Усилители звука, которые предназначены для работы с питанием 5 В от USB-разъема, например USB-порта компьютера, называются USB-усилителями.

В этой статье мы узнаем, как построить простую схему усилителя мощностью 3 Вт, которая может получать питание непосредственно от USB-порта компьютера 5 В для управления динамиком на 8 Ом и мощностью 3 Вт. Вы можете собрать пару таких схем и использовать их для создания стереовыхода на пару динамиков на 8 Ом.

Обратите внимание, что Микросхема TDA2822 сейчас устарела поэтому выбирая схему, использующую эту ИС для обсуждаемый проект может быть не очень хорошей идеей. Однако настоящий дизайн основан на IC LM4871, которая широко доступна, давайте изучим основные функции и работу этой IC.

Основные особенности

ИС работает без какой-либо связи конденсаторы , или конденсаторы начальной загрузки, или демпфирующие конденсаторы
Он демонстрирует исключительную стабильность благодаря Unity Gain.
Поставляется с упаковкой WSON, VSSOP, SOIC или PDIP
Позволяет установить внешнюю сеть управления усилением

Важные характеристики:

IC LM4871D предназначена для работы с громкоговорителями номиналом 3 Ом или 4 Ом при 3 Вт.
Все остальные версии этой серии рассчитаны на мощность 1,5 Вт с динамиком 8 Ом.
ИС имеют внутренний ток отключения, установленный на уровне 0,6 мкА, как правило.
Диапазон рабочего напряжения составляет от 2,0 В до 5,5 В, что идеально подходит для работы с USB-питанием ПК.
Максимальный общий коэффициент гармонических искажений при нагрузке динамика 8 Ом на частоте 1 кГц составляет около 0,5%.

Распиновка, характеристики и упаковка

На следующем изображении показаны детали распиновки ИС, доступных моделей и компоновок корпусов:

Работа схемы усилителя USB 5 В

Список деталей

Все резисторы 1/4 Вт или 1/8 Вт, 1% MFR или SMD

20 K = 2 шт.
40 K = 2 шт.
100 K = 3 шт. (Включая Rpu)

Конденсаторы

0,39 мкФ керамика = 1 шт.
1 мкФ / 16 В тантал = 2 шт.

Полупроводник

IC LM4871 = 1 нет

Как видно на схеме выше, LM4871 включает в себя несколько операционные усилители внутренне, предоставляя пользователю возможность настроить усилитель несколькими указанными способами.

Коэффициент усиления первого усилителя можно регулировать извне, в то время как второй усилитель имеет внутреннюю разводку с инвертирующим единичным усилением.

Коэффициент усиления замкнутого контура для первого усилителя может быть определен соответствующим выбором значений отношения Rf / Ri, в то время как то же самое было зафиксировано для второго усилителя внутренне через пару резисторов 40 кОм.

Мы видим, что выход усилителя №1 настроен как вход усилителя №2, что позволяет обоим усилителям генерировать сигналы с одинаковыми значениями, хотя они могут быть сдвинуты по фазе на 180 градусов.

“как сделать зарядное устройство на солнечной энергии ”

Это приводит к тому, что дифференциальное усиление ИС составляет AVD = 2 * (Rf / Ri).

Как правило, для любого усилителя можно реализовать «мостовой режим», управляя подключенной нагрузкой по дифференцированному принципу через пару выходов Vo1 и Vo2.

Усилитель, сконфигурированный в мостовом режиме, будет иметь другой принцип работы в отличие от традиционных несимметричных усилителей, у которых один конец нагрузки соединен с линией заземления.

Схема в мостовом режиме работает с большей эффективностью по сравнению с несимметричным усилителем, поскольку нагрузка или громкоговоритель переключаются двухтактным образом, обеспечивая двойной размах напряжения для каждого импульса с переменной частотой.

Это фактически позволяет громкоговорителю производить в 4 раза больше мощности, чем однотактный вариант при идентичных обстоятельствах или характеристиках.

Возможность достижения такой повышенной мощности позволяет усилителю работать без ступень ограничителя тока и, следовательно, без нежелательного отсечения.

Дополнительным преимуществом дифференциального мостового выхода является отсутствие чистого постоянного тока через подключенный громкоговоритель. Это происходит из-за того, что VO1 и VO1 смещены при одинаковых уровнях напряжения, то есть VDD / 2 в данном случае. Это позволяет усилителю работать без выходного разделительного конденсатора, который в противном случае становится обязательным в несимметричных усилителях.

Понимание работы и спецификаций компонентов

Ri - инвертирующий входной резистор, который используется для установки коэффициента усиления замкнутого контура вместе с Rf. Кроме того, этот резистор также реализует функцию фильтра верхних частот с Ci при fC = 1 / (2π RiCi).

Там формирует входной разделительный конденсатор, предназначенный для блокировки постоянного тока и пропускания звуковой частоты переменного тока через входные контакты. Этот конденсатор также включает фильтр верхних частот в сочетании с Ri при fC = 1 / (2π RiCi).

Rf становится сопротивлением обратной связи, которое фиксирует усиление замкнутого контура с помощью Ri.

CS действует как шунтирующий конденсатор источника питания и обеспечивает фильтрацию пульсаций для источника питания.

Cb позиционируется как штыревой конденсатор байпаса, и этот конденсатор обеспечивает фильтрацию половинного питания

“как преобразовать постоянный ток в электрическую схему ”

Абсолютные максимальные значения

Максимально допустимые значения для этой цепи объясняются ниже:

Максимальное напряжение питания 6 В, типичное рабочее напряжение 5 В.
Минимальный и максимальный допустимые уровни температуры составляют -65 и 150 градусов по Цельсию соответственно.
Входной музыкальный сигнал с USB может быть в диапазоне от -0,3 В до 5,3 В.
Максимальная рассеиваемая мощность внутренне ограничена, поэтому не нужно беспокоиться об этой проблеме.

Электрические характеристики:

V dd означает напряжение питания, которое обычно находится в пределах от 2 до 5,5 В.

я dd - это ток покоя, потребляемый ИС от входного источника питания, и он может составлять от 6,5 мА до 10 мА.

я sd - это символ тока отключения, когда потенциал контакта № 1 становится равным Vdd, инициируется отключение, в результате чего потребление падает до 0,6 мкА.

V os относится к выходному напряжению смещения и инициируется, когда Vin = 0 В, и обычно может составлять 5 В и 50 мВ в ограниченном режиме.

п 0 - выходная мощность и составляет около 3 Вт при нагрузке на динамик 8 Ом.

THD + N указывает на общее гармоническое искажение, которое находится в пределах от 0,13 до 0,25% в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц.

PSRR дает нам коэффициент отклонения источника питания для Vdd при типичном напряжении 5 В, который составляет около 60 дБ.

Изображение прототипа усилителя USB 5V: