążeniem w różny sposób przez kilka wyjść Vo1 i Vo2.

Wzmacniacz skonfigurowany w trybie zmostkowanym będzie miał inną zasadę działania w przeciwieństwie do tradycyjnych wzmacniaczy single-ended, których jeden koniec obciążenia jest podłączony do linii uziemienia.

Obwód w trybie zmostkowanym działa z lepszą wydajnością w porównaniu ze wzmacniaczem z pojedynczym końcem, ponieważ obciążenie lub głośnik są przełączane w sposób przeciwsobny, umożliwiając podwójne wahanie napięcia dla każdego impulsu o zmiennej częstotliwości.

To faktycznie pozwala głośnikowi wytwarzać 4 razy więcej mocy niż wersja single-ended w identycznych warunkach lub specyfikacjach.

Możliwość uzyskania tak zwiększonej mocy pozwala na pracę wzmacniacza bez stopień ogranicznika prądu a zatem bez niepożądanego przycinania.

Dodatkową korzyścią wynikającą z mostkowania różnicowego jest brak napięcia sieciowego netto na podłączonym głośniku. Dzieje się tak, ponieważ VO1 i VO1 są spolaryzowane na identycznych poziomach napięcia, czyli w tym przypadku VDD / 2. Dzięki temu wzmacniacz może pracować bez kondensatora sprzęgającego wyjście, co w przeciwnym razie staje się obowiązkowe we wzmacniaczach single-ended.

Zrozumienie działania i specyfikacji komponentów

Ri jest odwracającym rezystorem wejściowym, który jest używany do ustawiania wzmocnienia pętli zamkniętej wraz z Rf. Dodatkowo rezystor ten realizuje również funkcję filtra górnoprzepustowego z Ci przy fC = 1 / (2π RiCi).

Tam tworzy wejściowy kondensator sprzęgający ustawiony tak, aby blokować prąd stały i umożliwiać częstotliwość audio AC na stykach wejściowych. Ten kondensator umożliwia również filtr górnoprzepustowy w połączeniu z Ri przy fC = 1 / (2π RiCi).

Rf staje się rezystancją sprzężenia zwrotnego, która ustala wzmocnienie pętli zamkniętej za pomocą Ri.

Cs działa jak kondensator obejściowy zasilania i zapewnia filtrowanie tętnień zasilacza.

Cb jest umieszczony jako kondensator styku obejścia, a ten kondensator wymusza filtrowanie dla połowy zasilania

Bezwzględne maksymalne oceny

Maksymalne dopuszczalne wartości znamionowe dla tego obwodu są wyjaśnione poniżej:

  • Maksymalne napięcie zasilania to 6V, typowe napięcie robocze to 5V
  • Minimalne i maksymalne dopuszczalne poziomy temperatury to odpowiednio -65 i 150 stopni Celsjusza.
  • Sygnał wejściowy muzyczny z USB może wynosić od -0,3 V do 5,3 V.
  • Maksymalne rozpraszanie mocy jest wewnętrznie ograniczone, więc nie musisz się tym martwić.

Parametry elektryczne:

V dd oznacza napięcie zasilania, które zwykle mieści się w zakresie od 2 V do 5,5 V.

ja dd jest prądem spoczynkowym pobieranym z zasilacza wejściowego przez układ scalony i może wynosić od 6,5 mA do 10 mA

ja sd jest symbolem prądu wyłączenia, gdy potencjał pinu nr 1 staje się równy Vdd, następuje wyłączenie, powodując spadek zużycia do 0,6uA

V os odnosi się do wyjściowego napięcia offsetowego i jest inicjowane, gdy Vin = 0 V i może wynosić zwykle 5 V i 50 mV w trybie ograniczonym.

P. 0 to moc wyjściowa i wynosi około 3 watów, gdy obciążony jest głośnik 8 Ohm

THD + N wskazuje całkowite zniekształcenie harmoniczne, które mieści się w zakresie od 0,13 do 0,25% przy zakresie częstotliwości od 20 Hz do 20 kHz.

PSRR daje nam współczynnik tłumienia napięcia zasilania dla Vdd przy typowym 5V, czyli około 60dB.

Obraz prototypowy wzmacniacza USB 5 V:

Moduł wzmacniacza USB LM4871

Zalecenia dotyczące układu PCB:

Układ PCB wzmacniacza USB

Oryginalny artykuł: www.ti.com/lit/ds/symlink/lm4871.pdf




Poprzedni: 50 najlepszych projektów Arduino dla studentów ostatniego roku inżynierii Dalej: Jak wykonać bezprzewodowe ramię robota za pomocą Arduino