LM4871 带关机模式的3W音频功率放大器

1功能描述

LM4871是单桥音频功率放大器2

无输出耦合电容，自举能够提供3W连续平均电容器或所需的缓冲电路当单位增益稳定，由5V电源供电（见注释）。到WSON、VSSOP、SOIC或PDIP封装可在便携式应用中节省电力LM4871的微功率关闭模式（IQ=0.6μA，外部增益配置能力当VDD应用于

引脚与LM4861关机引脚兼容。

应用Boomer音频功率放大器的设计专门提供高功率、高保真音频

便携式计算机输出。它们只需要很少的外部组件

台式计算机在2.0V到5.5V的低电源电压下工作。由于LM4871不需要输出耦合•低压音频系统电容器、自举电容器或缓冲器它非常适合于要求最小体积和重量的低功耗便携式密钥规格系统。

10%THD+N下的PO，1kHz附加LM4871功能包括热关机

–LM4871LD:3Ω，4Ω负载；3W（典型），保护，单位增益稳定性和外部增益设置。2.5 W（典型值）

注意：已正确安装的LM4871LD–所有其他LM4871封装：电路板的8Ω负载将提供3W到3Ω（10%1.5 W（典型）THD）。LM4871的其他软件包选项将

关断电流0.6μA（典型值）为8Ω（10%THD）提供1.5W。见应用信息部分了解更多信息•电源电压范围2.0V至5.5V关于LM7148M，LM7148M，1kHz、1W连续平均THD和LM4871N。输出功率为8Ω0.5%（最大）

这些设备具有有限的内置ESD保护。导线应短接在一起，或将设备放置在导电泡沫中在储存或搬运过程中，防止静电对MOS门造成损坏。

（1） 绝对最大额定值表示设备可能发生损坏的极限值。工作额定值表示设备可以正常工作，但不能保证特定的性能限制。电气特性状态直流和交流电气确保特定性能极限的特定试验条件下的规范。这假设设备位于运行额定值。对于没有给出限制的参数，不能保证规格，但是，典型值是一个很好的指示设备性能。

（2） 如果需要军用/航空航天专用设备，请联系德克萨斯仪器销售办事处/经销商，以获得规范。

（3） 最大功耗必须在高温下降低，并由TJMAX、θJA和环境温度决定助教。最大允许功耗为PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA或绝对最大额定值中给定的数值，以两者为准是比较低的。对于LM4871，TJMAX=150°C。对于不同包装的θJA，请参阅应用信息部分或绝对最大额定值部分。

（4） 人体模型，100pF通过1.5kΩ电阻放电。

（5） 机器型号，220pF–240pF通过所有引脚放电。

（6） 给定的θJA用于包装在NGN0008A中的LM4871，暴露的-DAP焊接到1oz印刷的1in2区域电路板铜。

电气特性（1）（2）

以下规格适用于VDD=5V和RL=8Ω，除非另有规定。限值适用于TA=25°C。

（1） 绝对最大额定值表示设备可能发生损坏的极限值。工作额定值表示设备可以正常工作，但不能保证特定的性能限制。电气特性状态直流和交流电气确保特定性能极限的特定试验条件下的规范。这假设设备位于运行额定值。对于没有给出限制的参数，不能保证规格，但是，典型值是一个很好的指示设备性能。

（2） 除非另有规定，否则所有电压均相对于接地针脚进行测量。

（3） 在25°C时，典型的CAL是参数化的。

（4） 对TI的AOQL（平均出货质量水平）规定了限制。

电气特性（1）（2）（续）

以下规格适用于VDD=5V和RL=8Ω，除非另有规定。限制适用于TA=25°C

（5） 当从5V电源驱动3Ω或4Ω负载时，LM4871LD必须安装在电路板上。

典型性能特征

NGN特性

该曲线显示了LM4871LD在不同的环境温度下，零件的暴露DAP为焊接到1oz.Cu的平面上，每个平面的标签上都给出了面积曲线。此标签还指定平面是否存在于与芯片相同（顶层），在底层，或在两层上。无限散热片和独立（无散热片）条件也是如此展示。

驱动3Ω和4Ω的PCB布局和电源调节注意事项

荷载

负载损耗的功率是电压在负载和负载阻抗之间的波动的函数。作为负载阻抗降低，负载损耗越来越依赖于互连（PCB跟踪和导线）放大器输出引脚与负载连接之间的电阻。残余痕迹电阻原因电压降，导致电源在跟踪中消散，而不是在负荷中按要求。例如，0.1Ω跟踪电阻将4Ω负载消耗的输出功率从2.0W降低到1.95W。此问题为随着负载阻抗的减小，负载损耗的降低加剧。因此，保持最高负载损耗和最宽的输出电压摆动，连接输出引脚到负载的PCB跟踪必须尽可能宽尽可能。电源调节不良，对最大输出功率产生不利影响。监管不力的供应量电压随负载电流的增加而减小。电源电压降低导致净空、输出减小信号剪裁，降低输出功率。即使使用严格的供应，跟踪电阻也会产生与供应管制不力同样有影响。因此，尽可能宽地进行电源跟踪有助于保持输出电压的满摆。

桥梁结构说明

如图3所示，LM4871内部有两个运算放大器，允许几个不同的放大器配置。第一放大器的增益是外部可配置的；第二放大器内部固定在统一增益，反转配置。通过选择射频比，设置第一放大器的闭环增益至Ri而第二个放大器的增益由两个内部40kΩ电阻器固定。图3显示了放大器一作为放大器2的输入，这两个放大器产生的信号在震级，但相位外180°。因此，IC的微分增益为平均值=2*（Rf/Ri）（1）通过输出Vo1和Vo2差驱动负载，放大器配置通常称为建立了“桥接模式”。桥接模式操作不同于经典的单端放大器其负载一侧连接到地面的配置。

桥放大器设计具有与单端配置相比的几个明显优势，因为它提供差动驱动到负载，从而使输出摆动加倍，以达到规定的电源电压。输出的四倍在相同条件下，与单端放大器相比，功率是可能的。可实现的增长输出功率假定放大器没有电流限制或被剪裁。为了在不造成过度剪裁的情况下选择放大器的闭合环路增益，请参阅音频功率放大器设计部分。差动桥输出的另一个优点是无负载直流电压。这是偏见的结果VO1和VO2在相同直流电压下，在这种情况下为VDD/2。这消除了耦合电容器电源，单端放大器需要。消除单端结构的输出耦合电容强制单个电源放大器的半电源偏置电压穿过负载。半电源偏置电压产生的电流增加了内部IC功耗，并且我的永久性损坏负载如。

功耗

在设计成功的放大器时，无论是桥接放大器还是桥接放大器，功耗都是一个主要问题单端。桥放大器向负载输送的功率增加的直接后果是增加内部功耗。方程2说明了桥梁的最大功耗点放大器在给定的电源电压下工作，并驱动指定的输出负载。PDMAX=4*（VDD）2/（2π2RL）（2）由于LM4871在一个封装中有两个运算放大器，因此最大内部功耗为4乘以单端安培发生器的倍。即使功耗大幅增加，LM4871也有在大多数工况和输出负载下不需要散热。从公式2中，假设5V电源和8Ω负载，最大功耗点为625 mW。最大功耗从方程2获得的点不得大于公式3:PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA所产生的功耗

对于SOIC封装，θJA=140°C/W；对于PDIP封装，θJA=107°C/W；对于VSSOP封装，θJA=210°C/W，假设自由空气运行。对于焊接到DAP焊盘上的NGN封装，DAP焊盘可扩展为铜在PCB上1.0in2的面积，LM4871的θJA为56°C/W。对于LM4871，TJMAX=150°C。θJA可以减小通过某种形式的散热。得到的θJA将是θJC、θCS和θSA的总和。θJC是连接到包的外壳（或暴露的DAP，如NGN包的情况），θCS是情况对热沉热阻和θSA是热沉对环境热阻的影响。通过添加额外的对于SOIC和VSSOP，LM4871周围的铜面积，θJA可以从其自由空气值减少包装。将NGN封装周围的铜面积从1.0in2增加到到2.0in2面积的结果是θJA降低至46°C/W。根据环境温度TA和θJA，可使用方程式3来计算IC封装支持的最大内部功耗。如果方程式2的结果大于根据式3，则要么降低电源电压，要么增加负载阻抗，θJA或者环境温度降低。对于5V电源的典型应用，8Ω负载，且无额外散热，最高环境温度可能不违反最高温度如果设备运行在最大功率附近，则结温约为61°C耗散点和假设表面贴装封装。对于5V典型应用中的NGN封装电源，4Ω负载，1.0in2铜区焊接到暴露的DAP焊盘上，最大环境温度温度约为77°C，前提是设备运行在最大功耗点附近。内部功耗是输出功率的函数。如果典型操作不在最大功率附近消散点，环境温度可提高。参考典型性能特征不同输出功率和输出负载的功耗信息曲线。

电源旁路

与任何放大器一样，正确的电源旁路对于低噪声性能和高功率电源至关重要拒绝。旁路和电源引脚上的电容器位置应尽可能接近LM4871可能。旁路管脚与地之间连接的电容器提高了内部偏置电压稳定性，提高PSRR。随着旁路pin电容器的增加，PSRR的改善也在增加。典型应用采用5V稳压器和0.1μF旁路电容器，有助于电源稳定性。这并不能消除使用1μF钽电容器绕过LM4871的供电节点的需要。旁路电容器的选择，特别是断路器，取决于电源抑制比要求，点击弹出性能如章节所述，外部组件的正确选择，系统成本和尺寸限制。

关机功能

为了减少不使用时的功耗，LM4871包含一个用于外部关闭的关机引脚放大器的偏置电路。当逻辑高电平被置于关机引脚。逻辑低电平和逻辑高电平之间的触发点通常是半供电。最好是在地面和电源之间切换，以提供最大的设备性能。通过将关机引脚切换到在空闲模式下，LM4871电源电流消耗将最小化。设备将被禁用关断引脚电压低于VDD时，空闲电流可能大于0.6μA的典型值在这种情况下，关机管脚应连接到一个确定的电压，以避免不必要的状态变化。在许多应用中，微控制器都是用来控制或关闭电路的提供快速、平稳地过渡到关机状态。另一种解决方案是使用单极单掷开关与外部上拉电阻器连接。当开关闭合时，停机触针接地并启动放大器。如果开关断开，则外部上拉电阻器将禁用LM4871。这个该方案确保关闭引脚不会浮动，从而防止不必要的状态变化。

正确选择外部部件

在使用集成功率放大器的应用中，正确选择外部元件是优化的关键设备和系统性能。虽然LM4871可以容忍外部组件组合，必须考虑组件值，以最大限度地提高系统整体质量。LM4871是单位增益稳定，这给了设计师最大的系统灵活性。应使用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输入信号来获得给定的输出功率。输入信号等于或大于1VRM可从音频编解码器等来源获得。请参阅“音频功率放大器”一节设计，以便更完整地解释正确的增益选择。除了增益外，放大器的闭环带宽也是主要考虑因素之一。在很大程度上带宽取决于音频功率放大器设计中显示的外部组件的选择。输入耦合电容Ci形成一阶高通滤波器，限制低频响应。这个值应该基于一些不同的原因，根据需要的频率响应进行选择。

输入电容器尺寸的选择

对于便携式设计来说，大型输入电容器既昂贵又占用空间。显然，一定的尺寸电容器需要在低频段耦合而不产生严重的衰减。但在很多情况下演讲者用于便携式系统，无论是内部还是外部，几乎没有能力再现低于100Hz的信号150赫兹。因此，使用大的输入电容可能不会提高实际的系统性能。除了系统成本和大小外，点击和弹出性能还受到输入耦合的大小的影响电容器，Ci。较大的输入耦合电容器需要更多的电荷才能达到其静态直流电压（名义上1/2 VDD）。这种电荷通过反馈来自输出，并且容易在设备启用时产生持久性有机污染物。因此，通过在必要的低频响应的基础上最小化电容器的尺寸，可以最小化。除了最小化输入电容器的尺寸外，还应仔细考虑旁路电容器的值。旁路电容器，CB，是减少开启POP的最关键组件，因为它决定了LM4871打开。LM4871的输出斜坡到其静态直流电压（名义上为1/2 VDD）的速度越慢打开的音量越小。选择CB等于1.0μF以及较小的Ci值（在0.1μF至0.39μF），应产生几乎无需单击和无POP关闭功能。当设备工作时正确地说，（没有振荡或摩托艇），当CB等于0.1μF时，设备将更容易受到打开点击和弹出。因此，除了对成本最敏感的产品外，建议所有产品的CB值等于1.0μF设计

音频功率放大器设计

设计1W/8Ω音频放大器

鉴于：

功率输出1 Wrms

负载阻抗8Ω

输入电平1 Vrms

输入阻抗20 kΩ

带宽100 Hz–20 kHz±0.25 dB设计者必须首先确定最小供电轨以获得规定的输出功率。通过推断从输出功率与电源电压曲线图中的典型性能特性部分来看，电源铁轨很容易找到。确定最小供电轨的第二种方法是计算所需的电压峰值使用方程式4，加上输出电压。使用这种方法，最小电源电压为+（VODTOP+VODBOT）），其中VODBOT和vottop是根据典型性能特性部分。

在大多数应用中，它被选为供电轨的标准电压。额外的电源电压创造了空间这使得LM4871能够在不产生可听失真的情况下重现超过1W的峰值。在这个时候设计者必须确保电源选择和输出阻抗不违反功率耗散部分中说明的条件。一旦功率耗散方程得到解决，就可以确定所需的微分增益根据方程式5

根据方程式5，最小AVD为2.83；使用AVD=3。由于所需的输入阻抗为20kΩ，并且AVD阻抗为2，因此Rf的比率为1.5:1至Ri结果在Ri=20kΩ和Rf=30kΩ的配置中。最后的设计步骤是满足带宽需求它必须表示为一对−3dB频率点。五倍于-3dB点的距离为0.17dB通带响应优于规定的±0.25dB。

fL=100Hz/5=20Hz

100kHz*20kHz=20kHz

如外部部件说明部分所述，Ri与Ci一起创建高通滤波器。Ci≥1/（2π*20kΩ*20Hz）=0.397μF；使用0.39μF高频极点由期望频率极点fH和微分增益的乘积决定，平均值。在AVD=3和fH=100kHz时，得到的GBWP=150kHz，比LM4871小得多4MHz的GBWP。此图显示，如果设计者需要设计具有更高差分的放大器在没有带宽限制的情况下，LM4871仍然可以使用。

　　安芯科创是一家国内芯片代理和国外品牌分销的综合服务商,公司提供芯片ic选型、蓝牙WIFI模组、进口芯片替换国产降成本等解决方案,可承接项目开发,以及元器件一站式采购服务,类型有运放芯片、电源芯片、MO芯片、蓝牙芯片、MCU芯片、二极管、三极管、电阻、电容、连接器、电感、继电器、晶振、蓝牙模组、WI模组及各类模组等电子元器件销售。（关于元器件价格请咨询在线客服黄经理：15382911663）

　　代理分销品牌有：ADI_亚德诺半导体/ALTBRA_阿尔特拉/BARROT_百瑞互联/BORN_伯恩半导体/BROADCHIP_广芯电子/COREBAI_芯佰微/DK_东科半导体/HDSC_华大半导体/holychip_芯圣/HUATECH_华泰/INFINEON_英飞凌/INTEL_英特尔/ISSI/LATTICE_莱迪思/maplesemi_美浦森/MICROCHIP_微芯/MS_瑞盟/NATION_国民技术/NEXPERIA_安世半导体/NXP_恩智浦/Panasonic_松下电器/RENESAS_瑞莎/SAMSUNG_三星/ST_意法半导体/TD_TECHCODE美国泰德半导体/TI_德州仪器/VISHAY_威世/XILINX_赛灵思/芯唐微电子等等

免责声明：部分图文来源网络，文章内容仅供参考，不构成投资建议，若内容有误或涉及侵权可联系删除。