深入解析LM4818音頻功率放大器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在音頻功率放大器的領(lǐng)域中，TI的LM4818是一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。它具有諸多出色的特性，廣泛應(yīng)用于各種音頻設(shè)備中。今天，我們就來深入探討一下LM4818的相關(guān)知識。

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一、LM4818概述

LM4818是一款單聲道橋式功率放大器，采用SOIC表面貼裝封裝。它能夠在5V電源下，向16Ω負(fù)載提供350mW RMS輸出功率，或向8Ω負(fù)載提供300mW RMS輸出功率，且總諧波失真加噪聲（THD+N）最大為10%。其顯著特點包括開關(guān)開/關(guān)咔嗒聲抑制、單位增益穩(wěn)定以及所需外部組件極少，非常適合用于通用音頻、便攜式電子設(shè)備和信息家電等應(yīng)用場景。

二、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

（一）絕對最大額定值

（二）工作額定值

（三）電氣特性

當(dāng)VDD = 3V時，部分參數(shù)也會相應(yīng)變化，例如靜態(tài)電源電流典型值變?yōu)?.0mA，輸出功率在16Ω負(fù)載下為110mW等。

三、外部組件說明

（一）組件功能

LM4818的典型應(yīng)用電路中涉及多個外部組件，它們各自有著重要的功能：

1. Ri和Rf：Ri與Rf共同設(shè)置閉環(huán)增益，Av = 2(RF / Ri)，同時Ri還與Ci構(gòu)成高通濾波器。
2. Ci：輸入耦合電容，用于阻擋放大器端子處的直流電壓，與Ri一起構(gòu)成高通濾波器，其截止頻率fc = 1/(2πRiCi)。
3. CS：電源旁路電容，對施加到電源引腳的電壓進行濾波。
4. CB：旁路引腳電容，對旁路引腳處的電壓進行濾波，其值對減少開機噗聲至關(guān)重要。
5. CB2：可選電容，大多數(shù)應(yīng)用中不需要，若不使用，引腳3應(yīng)直接連接到引腳2。

（二）組件選擇要點

1. 輸入電容Ci：其值的選擇需要綜合考慮頻率響應(yīng)、成本、空間以及開機噗聲等因素。對于低頻響應(yīng)要求不高的應(yīng)用，可選擇較小的值以減少噗聲；若要驅(qū)動低頻響應(yīng)好的揚聲器，則需選擇較大的值。例如，當(dāng)揚聲器低頻下限為150Hz時，Ci約為0.063μF；若要驅(qū)動響應(yīng)低至20Hz的揚聲器，可選擇0.39μF。
2. 旁路電容CB：其值對減少開機噗聲最為關(guān)鍵，建議值為1.0μF或更大，以確保LM4818輸出緩慢上升到靜態(tài)直流電壓，從而減小噗聲。

四、典型性能特性

（一）THD+N與頻率、輸出功率的關(guān)系

通過一系列圖表可以看出，THD+N與頻率和輸出功率密切相關(guān)。在不同的電源電壓、負(fù)載電阻和輸出功率條件下，THD+N會有不同的表現(xiàn)。一般來說，隨著頻率的升高，THD+N會有所增加；在相同頻率下，輸出功率越大，THD+N也可能會增大。

（二）輸出功率與電源電壓、負(fù)載電阻的關(guān)系

輸出功率與電源電壓和負(fù)載電阻也存在特定的關(guān)系。從圖表中我們可以發(fā)現(xiàn)，在一定的THD+N限制下，輸出功率會隨著電源電壓的升高而增加；對于不同的負(fù)載電阻，達到相同輸出功率所需的電源電壓也不同。

五、應(yīng)用信息

（一）橋接配置原理

LM4818由兩個運算放大器組成，外部電阻Ri和RF設(shè)置第一個放大器的閉環(huán)增益，兩個內(nèi)部20kΩ電阻將第二個放大器的增益設(shè)置為 -1。通過將負(fù)載放置在兩個放大器輸出之間，利用信號的180°相位差實現(xiàn)差分驅(qū)動（橋接模式），相比單端放大器，在相同電源電壓下可使負(fù)載兩端的電壓擺幅加倍，輸出功率提高四倍。

（二）功率耗散

功率耗散是設(shè)計音頻放大器時的重要考慮因素。對于單端放大器和橋接放大器，其最大功率耗散點的計算公式不同。LM4818作為橋接放大器，其最大內(nèi)部功率耗散是單端放大器的四倍，但在實際應(yīng)用中，需根據(jù)具體的電源電壓、負(fù)載電阻和環(huán)境溫度等因素，確保不超過最大允許功率耗散。

（三）電源旁路

適當(dāng)?shù)碾娫磁月穼τ贚M4818的低噪聲性能和高電源抑制比至關(guān)重要。旁路和電源引腳連接的電容應(yīng)盡可能靠近LM4818，以提高內(nèi)部偏置電壓的穩(wěn)定性，改善PSRR。旁路電容值的選擇需綜合考慮PSRR要求、咔嗒聲和噗聲性能以及系統(tǒng)成本和尺寸限制。

（四）關(guān)斷功能

通過向LM4818的SHUTDOWN引腳施加電壓來控制關(guān)斷功能。施加VDD可激活微功率關(guān)斷模式，此時放大器的偏置電路關(guān)閉，降低電源電流。邏輯閾值通常為1/2VDD，為實現(xiàn)低至0.7μA的典型關(guān)斷電流，應(yīng)盡可能使SHUTDOWN引腳電壓接近VDD?？赏ㄟ^單刀單擲開關(guān)、微控制器或微處理器等方式激活關(guān)斷功能。

六、設(shè)計示例

假設(shè)我們要設(shè)計一個音頻功率放大器，期望的參數(shù)如下：

• 功率輸出：100mW
• 負(fù)載阻抗：16Ω
• 輸入電平：1Vrms（最大）
• 輸入阻抗：20kΩ
• 帶寬：100Hz - 20kHz ± 0.25dB

設(shè)計步驟如下：

1. 確定最小電源電壓：通過典型性能特性中的輸出功率與電源電壓圖表，找到在1% THD+N下，16Ω負(fù)載獲得100mW輸出功率所需的電源電壓約為3.15V。考慮到增加電源電壓可提供更大的余量，避免輸出信號削波和失真，但需確保不超過最大耗散限制。
2. 計算最小差分增益：使用公式AVD ≥ √(P0RL) / (VIN)，計算得到最小增益為1.27 V/V。
3. 確定反饋電阻：已知輸入阻抗為20kΩ，根據(jù)公式RF / Ri = AVD / 2，計算得到反饋電阻RF為13kΩ。
4. 設(shè)置放大器帶寬：為實現(xiàn)所需的帶寬，根據(jù)公式Ci ≥ 1 / (2πRiIe)計算輸入耦合電容Ci的值，這里選擇標(biāo)準(zhǔn)值0.39μF。同時，考慮到放大器的閉環(huán)增益帶寬乘積，確保設(shè)計滿足要求。

七、總結(jié)

LM4818是一款性能出色的音頻功率放大器，具有多種優(yōu)勢和特點。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇外部組件，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的音頻性能。同時，在PCB布局時，要遵循相關(guān)的指南，避免出現(xiàn)噪聲耦合和干擾等問題。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地理解和應(yīng)用LM4818。大家在使用LM4818的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。