Ljudförstärkare som är konstruerade för att fungera med en 5 V-matning från ett USB-uttag, t.ex. från en USB-dator, kallas USB-förstärkare.

I den här artikeln lär vi oss hur man bygger en enkel 3 watt förstärkarkrets som kan drivas direkt från en 5V USB-port för dator för att driva en 8 ohm 3 watt högtalare. Du kan bygga ett par sådana kretsar och använda dem för att skapa en stereoutgång till ett par 8 Ohm-högtalare.

Vänligen notera att TDA2822 IC är föråldrad nu väljer därför en krets som använder denna IC för diskuterat projekt kanske inte är en bra idé. Den nuvarande designen är dock baserad på IC LM4871, som är rikligt tillgänglig, låt oss lära oss de viktigaste funktionerna och arbetet med denna IC

Huvuddrag

IC fungerar utan att koppla in någon form kondensatorer , eller bootstrap kondensatorer, eller snubber kondensatorer
Det uppvisar extrem stabilitet genom Unity Gain.
Levereras med WSON-, VSSOP-, SOIC- eller PDIP-förpackning
Gör det möjligt att ställa in ett externt Gain-kontrollnätverk

Viktiga specifikationer:

IC LM4871D är utformad för att hantera högtalare med 3 ohm eller 4 ohm vid 3 watt
Alla återstående versioner i serien är specificerade för att hantera 1,5 watt med 8 Ohm högtalare.
IC: erna har normalt avstängningsström internt inställd på 0,6uA
Arbetsspänningsområdet ligger mellan 2,0V till 5,5V, perfekt för att arbeta med PC USB-ström.
Maximal total harmonisk distorsion med 8 Ohm högtalarbelastning vid 1 kHz är cirka 0,5%

Pinout-specifikationer och paket

Följande bild visar pinout-detaljerna för IC och tillgängliga paketmodeller och layouter:

“bygg ditt eget överspänningsskydd ”

5V USB-förstärkarkretsdrift

Dellista

Alla motstånd 1/4 watt eller 1/8 watt, 1% MFR eller SMD

20 K = 2 nr
40 K = 2 nr
100 K = 3 nos (inklusive Rpu)

Kondensatorer

0,39 uF keramik = 1 nr
1uF / 16V Tantal = 2 nos

Halvledare

IC LM4871 = 1 nr

Som framgår av ovanstående schematisk beskrivning innehåller LM4871 ett par operativa förstärkare internt, vilket ger användaren möjlighet att konfigurera förstärkaren på några specifika sätt.

Förstärkarens förstärkning kan hanteras externt, medan den andra förstärkaren har kopplats internt med en inverterande enhetsförstärkning.

Förstärkaren med sluten slinga för den första förstärkaren kan bestämmas genom att på lämpligt sätt välja värdena på förhållandet Rf / Ri, medan detsamma har fixerats för den andra förstärkaren internt genom ett par 40K-motstånd.

Vi kan se att utgången från förstärkaren # 1 är konfigurerad att vara ingången till förstärkaren # 2, vilket gör att båda förstärkarna kan generera signaler med identiska värden, även om dessa kan vara 180 grader ur fas.

Detta resulterar i att IC: s differentiella förstärkning blir AVD = 2 * (Rf / Ri).

Vanligtvis kan en 'bryggläge' -inställning implementeras för vilken förstärkare som helst genom att driva den anslutna belastningen på ett separat sätt via ett par utgångar Vo1 och Vo2.

En förstärkare konfigurerad i överbryggat läge kommer att ha en annan funktionsprincip i motsats till de traditionella förstärkarna med ena änden som har ena änden av belastningen kopplad till jordlinjen.

En bryggmodekrets fungerar med bättre effektivitet jämfört med en enda slutförstärkare eftersom belastningen eller högtalaren kopplas på push-pull-sätt, vilket möjliggör en dubbel spänningssvängning för varje alternativ frekvenspuls.

Detta gör det möjligt för högtalaren att producera fyra gånger mer effekt än en enda version under identiska omständigheter eller specifikationer.

Förmågan att uppnå en sådan ökad effekt gör att förstärkaren kan arbeta utan en nuvarande begränsningsstadiet och därmed utan oönskat klippning.

En ytterligare fördel med differentiell bryggad utgång är frånvaron av nätström över den anslutna högtalaren. Detta händer eftersom VO1 och VO1 är förspända vid identiska spänningsnivåer, det vill säga VDD / 2 i detta fall. Detta gör att förstärkaren kan arbeta utan en utgångskopplingskondensator, vilket annars blir obligatoriskt i enstaka förstärkare.

Förstå komponentens arbete och specifikationer

Ri är det inverterande ingångsmotståndet som används för att ställa in den slutna slingans förstärkning tillsammans med Rf. Dessutom implementerar detta motstånd också en högpassfilterfunktion med Ci vid fC = 1 / (2π RiCi).

där bildar ingångskopplingskondensatorn som är placerad för att blockera DC och tillåta ljud AC-frekvens över ingångsstiftet. Denna kondensator möjliggör också ett högpassfilter i kombination med Ri vid fC = 1 / (2π RiCi).

Rf blir återkopplingsmotståndet som fixar den slutna kretsförstärkningen med hjälp av Ri.

Cs fungerar som förbikopplingskondensator och ger krusningsfiltrering för strömförsörjningen.

Cb är placerad som bypassstiftkondensator och denna kondensator tvingar filtrering för halvmatning

Absolut högsta betyg

Det maximala tolererbara värdet för denna krets förklaras nedan:

Maximal matningsspänning är 6V, typisk arbetsspänning är 5V
Lägsta och högsta acceptabla temperaturnivåer är -65 respektive 150 grader Celsius.
Ingångssignalen från USB kan ligga mellan -0,3V och 5,3 V
Maximal energiförlust är internt begränsad, så du behöver inte oroa dig för det här problemet.

Elektriska egenskaper:

V dd betyder matningsspänningen som normalt ligger inom 2V och 5,5V.

Jag dd är den vilande ström som förbrukas från ingångsströmförsörjningen av IC och denna kan ligga mellan 6,5 mA till 10 mA

Jag sd är symbolen för avstängningsström, när stift nr 1 potential blir lika med Vdd startas avstängningen och orsakar att förbrukningen sjunker till 0,6uA

V os hänvisar till utgångsförskjutningsspänning och initieras när Vin = 0V, och kan vara 5V typiskt, och 50mV i begränsat läge.

P 0 är uteffekten och är cirka 3 watt när belastningen är en 8 Ohm-högtalare

THD + N indikerar den totala harmoniska förvrängningen som ligger inom 0,13 till 0,25% med ett frekvensområde från 20Hz till 20kHz.

PSRR ger oss avstängningsförhållandet för strömförsörjning för Vdd vid 5V typiskt, och detta är cirka 60dB.

Prototypbild av 5V USB-förstärkare: