12. Power Audio Op-amps

Power Audio Op-amps

Een algemeen gebruik voor lineaire versterkers is om versterking te verschaffen voor audiosystemen. Een audioversterker ontvangt een invoersignaal van een microfoon, fonograafpatroon, cassettedeck of AM / FM-tuner. De uitgang van de versterker stuurt een luidsprekersysteem, een koptelefoon of een cassetterecorder aan. De hierboven genoemde invoerapparaten kunnen meestal gemodelleerd worden door een spanningsbron met een lage uitgangsspanning en een hoge bronimpedantie. Daarom moet de ingangsimpedantie van de versterker die dit apparaat volgt hoog zijn (veel groter dan de bronimpedantie van het invoerapparaat). Op deze manier laadt de versterker het invoerapparaat niet significant en wordt de versterking niet verlaagd.

De apparaten die worden aangedreven door de versterker hebben meestal een lage impedantie. De impedantie van een enkele luidspreker is bijvoorbeeld normaal 8 Ω. Mogelijk hebben deze apparaten bevoegdheden nodig in de volgorde 1 tot 10 W.

Power Audio Op-amps, operationele versterkers, op-amps, circuitsimulatie

Figuur 48 - De LM380-audiochip en optionele warmteafleider

Een variëteit van geoptimaliseerde audio-op-amps met verschillende vermogens, met verschillende uitgangsvermogens, is beschikbaar voor de elektronische ontwerpingenieur. Als voorbeeld presenteren we de LM380-audioversterker[1] die wordt gebruikt in consumentenapplicaties zoals phono- en tapedeck-versterkers, intercoms, lijndrivers, alarmen, tv-soundsystemen, AM / FM-radio's, kleine servodrivers en stroomomvormers. Het heeft een intern gefixeerde versterking van 50 (34 dB) en een uitgang die zichzelf centreert rond de helft van de voedingsspanning. Ingangen kunnen worden gerefereerd aan aarde of gebalanceerd. De eindtrap wordt beschermd door zowel kortsluitstroombegrenzing als thermische uitschakelcircuits. De versterker is verpakt in een 14-pin DIP-pakket zoals weergegeven in Afbeelding 48 (a).

De uitgangsstroom wordt geschat op 1.3 A-piek. Aangezien het apparaat wordt uitgeschakeld bij junctietemperaturen boven 150 oC, een koellichaam [Zie afbeelding 48 (b)] moet op de eenheid worden gesoldeerd. Het maximale uitgangsvermogen (met een warmteafleider) is 3.7 watt. Het apparaat is intern vooringenomen.

1De data en schakelingen worden geprint met toestemming van de fabrikant, National Semiconductor Corp. De student wordt aangespoord om de databoeken te gebruiken bij het ontwerpen van apparatuur met op-amps.

Figuur 49 toont de circuitconfiguratie van een complete phonoversterker. In dit circuit is een volume- en toonregeling opgenomen.

Power Audio Op-amps, operationele versterkers, op-amps, praktische op-amps, circuitsimulatie

Figuur 49 - Phono-versterker met LM380

12.1 Equivalent Circuit voor operationele versterkers

Als een bepaalde toepassing meer stroom nodig heeft dan kan worden verkregen met een enkele power-op-amp, kunnen we de brugconfiguratie van figuur 50 gebruiken.

Aangezien dit systeem tweemaal de spanningszwaai over de belasting als systeem met één apparaat biedt, wordt de vermogenscapaciteit theoretisch verhoogd met een factor 4 via de enkele versterker (voor een gegeven voedingsspanning). Omdat warmtedissipatie de beperkende factor bij dit ontwerp is, ontwerpen we het systeem meestal op een conservatieve manier en verdubbelen het slechts het uitgangsvermogen.

operationele versterkers, op-amps, praktische op-amps, circuitsimulatie

Figuur 50 - Brugconfiguratie voor hoog vermogen

12.2 Intercom

Figuur 51 toont een intercom met een op-amp en een paar externe componenten.

Met de dubbele tweestandenschakelaar (S1A-S1B) in de spreekpositie (zoals weergegeven in de afbeelding), vervult de luidspreker van het hoofdstation de functie van een microfoon, waardoor de op-amp wordt aangestuurd via een opvoertransformator. De externe luidspreker wordt aangestuurd via de uitgang van de power-op-amp.

Door S1A-S1B naar de luisterpositie te schakelen, wordt de rol van master en afstandsbediening omgekeerd. Nu de vanop luidspreker speelt de rol van de microfoon en stuurt de eindversterker door een step-up transformator. De hoofdluidspreker wordt nu aangedreven door de uitgang van de power-op-amp. De student moet de bedrading traceren met S1A-S1B in de luisterpositie om dit te verifiëren. Een step-up transformator met een beurtenverhouding van 1: 25 kan worden gebruikt, en de potentiometer, Rv, fungeert als de volumeregelaar.

operationele versterkers, op-amps, praktische op-amps, circuitsimulatie

Figuur 51 - Intercom

 

OVERZICHT

Dit hoofdstuk bouwde voort op het materiaal gepresenteerd in hoofdstuk “Ideale operationele versterkers ”, waar we ons concentreerden op de ideale operationele versterker. Hoewel deze belangrijke bouwsteen zich bijna als een ideale versterker gedraagt, moet de ontwerpingenieur de contrasten tussen het praktische apparaat en het ideale model begrijpen.

We begonnen het hoofdstuk met de differentiële versterker. We hebben gekeken naar de verschillende configuraties en overdrachtseigenschappen. Daarna hebben we gekeken naar de typische operationele versterker, inclusief verpakking en interne circuits. We hebben gekeken naar de manier waarop de fabrikant parameters voor de versterker specificeert.

Kenmerken van praktische op-amps werden vervolgens gepresenteerd, waaronder versterking, offsetspanning, biasstroom, common-mode rejection en uitvalverhouding van de voeding. Computersimulatiemodellen werden vervolgens overwogen, gevolgd door een gedetailleerde analyse van niet-inverterende en inverterende versterkers.

Het hoofdstuk werd afgesloten met verschillende ontwerpoverwegingen en voorbeelden. We hebben gekeken naar gebalanceerde inputs en outputs en koppeling tussen inputs. We hebben ook gekeken naar power audio op-amps, inclusief een voorbeeld van een intercomcircuit.

----

1De data en schakelingen worden geprint met toestemming van de fabrikant, National Semiconductor Corp. De student wordt aangespoord om de databoeken te gebruiken bij het ontwerpen van apparatuur met op-amps.