1功能描述

LM4871是單橋音頻功率放大器2

無(wú)輸出耦合電容，自舉能夠提供3W連續(xù)平均電容器或所需的緩沖電路當(dāng)單位增益穩(wěn)定，由5V電源供電（見(jiàn)注釋?zhuān)５絎SON、VSSOP、SOIC或PDIP封裝可在便攜式應(yīng)用中節(jié)省電力LM4871的微功率關(guān)閉模式（IQ=0.6μA，外部增益配置能力當(dāng)VDD應(yīng)用于

引腳與LM4861關(guān)機(jī)引腳兼容。

應(yīng)用Boomer音頻功率放大器的設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)提供高功率、高保真音頻

便攜式計(jì)算機(jī)輸出。它們只需要很少的外部組件

臺(tái)式計(jì)算機(jī)在2.0V到5.5V的低電源電壓下工作。由于LM4871不需要輸出耦合•低壓音頻系統(tǒng)電容器、自舉電容器或緩沖器它非常適合于要求最小體積和重量的低功耗便攜式密鑰規(guī)格系統(tǒng)。

10%THD+N下的PO，1kHz附加LM4871功能包括熱關(guān)機(jī)

–LM4871LD:3Ω，4Ω負(fù)載；3W（典型），保護(hù)，單位增益穩(wěn)定性和外部增益設(shè)置。2.5 W（典型值）

注意：已正確安裝的LM4871LD–所有其他LM4871封裝：電路板的8Ω負(fù)載將提供3W到3Ω（10%1.5 W（典型）THD）。LM4871的其他軟件包選項(xiàng)將

關(guān)斷電流0.6μA（典型值）為8Ω（10%THD）提供1.5W。見(jiàn)應(yīng)用信息部分了解更多信息•電源電壓范圍2.0V至5.5V關(guān)于LM7148M，LM7148M，1kHz、1W連續(xù)平均THD和LM4871N。輸出功率為8Ω0.5%（最大）

這些設(shè)備具有有限的內(nèi)置ESD保護(hù)。導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)短接在一起，或?qū)⒃O(shè)備放置在導(dǎo)電泡沫中在儲(chǔ)存或搬運(yùn)過(guò)程中，防止靜電對(duì)MOS門(mén)造成損壞。

（1） 絕對(duì)最大額定值表示設(shè)備可能發(fā)生損壞的極限值。工作額定值表示設(shè)備可以正常工作，但不能保證特定的性能限制。電氣特性狀態(tài)直流和交流電氣確保特定性能極限的特定試驗(yàn)條件下的規(guī)范。這假設(shè)設(shè)備位于運(yùn)行額定值。對(duì)于沒(méi)有給出限制的參數(shù)，不能保證規(guī)格，但是，典型值是一個(gè)很好的指示設(shè)備性能。

（2） 如果需要軍用/航空航天專(zhuān)用設(shè)備，請(qǐng)聯(lián)系德克薩斯儀器銷(xiāo)售辦事處/經(jīng)銷(xiāo)商，以獲得規(guī)范。

（3） 最大功耗必須在高溫下降低，并由TJMAX、θJA和環(huán)境溫度決定助教。最大允許功耗為PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA或絕對(duì)最大額定值中給定的數(shù)值，以?xún)烧邽闇?zhǔn)是比較低的。對(duì)于LM4871，TJMAX=150°C。對(duì)于不同包裝的θJA，請(qǐng)參閱應(yīng)用信息部分或絕對(duì)最大額定值部分。

（4） 人體模型，100pF通過(guò)1.5kΩ電阻放電。

（5） 機(jī)器型號(hào)，220pF–240pF通過(guò)所有引腳放電。

（6） 給定的θJA用于包裝在NGN0008A中的LM4871，暴露的-DAP焊接到1oz印刷的1in2區(qū)域電路板銅。

電氣特性（1）（2）

以下規(guī)格適用于VDD=5V和RL=8Ω，除非另有規(guī)定。限值適用于TA=25°C。

（1） 絕對(duì)最大額定值表示設(shè)備可能發(fā)生損壞的極限值。工作額定值表示設(shè)備可以正常工作，但不能保證特定的性能限制。電氣特性狀態(tài)直流和交流電氣確保特定性能極限的特定試驗(yàn)條件下的規(guī)范。這假設(shè)設(shè)備位于運(yùn)行額定值。對(duì)于沒(méi)有給出限制的參數(shù)，不能保證規(guī)格，但是，典型值是一個(gè)很好的指示設(shè)備性能。

（2） 除非另有規(guī)定，否則所有電壓均相對(duì)于接地針腳進(jìn)行測(cè)量。

（3） 在25°C時(shí)，典型的CAL是參數(shù)化的。

（4） 對(duì)TI的AOQL（平均出貨質(zhì)量水平）規(guī)定了限制。

電氣特性（1）（2）（續(xù)）

以下規(guī)格適用于VDD=5V和RL=8Ω，除非另有規(guī)定。限制適用于TA=25°C

（5） 當(dāng)從5V電源驅(qū)動(dòng)3Ω或4Ω負(fù)載時(shí)，LM4871LD必須安裝在電路板上。

典型性能特征

NGN特性

該曲線(xiàn)顯示了LM4871LD在不同的環(huán)境溫度下，零件的暴露DAP為焊接到1oz.Cu的平面上，每個(gè)平面的標(biāo)簽上都給出了面積曲線(xiàn)。此標(biāo)簽還指定平面是否存在于與芯片相同（頂層），在底層，或在兩層上。無(wú)限散熱片和獨(dú)立（無(wú)散熱片）條件也是如此展示。

驅(qū)動(dòng)3Ω和4Ω的PCB布局和電源調(diào)節(jié)注意事項(xiàng)

荷載

負(fù)載損耗的功率是電壓在負(fù)載和負(fù)載阻抗之間的波動(dòng)的函數(shù)。作為負(fù)載阻抗降低，負(fù)載損耗越來(lái)越依賴(lài)于互連（PCB跟蹤和導(dǎo)線(xiàn)）放大器輸出引腳與負(fù)載連接之間的電阻。殘余痕跡電阻原因電壓降，導(dǎo)致電源在跟蹤中消散，而不是在負(fù)荷中按要求。例如，0.1Ω跟蹤電阻將4Ω負(fù)載消耗的輸出功率從2.0W降低到1.95W。此問(wèn)題為隨著負(fù)載阻抗的減小，負(fù)載損耗的降低加劇。因此，保持最高負(fù)載損耗和最寬的輸出電壓擺動(dòng)，連接輸出引腳到負(fù)載的PCB跟蹤必須盡可能寬盡可能。電源調(diào)節(jié)不良，對(duì)最大輸出功率產(chǎn)生不利影響。監(jiān)管不力的供應(yīng)量電壓隨負(fù)載電流的增加而減小。電源電壓降低導(dǎo)致凈空、輸出減小信號(hào)剪裁，降低輸出功率。即使使用嚴(yán)格的供應(yīng)，跟蹤電阻也會(huì)產(chǎn)生與供應(yīng)管制不力同樣有影響。因此，盡可能寬地進(jìn)行電源跟蹤有助于保持輸出電壓的滿(mǎn)擺。

橋梁結(jié)構(gòu)說(shuō)明

如圖3所示，LM4871內(nèi)部有兩個(gè)運(yùn)算放大器，允許幾個(gè)不同的放大器配置。第一放大器的增益是外部可配置的；第二放大器內(nèi)部固定在統(tǒng)一增益，反轉(zhuǎn)配置。通過(guò)選擇射頻比，設(shè)置第一放大器的閉環(huán)增益至Ri而第二個(gè)放大器的增益由兩個(gè)內(nèi)部40kΩ電阻器固定。圖3顯示了放大器一作為放大器2的輸入，這兩個(gè)放大器產(chǎn)生的信號(hào)在震級(jí)，但相位外180°。因此，IC的微分增益為平均值=2*（Rf/Ri）（1）通過(guò)輸出Vo1和Vo2差驅(qū)動(dòng)負(fù)載，放大器配置通常稱(chēng)為建立了“橋接模式”。橋接模式操作不同于經(jīng)典的單端放大器其負(fù)載一側(cè)連接到地面的配置。

橋放大器設(shè)計(jì)具有與單端配置相比的幾個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗峁┎顒?dòng)驅(qū)動(dòng)到負(fù)載，從而使輸出擺動(dòng)加倍，以達(dá)到規(guī)定的電源電壓。輸出的四倍在相同條件下，與單端放大器相比，功率是可能的。可實(shí)現(xiàn)的增長(zhǎng)輸出功率假定放大器沒(méi)有電流限制或被剪裁。為了在不造成過(guò)度剪裁的情況下選擇放大器的閉合環(huán)路增益，請(qǐng)參閱音頻功率放大器設(shè)計(jì)部分。差動(dòng)橋輸出的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是無(wú)負(fù)載直流電壓。這是偏見(jiàn)的結(jié)果VO1和VO2在相同直流電壓下，在這種情況下為VDD/2。這消除了耦合電容器電源，單端放大器需要。消除單端結(jié)構(gòu)的輸出耦合電容強(qiáng)制單個(gè)電源放大器的半電源偏置電壓穿過(guò)負(fù)載。半電源偏置電壓產(chǎn)生的電流增加了內(nèi)部IC功耗，并且我的永久性損壞負(fù)載如。

功耗

在設(shè)計(jì)成功的放大器時(shí)，無(wú)論是橋接放大器還是橋接放大器，功耗都是一個(gè)主要問(wèn)題單端。橋放大器向負(fù)載輸送的功率增加的直接后果是增加內(nèi)部功耗。方程2說(shuō)明了橋梁的最大功耗點(diǎn)放大器在給定的電源電壓下工作，并驅(qū)動(dòng)指定的輸出負(fù)載。PDMAX=4*（VDD）2/（2π2RL）（2）由于LM4871在一個(gè)封裝中有兩個(gè)運(yùn)算放大器，因此最大內(nèi)部功耗為4乘以單端安培發(fā)生器的倍。即使功耗大幅增加，LM4871也有在大多數(shù)工況和輸出負(fù)載下不需要散熱。從公式2中，假設(shè)5V電源和8Ω負(fù)載，最大功耗點(diǎn)為625 mW。最大功耗從方程2獲得的點(diǎn)不得大于公式3:PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA所產(chǎn)生的功耗

對(duì)于SOIC封裝，θJA=140°C/W；對(duì)于PDIP封裝，θJA=107°C/W；對(duì)于VSSOP封裝，θJA=210°C/W，假設(shè)自由空氣運(yùn)行。對(duì)于焊接到DAP焊盤(pán)上的NGN封裝，DAP焊盤(pán)可擴(kuò)展為銅在PCB上1.0in2的面積，LM4871的θJA為56°C/W。對(duì)于LM4871，TJMAX=150°C。θJA可以減小通過(guò)某種形式的散熱。得到的θJA將是θJC、θCS和θSA的總和。θJC是連接到包的外殼（或暴露的DAP，如NGN包的情況），θCS是情況對(duì)熱沉熱阻和θSA是熱沉對(duì)環(huán)境熱阻的影響。通過(guò)添加額外的對(duì)于SOIC和VSSOP，LM4871周?chē)你~面積，θJA可以從其自由空氣值減少包裝。將NGN封裝周?chē)你~面積從1.0in2增加到到2.0in2面積的結(jié)果是θJA降低至46°C/W。根據(jù)環(huán)境溫度TA和θJA，可使用方程式3來(lái)計(jì)算IC封裝支持的最大內(nèi)部功耗。如果方程式2的結(jié)果大于根據(jù)式3，則要么降低電源電壓，要么增加負(fù)載阻抗，θJA或者環(huán)境溫度降低。對(duì)于5V電源的典型應(yīng)用，8Ω負(fù)載，且無(wú)額外散熱，最高環(huán)境溫度可能不違反最高溫度如果設(shè)備運(yùn)行在最大功率附近，則結(jié)溫約為61°C耗散點(diǎn)和假設(shè)表面貼裝封裝。對(duì)于5V典型應(yīng)用中的NGN封裝電源，4Ω負(fù)載，1.0in2銅區(qū)焊接到暴露的DAP焊盤(pán)上，最大環(huán)境溫度溫度約為77°C，前提是設(shè)備運(yùn)行在最大功耗點(diǎn)附近。內(nèi)部功耗是輸出功率的函數(shù)。如果典型操作不在最大功率附近消散點(diǎn)，環(huán)境溫度可提高。參考典型性能特征不同輸出功率和輸出負(fù)載的功耗信息曲線(xiàn)。

電源旁路

與任何放大器一樣，正確的電源旁路對(duì)于低噪聲性能和高功率電源至關(guān)重要拒絕。旁路和電源引腳上的電容器位置應(yīng)盡可能接近LM4871可能。旁路管腳與地之間連接的電容器提高了內(nèi)部偏置電壓穩(wěn)定性，提高PSRR。隨著旁路pin電容器的增加，PSRR的改善也在增加。典型應(yīng)用采用5V穩(wěn)壓器和0.1μF旁路電容器，有助于電源穩(wěn)定性。這并不能消除使用1μF鉭電容器繞過(guò)LM4871的供電節(jié)點(diǎn)的需要。旁路電容器的選擇，特別是斷路器，取決于電源抑制比要求，點(diǎn)擊彈出性能如章節(jié)所述，外部組件的正確選擇，系統(tǒng)成本和尺寸限制。

關(guān)機(jī)功能

為了減少不使用時(shí)的功耗，LM4871包含一個(gè)用于外部關(guān)閉的關(guān)機(jī)引腳放大器的偏置電路。當(dāng)邏輯高電平被置于關(guān)機(jī)引腳。邏輯低電平和邏輯高電平之間的觸發(fā)點(diǎn)通常是半供電。最好是在地面和電源之間切換，以提供最大的設(shè)備性能。通過(guò)將關(guān)機(jī)引腳切換到在空閑模式下，LM4871電源電流消耗將最小化。設(shè)備將被禁用關(guān)斷引腳電壓低于VDD時(shí)，空閑電流可能大于0.6μA的典型值在這種情況下，關(guān)機(jī)管腳應(yīng)連接到一個(gè)確定的電壓，以避免不必要的狀態(tài)變化。在許多應(yīng)用中，微控制器都是用來(lái)控制或關(guān)閉電路的提供快速、平穩(wěn)地過(guò)渡到關(guān)機(jī)狀態(tài)。另一種解決方案是使用單極單擲開(kāi)關(guān)與外部上拉電阻器連接。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，停機(jī)觸針接地并啟動(dòng)放大器。如果開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，則外部上拉電阻器將禁用LM4871。這個(gè)該方案確保關(guān)閉引腳不會(huì)浮動(dòng)，從而防止不必要的狀態(tài)變化。

正確選擇外部部件

在使用集成功率放大器的應(yīng)用中，正確選擇外部元件是優(yōu)化的關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)性能。雖然LM4871可以容忍外部組件組合，必須考慮組件值，以最大限度地提高系統(tǒng)整體質(zhì)量。LM4871是單位增益穩(wěn)定，這給了設(shè)計(jì)師最大的系統(tǒng)靈活性。應(yīng)使用LM4871在低增益配置中，使THD+N值最小化，并使信噪比最大化。低增益配置需要大的輸入信號(hào)來(lái)獲得給定的輸出功率。輸入信號(hào)等于或大于1VRM可從音頻編解碼器等來(lái)源獲得。請(qǐng)參閱“音頻功率放大器”一節(jié)設(shè)計(jì)，以便更完整地解釋正確的增益選擇。除了增益外，放大器的閉環(huán)帶寬也是主要考慮因素之一。在很大程度上帶寬取決于音頻功率放大器設(shè)計(jì)中顯示的外部組件的選擇。輸入耦合電容Ci形成一階高通濾波器，限制低頻響應(yīng)。這個(gè)值應(yīng)該基于一些不同的原因，根據(jù)需要的頻率響應(yīng)進(jìn)行選擇。

輸入電容器尺寸的選擇

對(duì)于便攜式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，大型輸入電容器既昂貴又占用空間。顯然，一定的尺寸電容器需要在低頻段耦合而不產(chǎn)生嚴(yán)重的衰減。但在很多情況下演講者用于便攜式系統(tǒng)，無(wú)論是內(nèi)部還是外部，幾乎沒(méi)有能力再現(xiàn)低于100Hz的信號(hào)150赫茲。因此，使用大的輸入電容可能不會(huì)提高實(shí)際的系統(tǒng)性能。除了系統(tǒng)成本和大小外，點(diǎn)擊和彈出性能還受到輸入耦合的大小的影響電容器，Ci。較大的輸入耦合電容器需要更多的電荷才能達(dá)到其靜態(tài)直流電壓（名義上1/2 VDD）。這種電荷通過(guò)反饋來(lái)自輸出，并且容易在設(shè)備啟用時(shí)產(chǎn)生持久性有機(jī)污染物。因此，通過(guò)在必要的低頻響應(yīng)的基礎(chǔ)上最小化電容器的尺寸，可以最小化。除了最小化輸入電容器的尺寸外，還應(yīng)仔細(xì)考慮旁路電容器的值。旁路電容器，CB，是減少開(kāi)啟POP的最關(guān)鍵組件，因?yàn)樗鼪Q定了LM4871打開(kāi)。LM4871的輸出斜坡到其靜態(tài)直流電壓（名義上為1/2 VDD）的速度越慢打開(kāi)的音量越小。選擇CB等于1.0μF以及較小的Ci值（在0.1μF至0.39μF），應(yīng)產(chǎn)生幾乎無(wú)需單擊和無(wú)POP關(guān)閉功能。當(dāng)設(shè)備工作時(shí)正確地說(shuō)，（沒(méi)有振蕩或摩托艇），當(dāng)CB等于0.1μF時(shí)，設(shè)備將更容易受到打開(kāi)點(diǎn)擊和彈出。因此，除了對(duì)成本最敏感的產(chǎn)品外，建議所有產(chǎn)品的CB值等于1.0μF設(shè)計(jì)

音頻功率放大器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)1W/8Ω音頻放大器

鑒于：

功率輸出1 Wrms

負(fù)載阻抗8Ω

輸入電平1 Vrms

輸入阻抗20 kΩ

帶寬100 Hz–20 kHz±0.25 dB設(shè)計(jì)者必須首先確定最小供電軌以獲得規(guī)定的輸出功率。通過(guò)推斷從輸出功率與電源電壓曲線(xiàn)圖中的典型性能特性部分來(lái)看，電源鐵軌很容易找到。確定最小供電軌的第二種方法是計(jì)算所需的電壓峰值使用方程式4，加上輸出電壓。使用這種方法，最小電源電壓為+（VODTOP+VODBOT）），其中VODBOT和vottop是根據(jù)典型性能特性部分。

在大多數(shù)應(yīng)用中，它被選為供電軌的標(biāo)準(zhǔn)電壓。額外的電源電壓創(chuàng)造了空間這使得LM4871能夠在不產(chǎn)生可聽(tīng)失真的情況下重現(xiàn)超過(guò)1W的峰值。在這個(gè)時(shí)候設(shè)計(jì)者必須確保電源選擇和輸出阻抗不違反功率耗散部分中說(shuō)明的條件。一旦功率耗散方程得到解決，就可以確定所需的微分增益根據(jù)方程式5

根據(jù)方程式5，最小AVD為2.83；使用AVD=3。由于所需的輸入阻抗為20kΩ，并且AVD阻抗為2，因此Rf的比率為1.5:1至Ri結(jié)果在Ri=20kΩ和Rf=30kΩ的配置中。最后的設(shè)計(jì)步驟是滿(mǎn)足帶寬需求它必須表示為一對(duì)−3dB頻率點(diǎn)。五倍于-3dB點(diǎn)的距離為0.17dB通帶響應(yīng)優(yōu)于規(guī)定的±0.25dB。

fL=100Hz/5=20Hz

100kHz*20kHz=20kHz

如外部部件說(shuō)明部分所述，Ri與Ci一起創(chuàng)建高通濾波器。Ci≥1/（2π*20kΩ*20Hz）=0.397μF；使用0.39μF高頻極點(diǎn)由期望頻率極點(diǎn)fH和微分增益的乘積決定，平均值。在A(yíng)VD=3和fH=100kHz時(shí)，得到的GBWP=150kHz，比LM4871小得多4MHz的GBWP。此圖顯示，如果設(shè)計(jì)者需要設(shè)計(jì)具有更高差分的放大器在沒(méi)有帶寬限制的情況下，LM4871仍然可以使用。

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