LM4860 带关闭模式的1W系列音频功率放大器

一般说明

LM4860是一个桥接式音频功率放大器，能够将1W的连续平均功率传送到音频频谱上小于1%（THD+N）的8Ω负载从5V电源。Boomer音频功率放大器是专门为以最少的外部组件采用表面贴装包装。自从LM4860不需要输出耦合电容，自举电容器或缓冲网络适用于低功耗便携式系统。LM4860的特点是外部控制，低功耗消耗关闭模式，以及内部热量关闭保护机制。它还包括两个耳机控制输入和一个耳机感应输出，用于外部监控。单位增益稳定的LM4860可由外部配置差分增益为1至10的增益设置电阻器外部补偿元件的使用。

主要规格

连续平均1W时的n THD+n

输出功率为8Ω：1%（最大值）

瞬时峰值输出功率：>2W

关断电流：0.6微安（典型值）

特征

无输出耦合电容器、自举电容器或需要缓冲电路

小外形（SO）电源封装

与PC电源兼容

热关机保护电路单位增益稳定

外部增益配置能力

两个耳机控制输入和耳机感应

输出

应用

个人计算机

便携式消费品

移动电话

个自供电扬声器

玩具和游戏

绝对最大额定值（注2）

电源电压6.0V

储存温度−65°C至+150°C

输入电压-0.3V至VDD+0.3V

功耗内部限制

静电放电敏感性（注4）3000V

静电放电敏感性（注5）250V

结温150 303C

焊接信息

小轮廓包

气相（60秒）215℉

红外线（15秒）220摄氏度

见AN-450“表面安装及其对产品的影响

其他表面贴装设备焊接方法的可靠性。

运行额定值

温度范围

TMIN≤TA≤TMAX−20度数C≤TA≤+85度数C

供电电压2.7V≤VDD≤5.5V

电气特性

（注1、2）以下规范适用于VDD=5V、RL=8Ω，除非另有规定。限值适用于TA=25摄氏度。

注1：除非另有规定，否则所有电压都是相对于接地引脚测量的。

注2：绝对最大额定值表示设备可能损坏的极限。工作额定值表示设备工作的条件，但不保证特定的性能限制。电气特性规定了在保证特定性能极限的特殊试验条件下的直流和交流电气规范。这假设设备在工作额定值范围内。没有限制的参数不保证规格然而，给定的典型值是设备性能的良好指示。

注3：最大功耗必须在高温下降额，并由TJMAX、θJA和环境温度TA决定。最大值允许的功耗为PDMAX=（TJMAX−TA）/θJA或绝对最大额定值中给出的数值，以较低者为准。对于LM4860，TJMAX=+150摄氏度，当安装在板上时，与环境热阻的典型连接为100摄氏度/瓦。

注4：人体模型，100 pF通过1.5 kΩ电阻放电。

注5：机器型号，200 pF–240 pF通过所有引脚放电。

注6：典型值在25℃下测量，代表参数范数。

注7：限额保证为国家的AOQL（平均出厂质量水平）。

注8：当实际负载连接到放大器时，静态电源电流取决于偏移电压。

注9：关断电流分布广泛。

应用程序信息

桥梁配置说明

如图1所示，LM4860内部有两个运算am放大器，允许一些不同的放大器配置。第一个放大器的增益是外部可配置的，而第二个放大器内部固定在单位增益，反转配置。闭环增益第一个放大器是通过选择第二个放大器的增益由两个内部40 kΩ固定电阻器。图1显示放大器1的输出用作放大器2的输入，这将导致两个调幅器产生相同幅度的信号，但超出180度阶段。因此，IC的差分增益为：平均值=2*（Rf/国际单位）通过输出VO1和VO2，通常称为已建立“桥接模式”。桥接模式操作是不同于传统的单端放大器结构，其负载的一侧接地。电桥放大器的设计比单端配置，因为它提供了驱动到负载，从而在指定的

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电源电压。因此，四倍的输出功率可能与下面的单端放大器相比同样的条件。可达到的输出功率的增加假设放大器没有电流限制或限制。在为了选择一个放大器的闭环增益而不引起过度的限幅，这会损坏高频扬声器系统中使用的传感器，请参考音频功率放大器设计部分。桥结构，例如在Boomer Audio功率放大器中使用的桥结构，也比单端放大器。因为差分输出，VO1和VO2，在一半电源时有偏压，不存在净直流电压穿过负载。这就消除了对输出耦合电容器的需求，而输出耦合电容器是单电源所需的，单端放大器配置。在单电源单端放大器中没有输出电容负载上一半的电源偏压会导致内部集成电路功耗的增加，同时也会导致永久性的扬声器损坏。输出耦合电容形成高通滤波器的负载要求当470μF与8Ω负载一起使用时，可保持低频率响应。这种组合不会产生一个单位响应频率低至20赫兹，但在印刷电路板尺寸和系统成本之间，与低频率响应。

功耗

在设计成功的放大器时，功耗是一个主要问题，无论放大器是桥接的还是单端。功率增加的直接后果通过电桥放大器传送到负载是内部功耗。方程1表示最大值桥式放大器的功率耗散点给定电源电压并驱动指定的输出负载。PDMAX=4*（VDD）2/（2π2RL）（1）

因为LM4860有两个运算放大器封装，最大内部功耗4倍单端放大器。即使在功耗大幅增加的情况下，LM4860也不需要热沉。根据公式1，假设5伏电源当负载为8Ω时，最大功耗为625兆瓦。最大功耗点从公式1不得大于功耗由等式2得出的结果：PDMAX=（TJMAX-TA）/θJA（2）对于LM4860表面贴装组件，θJA=100°C/W和TJMAX=150摄氏度。取决于环境温度，TA，对于系统环境，方程式2可用于集成电路支持的最大内部功耗包装。如果方程1的结果大于方程2，则电源电压必须降低或负载阻抗增加。对于5V电源的典型应用，在8Ω负载下，最大环境温度可能不超过最高结温约为88摄氏度，前提是设备运行在最大功率附近消散点。功耗是输出的函数因此，如果典型操作不是在最大功耗点附近，环境温度可以增加。有关较低输出功率的功耗信息，请参阅典型性能特性曲线。

与任何功率放大器一样，正确的电源旁路对于低噪声性能和高功率电源恢复至关重要。旁路和电源上的电容器位置电源插脚应尽可能靠近设备。作为在典型的性能特性章节中，由于增加了一半电源，较大的半电源旁路电容器的影响被证实为低频THD+N稳定。典型应用采用5V调节器10μF和0.1μF旁路电容器，有助于供电稳定性，但不排除绕过LM4860的sup  ply节点的需要。因此，旁路电容的选择，特别是CB，取决于所需的低频率THD+N、系统成本和尺寸限制。

关闭功能

为了在不使用时降低功耗LM4860包含一个关闭销，用于从外部关闭放大器的偏置电路。当关闭引脚上设置逻辑高电平时，关闭功能关闭am放大器。一旦关闭，输出立即与扬声器断开。有一个内置的阈值通常产生500微安的静态电流降。为了5V电源，当2V–3V接入关机引脚时，出现此阈值。典型的静止电流当电源电压施加到关闭引脚时，结果为0.6微安。在许多应用中，微控制器或微处理器的输出被用来控制关闭电路这提供了一个快速，平稳的过渡到关闭。另一种解决方案是使用单刀单掷开关关闭时，连接到接地并启用放大器。如果开关断开，则47 kΩ的软上拉电阻器将禁用LM4860。LM4860内部没有软下拉电阻，因此一定的关机引脚电压必须在外部应用，否则内部逻辑门将左浮动，可能意外禁用放大器

耳机控制输入

LM4860有两个耳机控制输入当其中一个或两个输入都具有逻辑高电压放在他们的别针上。与关机功能不同，耳机控制功能不提供电流保护级别，即电池供电系统需要。从静止的耳机控制功能产生的电流为比关闭功能多1000倍当脱离耳机控制模式。流行效应可通过连接耳机感应消除输出到关机引脚输入，如图4所示。这个解决方案不仅可以消除输出pop，而且还可以利用关闭功能的全电流保护通过将IDD降低到0.6微安，放大器将完全关闭。此配置还允许设计器使用控制输入为两个耳机控制脚或耳机控制插脚和关闭插脚在最低电流消耗水平可从任一函数中获得。图5显示了使用单电源耳机调幅器实现LM4860的耳机控制功能。R1和R2的分压器将电压设置为当存在系统中未插入耳机。HP-IN1引脚的逻辑低电压使LM4860能够放大交流信号。电阻器R3限制流出的电流量当HP-IN1引脚的电压低于

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耳机发出的音乐产生的地面放大器。输出耦合帽保护耳机通过阻断放大器的半电源直流电压。ca  pacitor还保护耳机放大器不受低电平的影响电阻R1和R2在没有耳机插入系统。棘手的一点是设置是耳机放大器的交流输出电压不能超过2.0V HP-IN1电压阈值系统中没有插入任何耳机，因此R1和R2分别为100k和1k。这个当该液位瞬时升高时，由于以下放电时间常数，LM4860可能无法完全关闭偏压引脚电压。这个时间常数由两个50k电阻（并联），具有串联旁路电容值。当一组耳机插入系统时耳机插孔的触针与信号引脚，中断由电阻器设置的分压器R1和R2。电阻R1然后拔出HP-IN1引脚，关闭耳机功能并禁用LM4860放大器。耳机放大器然后驱动耳机，耳机的阻抗与电阻R2并联。由于耳机的典型阻抗为32Ω，电阻R2对输出驱动能力的影响可以忽略不计。图5还显示了耳机插孔和插头。三线插头包括一个尖端，环，和slave，其中尖端和环携带信号导体和Sleave是公共接地回路。每个耳机插孔有一个控制针触点就足够了指示用户已插入插头以控制输入进入千斤顶，需要另一种操作模式。用于耳机放大器的系统实现采用分体式电源设计，输出耦合盖，CC图5中的电阻R2可以消除。然而，前面描述的功能仍然相同。此外，HP-SENSE管脚，尽管如图4所示，可以连接到关闭管脚仍然用作控制标志。它能够驱动输入到另一个逻辑门或大约2毫安加载。

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高增益音频放大器LM4860是单位增益稳定，不需要外部除了增益设置电阻器之外的元件，输入耦合典型应用中的电容器和适当的电源旁路。但是如果闭环微分增益大于需要10个以上，则需要一个反馈电容器，如如图2所示，限制放大器的带宽。反馈电容器产生低通滤波器，消除不需要的高频振荡。要小心在计算-3分贝频率时Rf和Cf的组合将导致20khz之前的翻滚。一个反馈电阻和电容的典型组合不会产生音频频段高频衰减是射频=100 kΩ和Cf=5 pF。这些组件产生-3分贝点约320千赫。一旦微分增益放大器已经计算好了，可以选择射频，然后，可以根据外部组件描述部分。声带音频放大器许多应用程序（如电话）只需要声带频率响应。这样的申请通常需要300赫兹到3.5千赫的平坦频率响应。通过调整图2的组件值，这个可以实现应用程序需求。Ri和Ci的结合形成高通滤波器，Rf和Cf形成高通滤波器低通滤波器。使用典型的声带频率范围，当通带微分增益约为100时遵循Ri值，置信区间，右前，和Cf遵循外部组件描述章节中所述的公式。Ri=10 kΩ，Rf=510k，Ci=0.22μF，Cf=15 pF距离-3分贝点5倍距离平带响应。通过这种组件的选择，结果-3分贝点，fL和fH分别为72赫兹和20千赫，导致频带响应比±0.25分贝以上，衰减6分贝/倍频程通频带。如果需要更陡的侧翻，其他常见的带通滤波技术可以用来实现更高的过滤器。

尽管LM4860的典型应用是桥接的单声道放大器，也可用于驱动负载在应用中是单一的，例如PC卡，它要求负载的一侧与地面相连。图3显示了一个常见的单端应用程序，其中VO1是用来驱动扬声器。该输出通过470μF电容器，可阻挡半电源直流偏压存在于所有单电源放大器配置中。这个ca  pacitor，在图3中指定为CO，与RL一起，形成高通滤波器。高通滤波器的-3分贝点是1/（2πRLCO），因此应注意确保RL和CO的乘积足够大，可以将低频信号传递给负载。当驱动8Ω负载时，如果是全音频需要频谱再现，CO应至少为470微F。连接未使用的输出VO2通过0.1μF电容器至2 kΩ负载，防止失稳。而这种不稳定性不会影响VO1，加载第二个输出是很好的设计实践。音频功率放大器设计500mw/8Ω音频放大器的设计

鉴于：

功率输出：500 mWrms

负载阻抗：8Ω

输入电平：1 Vrms（最大值）

输入阻抗：20 kΩ

带宽：20Hz-20kHz±0.25dB

设计者必须首先确定所需的供电轨，以获得指定的输出功率。计算所需的铺层钢轨需要知道两个参数，Vopeak和电压降。后者通常为0.7V由方程式3确定

对于输出功率为500兆瓦的8Ω负载，所需的Vopeak为2.83V。3.53V的最小供电轨来自添加Vopeak和Vod。但3.53V不是标准电压存在于许多应用程序中，因此指定5V钢轨。额外的电源电压产生动态净空，允许LM4860再现峰值超过500兆瓦而不消减信号。在这个时候，设计者必须确保电源的选择与输出阻抗一起，不违反功率耗散部分中解释的条件。一旦能量耗散方程被解决，所需的微分增益可由方程4确定。

从等式4中，最小Avd为：Avd=2因为所需的输入阻抗为20 kΩ，并且Avd为2，Rf与Ri之比为1:1导致分配Ri=Rf=20千欧。因为Avd小于10，所以不需要电容器。最后的设计步骤是必须成对说明的带宽要求频率点为-3db。距离a-3分贝5倍点距离通带响应0.17分贝，比规定的要求±0.25分贝还大。这一事实导致分别为4赫兹和100千赫的低频和高频极。如“外部组件”一节所述，Ri in与Ci一起创建高通滤波器。Ci≥1/（2π*20 kΩ*4赫兹）=1.98微F；使用2.2微F。高频磁极由所需的高频极点，fH和差分增益，Avd。当Avd=2和fH=100khz时，产生的GBWP=100 kHz，远小于7兆赫。此图显示如果设计师需要设计一个具有更高微分增益的放大器LM4860仍然可以使用而不占用带宽问题。