1功能描述

LM4871是單橋音頻功率放大器2

無輸出耦合電容，自舉能夠提供3W連續平均電容器或所需的緩沖電路當單位增益穩定，由5V電源供電（見注釋）。到WSON、VSSOP、SOIC或PDIP封裝可在便攜式應用中節省電力LM4871的微功率關閉模式（IQ=0.6μA，外部增益配置能力當VDD應用于

引腳與LM4861關機引腳兼容。

應用Boomer音頻功率放大器的設計專門提供高功率、高保真音頻

便攜式計算機輸出。它們只需要很少的外部組件

臺式計算機在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格系統。

10%THD+N下的PO，1kHz附加LM4871功能包括熱關機

–LM4871LD:3Ω，4Ω負載；3W（典型），保護，單位增益穩定性和外部增益設置。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負載將提供3W到3Ω（10%1.5 W（典型）THD）。LM4871的其他軟件包選項將

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

這些設備具有有限的內置ESD保護。導線應短接在一起，或將設備放置在導電泡沫中在儲存或搬運過程中，防止靜電對MOS門造成損壞。

（1） 絕對最大額定值表示設備可能發生損壞的極限值。工作額定值表示設備可以正常工作，但不能保證特定的性能限制。電氣特性狀態直流和交流電氣確保特定性能極限的特定試驗條件下的規范。這假設設備位于運行額定值。對于沒有給出限制的參數，不能保證規格，但是，典型值是一個很好的指示設備性能。

（2） 如果需要軍用/航空航天專用設備，請聯系德克薩斯儀器銷售辦事處/經銷商，以獲得規范。

（3） 最大功耗必須在高溫下降低，并由TJMAX、θJA和環境溫度決定助教。最大允許功耗為PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA或絕對最大額定值中給定的數值，以兩者為準是比較低的。對于LM4871，TJMAX=150°C。對于不同包裝的θJA，請參閱應用信息部分或絕對最大額定值部分。

（4） 人體模型，100pF通過1.5kΩ電阻放電。

（5） 機器型號，220pF–240pF通過所有引腳放電。

（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區域電路板銅。

電氣特性（1）（2）

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

（1） 絕對最大額定值表示設備可能發生損壞的極限值。工作額定值表示設備可以正常工作，但不能保證特定的性能限制。電氣特性狀態直流和交流電氣確保特定性能極限的特定試驗條件下的規范。這假設設備位于運行額定值。對于沒有給出限制的參數，不能保證規格，但是，典型值是一個很好的指示設備性能。

（2） 除非另有規定，否則所有電壓均相對于接地針腳進行測量。

（3） 在25°C時，典型的CAL是參數化的。

（4） 對TI的AOQL（平均出貨質量水平）規定了限制。

電氣特性（1）（2）（續）

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

（5） 當從5V電源驅動3Ω或4Ω負載時，LM4871LD必須安裝在電路板上。

典型性能特征

NGN特性

該曲線顯示了LM4871LD在不同的環境溫度下，零件的暴露DAP為焊接到1oz.Cu的平面上，每個平面的標簽上都給出了面積曲線。此標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。無限散熱片和獨立（無散熱片）條件也是如此展示。

驅動3Ω和4Ω的PCB布局和電源調節注意事項

荷載

負載損耗的功率是電壓在負載和負載阻抗之間的波動的函數。作為負載阻抗降低，負載損耗越來越依賴于互連（PCB跟蹤和導線）放大器輸出引腳與負載連接之間的電阻。殘余痕跡電阻原因電壓降，導致電源在跟蹤中消散，而不是在負荷中按要求。例如，0.1Ω跟蹤電阻將4Ω負載消耗的輸出功率從2.0W降低到1.95W。此問題為隨著負載阻抗的減小，負載損耗的降低加劇。因此，保持最高負載損耗和最寬的輸出電壓擺動，連接輸出引腳到負載的PCB跟蹤必須盡可能寬盡可能。電源調節不良，對最大輸出功率產生不利影響。監管不力的供應量電壓隨負載電流的增加而減小。電源電壓降低導致凈空、輸出減小信號剪裁，降低輸出功率。即使使用嚴格的供應，跟蹤電阻也會產生與供應管制不力同樣有影響。因此，盡可能寬地進行電源跟蹤有助于保持輸出電壓的滿擺。

橋梁結構說明

如圖3所示，LM4871內部有兩個運算放大器，允許幾個不同的放大器配置。第一放大器的增益是外部可配置的；第二放大器內部固定在統一增益，反轉配置。通過選擇射頻比，設置第一放大器的閉環增益至Ri而第二個放大器的增益由兩個內部40kΩ電阻器固定。圖3顯示了放大器一作為放大器2的輸入，這兩個放大器產生的信號在震級，但相位外180°。因此，IC的微分增益為平均值=2*（Rf/Ri）（1）通過輸出Vo1和Vo2差驅動負載，放大器配置通常稱為建立了“橋接模式”。橋接模式操作不同于經典的單端放大器其負載一側連接到地面的配置。

橋放大器設計具有與單端配置相比的幾個明顯優勢，因為它提供差動驅動到負載，從而使輸出擺動加倍，以達到規定的電源電壓。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。可實現的增長輸出功率假定放大器沒有電流限制或被剪裁。為了在不造成過度剪裁的情況下選擇放大器的閉合環路增益，請參閱音頻功率放大器設計部分。差動橋輸出的另一個優點是無負載直流電壓。這是偏見的結果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。消除單端結構的輸出耦合電容強制單個電源放大器的半電源偏置電壓穿過負載。半電源偏置電壓產生的電流增加了內部IC功耗，并且我的永久性損壞負載如。

功耗

在設計成功的放大器時，無論是橋接放大器還是橋接放大器，功耗都是一個主要問題單端。橋放大器向負載輸送的功率增加的直接后果是增加內部功耗。方程2說明了橋梁的最大功耗點放大器在給定的電源電壓下工作，并驅動指定的輸出負載。PDMAX=4*（VDD）2/（2π2RL）（2）由于LM4871在一個封裝中有兩個運算放大器，因此最大內部功耗為4乘以單端安培發生器的倍。即使功耗大幅增加，LM4871也有在大多數工況和輸出負載下不需要散熱。從公式2中，假設5V電源和8Ω負載，最大功耗點為625 mW。最大功耗從方程2獲得的點不得大于公式3:PDMAX=（TJMAX–TA）/θJA所產生的功耗

對于SOIC封裝，θJA=140°C/W；對于PDIP封裝，θJA=107°C/W；對于VSSOP封裝，θJA=210°C/W，假設自由空氣運行。對于焊接到DAP焊盤上的NGN封裝，DAP焊盤可擴展為銅在PCB上1.0in2的面積，LM4871的θJA為56°C/W。對于LM4871，TJMAX=150°C。θJA可以減小通過某種形式的散熱。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是情況對熱沉熱阻和θSA是熱沉對環境熱阻的影響。通過添加額外的對于SOIC和VSSOP，LM4871周圍的銅面積，θJA可以從其自由空氣值減少包裝。將NGN封裝周圍的銅面積從1.0in2增加到到2.0in2面積的結果是θJA降低至46°C/W。根據環境溫度TA和θJA，可使用方程式3來計算IC封裝支持的最大內部功耗。如果方程式2的結果大于根據式3，則要么降低電源電壓，要么增加負載阻抗，θJA或者環境溫度降低。對于5V電源的典型應用，8Ω負載，且無額外散熱，最高環境溫度可能不違反最高溫度如果設備運行在最大功率附近，則結溫約為61°C耗散點和假設表面貼裝封裝。對于5V典型應用中的NGN封裝電源，4Ω負載，1.0in2銅區焊接到暴露的DAP焊盤上，最大環境溫度溫度約為77°C，前提是設備運行在最大功耗點附近。內部功耗是輸出功率的函數。如果典型操作不在最大功率附近消散點，環境溫度可提高。參考典型性能特征不同輸出功率和輸出負載的功耗信息曲線。

電源旁路

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

關機功能

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

正確選擇外部部件

在使用集成功率放大器的應用中，正確選擇外部元件是優化的關鍵設備和系統性能。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整體質量。LM4871是單位增益穩定，這給了設計師最大的系統靈活性。應使用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來獲得給定的輸出功率。輸入信號等于或大于1VRM可從音頻編解碼器等來源獲得。請參閱“音頻功率放大器”一節設計，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計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。這個值應該基于一些不同的原因，根據需要的頻率響應進行選擇。

輸入電容器尺寸的選擇

對于便攜式設計來說，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生嚴重的衰減。但在很多情況下演講者用于便攜式系統，無論是內部還是外部，幾乎沒有能力再現低于100Hz的信號150赫茲。因此，使用大的輸入電容可能不會提高實際的系統性能。除了系統成本和大小外，點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到其靜態直流電壓（名義上1/2 VDD）。這種電荷通過反饋來自輸出，并且容易在設備啟用時產生持久性有機污染物。因此，通過在必要的低頻響應的基礎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，還應仔細考慮旁路電容器的值。旁路電容器，CB，是減少開啟POP的最關鍵組件，因為它決定了LM4871打開。LM4871的輸出斜坡到其靜態直流電壓（名義上為1/2 VDD）的速度越慢打開的音量越小。選擇CB等于1.0μF以及較小的Ci值（在0.1μF至0.39μF），應產生幾乎無需單擊和無POP關閉功能。當設備工作時正確地說，（沒有振蕩或摩托艇），當CB等于0.1μF時，設備將更容易受到打開點擊和彈出。因此，除了對成本最敏感的產品外，建議所有產品的CB值等于1.0μF設計

音頻功率放大器設計

設計1W/8Ω音頻放大器

鑒于：

功率輸出1 Wrms

負載阻抗8Ω

輸入電平1 Vrms

輸入阻抗20 kΩ

帶寬100 Hz–20 kHz±0.25 dB設計者必須首先確定最小供電軌以獲得規定的輸出功率。通過推斷從輸出功率與電源電壓曲線圖中的典型性能特性部分來看，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是根據典型性能特性部分。

在大多數應用中，它被選為供電軌的標準電壓。額外的電源電壓創造了空間這使得LM4871能夠在不產生可聽失真的情況下重現超過1W的峰值。在這個時候設計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方程式5

根據方程式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結果在Ri=20kΩ和Rf=30kΩ的配置中。最后的設計步驟是滿足帶寬需求它必須表示為一對−3dB頻率點。五倍于-3dB點的距離為0.17dB通帶響應優于規定的±0.25dB。

fL=100Hz/5=20Hz

100kHz*20kHz=20kHz

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

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