Audioversterkers die zijn ontworpen om te werken met een 5 V-voeding van een USB-aansluiting, zoals van een computer USB, worden USB-versterkers genoemd.

In dit artikel zullen we leren hoe we een eenvoudig 3 watt versterkercircuit kunnen bouwen dat rechtstreeks kan worden gevoed vanaf een computer 5V USB-poort voor het aansturen van een 8 ohm 3 watt luidspreker. U kunt een aantal van dergelijke circuits bouwen en ze gebruiken om een stereo-uitgang te creëren in een paar luidsprekers van 8 Ohm.

Houd er rekening mee dat TDA2822 IC is nu verouderd daarom kiezen voor een circuit met behulp van dit IC voor de besproken project is misschien geen goed idee. Het huidige ontwerp is echter gebaseerd op de IC LM4871, die in overvloed beschikbaar is, laten we de belangrijkste kenmerken en werking van deze IC leren kennen

Belangrijkste kenmerken

De IC werkt zonder enige vorm van koppeling condensatoren of bootstrap-condensatoren, of snubber-condensatoren
Het vertoont extreme stabiliteit dankzij Unity Gain.
Wordt geleverd met WSON-, VSSOP-, SOIC- of PDIP-verpakking
Maakt het mogelijk om een extern versterkingscontrole-netwerk in te stellen

Belangrijke specificaties:

De IC LM4871D is ontworpen voor luidsprekers met een vermogen van 3 ohm of 4 ohm bij 3 watt
Alle overige versies in de serie zijn gespecificeerd om 1,5 watt met 8 Ohm luidspreker te verwerken.
De IC's hebben een uitschakelstroom die intern is ingesteld op 0,6uA
Het werkspanningsbereik ligt tussen 2,0 V en 5,5 V, perfect geschikt om te werken met pc-USB-voeding.
Maximale totale harmonische vervorming met een luidsprekerbelasting van 8 ohm bij 1 kHz is ongeveer 0,5%

Pinout-specificaties en pakket

De volgende afbeelding toont de pinout-details van de IC en de beschikbare pakketmodellen en lay-outs:

Werking van 5V USB-versterkercircuit

Onderdelen lijst

Alle weerstanden 1/4 watt of 1/8 watt, 1% MFR of SMD

20 K = 2 nrs
40 K = 2 nrs
100 K = 3 nos (inclusief Rpu)

Condensatoren

“eenvoudig stroomschema met uitleg ”

0.39uF keramiek = 1 nr
1uF / 16V Tantaal = 2 nrs

Halfgeleider

IC LM4871 = 1 nr

Zoals te zien is in het bovenstaande schema, bevat de LM4871 een paar operationele versterkers intern, waardoor de gebruiker de mogelijkheid krijgt om de versterker op een paar gespecificeerde manieren te configureren.

De versterking van de eerste versterker kan extern worden beheerd, terwijl de tweede versterker intern is bedraad met een inverterende eenheidsversterking.

De gesloten lusversterking voor de eerste versterker kan worden bepaald door de juiste waarden van de verhouding Rf / Ri te selecteren, terwijl hetzelfde voor de tweede versterker intern is vastgelegd via een paar 40K-weerstanden.

We kunnen zien dat de uitgang van versterker # 1 is geconfigureerd als de ingang van versterker # 2, waardoor beide versterkers signalen met identieke waarden kunnen genereren, hoewel deze 180 graden uit fase kunnen zijn.

Dit heeft tot gevolg dat de differentiële versterking van de IC AVD = 2 * (Rf / Ri) is.

Typisch kan voor elke versterker een 'overbrugde modus' worden geïmplementeerd door de aangesloten belasting eerbiedig aan te sturen via een paar uitgangen Vo1 en Vo2.

Een versterker die is geconfigureerd in de overbrugde modus zal een ander werkingsprincipe hebben in tegenstelling tot de traditionele versterkers met één uiteinde waarvan het ene uiteinde van de belasting is bedraad met de aardingslijn.

Een schakeling met brugmodus werkt efficiënter in vergelijking met een versterker met enkel uiteinde, aangezien de belasting of de luidspreker op een push-pull-manier wordt geschakeld, waardoor een dubbele spanningszwaai voor elke alternatieve frequentiepuls mogelijk is.

Hierdoor kan de luidspreker eigenlijk 4 keer meer vermogen produceren dan een single-ended versie onder identieke omstandigheden of specificaties.

Door het vermogen om een dergelijk verhoogd vermogen te bereiken, kan de versterker werken zonder een huidige begrenzer trap en dus zonder ongewenst knippen.

“verschil tussen open lus en gesloten lus controlesysteem ”

Een bijkomend voordeel van differentiële overbrugde output is de afwezigheid van netto DC over de aangesloten luidspreker. Dit gebeurt omdat VO1 en VO1 worden voorgespannen op identieke spanningsniveaus, dat wil zeggen VDD / 2 in het onderhavige geval. Hierdoor kan de versterker werken zonder een uitgangskoppelcondensator, die anders verplicht wordt in enkelvoudige versterkers.

Inzicht in de werking en specificaties van componenten

Ri is de inverterende ingangsweerstand die wordt gebruikt om de gesloten lusversterking samen met Rf in te stellen. Bovendien implementeert deze weerstand ook een hoogdoorlaatfilterfunctie met Ci op fC = 1 / (2π RiCi).

Daar vormt de ingangskoppelcondensator die is gepositioneerd om gelijkstroom te blokkeren en audio-wisselstroomfrequentie over de ingangspennen toe te staan. Deze condensator maakt ook een hoogdoorlaatfilter mogelijk in combinatie met Ri bij fC = 1 / (2π RiCi).

Rf wordt de terugkoppelingsweerstand die de gesloten lusversterking met behulp van Ri fixeert.

Cs werkt als een bypasscondensator voor de voeding en zorgt voor rimpelfiltering voor de voeding.

Cb is gepositioneerd als de bypass-pincondensator en deze condensator dwingt filtering af voor halve voeding

Absolute maximale beoordelingen

De maximaal toelaatbare classificatie voor dit circuit wordt hieronder uitgelegd:

De maximale voedingsspanning is 6V, de typische werkspanning is 5V
De minimum en maximum toelaatbare temperatuurniveaus zijn respectievelijk -65 en 150 graden Celsius.
Het ingangssignaal voor muziek van de USB kan ergens tussen -0,3 V en 5,3 V liggen
Maximale vermogensdissipatie is intern beperkt, dus u hoeft zich geen zorgen te maken over dit probleem.

Elektrische kenmerken:

V dd geeft de voedingsspanning aan die typisch tussen 2V en 5,5V ligt.

ik dd is de ruststroom die door de IC van de ingangsvoeding wordt verbruikt en deze kan tussen 6,5 mA en 10 mA liggen

ik sd is het symbool voor uitschakelstroom, wanneer pin # 1 potentiaal gelijk wordt aan Vdd, wordt de uitschakeling geïnitieerd waardoor het verbruik daalt tot 0,6uA

V os verwijst naar uitgangsverschuivingsspanning, en wordt geïnitieerd wanneer Vin = 0V, en kan typisch 5V zijn, en 50mV in de beperkte modus.

P. 0 is het uitgangsvermogen en is ongeveer 3 watt wanneer de belasting een 8 Ohm-luidspreker is

THD + N geeft de totale harmonische vervorming aan die tussen 0,13 en 0,25% ligt met een frequentiebereik van 20 Hz tot 20 kHz.

PSRR geeft ons de afwijzingsverhouding van de voeding voor Vdd bij 5V typisch, en dit is ongeveer 60dB.

Voorbeeldafbeelding van de 5V USB-versterker: