LM380 2.5W forstærker IC: Specifikationer, Funktion og Kredsløbsdesign

LM380 2.5W Audio Effektforstærker er en simpel mono Klasse-AB forstærker IC, der er designet til at øge et lille audiosignal, så det kan drive en højttaler. Denne artikel forklarer LM380 specifikationer, pinout, arbejdsprincip, spændingsforstærkning, kredsløbsdesigns, applikationer og almindelige alternativer.

Katalog

LM380 Oversigt

2.5W Audio Effektforstærker er en enkelt-kanals analog effektforstærker IC udviklet til forbruger- og generelle audio kredsløb. Den tager et lav-niveau audiosignal fra en kilde som en radio, mikrofon forforstærker eller audio kredsløb og øger dens spænding og strøm, så den kan drive en lav-impedans belastning som en højttaler.

En vigtig egenskab ved LM380 er dens internt faste spændingsforstærkning på 50 V/V, eller cirka 34 dB. Dette reducerer behovet for eksterne forstærkningsindstillingsmodstande og forenkler kredsløbsdesign. Dens indgang refereres til jord, mens udgangen automatisk biaserer sig selv ved cirka halvdelen af forsyningsspændingen. I et normalt enkelt-forsyning højttalerkredsløb bruges derfor en udgangskoblingskondensator til at blokere denne DC spænding, samtidig med at det forstærkede audiosignal når højttaleren.

LM380 giver også en relativt høj indgangsimpedans på 150 kΩ, hvilket reducerer belastningen på signalets kilde. Intern kortslutningsbeskyttelse og termisk begrænsning giver yderligere beskyttelse, når forstærkeren er overbelastet eller bliver for varm.

LM380 Funktioner og Specifikationer

Specifikation	LM380 Detaljer
Enhedstype	Mono audio effektforstærker
Forstærker type	Klasse-AB effektforstærker
Maksimal udgangskapacitet	Op til cirka 2.5 W under egnede driftsbetingelser
Forsyningsspændingsområde	10 V til 22 V
Spændingsforstærkning	Fast ved 50 V/V
Spændingsforstærkning i dB	Cirka 34 dB
Spidsudgangsstrøm	Cirka 1.3 A
Indgangsimpedans	Cirka 150 kΩ
Indgangsindstilling	Jordrefereret indgang
Quiescent effektforbrug	Cirka 0.13 W ved VS = 18 V
Quiescent udgangsspænding	Cirka halvdelen af forsyningsspændingen
Forvrængning	Designet til lav-forvrængnings audio forstærkning
Udgangs beskyttelse	Kortslutnings beskyttelse
Termisk beskyttelse	Intern termisk begrænsning
Forstærkningsjustering	Fast internt; ingen eksterne forstærkningsindstillingskomponenter nødvendige
Pakke stil	Standard dual-in-line pakke muligheder
Termisk design	Udvalgte pakke-pins kan hjælpe med at overføre varme til PCB kobber

Bemærk: Vurderingen på 2.5 W bør ikke tolkes som den udgangseffekt, der er tilgængelig under alle forhold. Den faktiske højttalerkraft afhænger hovedsageligt af forsyningsspændingen, højttalerens impedans, tilladelig forvrængning, udgangsspændingens sving og enhedens temperatur.

LM380 Pinout og Arbejdsprincip

LM380 14-Pins PDIP Pinout

Pin	Navn	Funktion
1	Bypass	Forbinder sig til det interne bias netværk. En bypass-kondensator kan tilsluttes jorden for at forbedre strømforsynings-rippelafvisning og reducere støj.
2	Ikke-inverterende indgang (+IN)	Accepterer det audiosignalsignal uden at vende dets polaritet.
3	GND / Køleflange-pin	Jordforbindelse, der også hjælper med at lede varme ind i PCB'en.
4	GND / Køleflange-pin	Jordforbindelse og termisk varmefordelingspin.
5	GND / Køleflange-pin	Jordforbindelse og termisk varmefordelingspin.
6	Inverterende indgang (−IN)	Accepterer et indgangssignal, der forstærkes med inverteret polaritet.
7	GND	Hoved jordreferencer for forstærkeren.
8	VOUT	Forstærket audio output. Normalt tilsluttet højttaleren gennem en output koblingskondensator i et enkelt strømforsynings kredsløb.
9	NC	Ingen intern forbindelse.
10	GND / Køleflange-pin	Jord- og varmeoverførselsforbindelse.
11	GND / Køleflange-pin	Jord- og varmeoverførselsforbindelse.
12	GND / Køleflange-pin	Jord- og varmeoverførselsforbindelse.
13	NC	Ingen intern forbindelse.
14	VS	Positiv forsyningsspændingsindgang.

LM380 8-Pin PDIP Pinout

Pin	Navn	Funktion
1	NC	Ingen intern forbindelse.
2	Ikke-inverterende indgang (+IN)	Hoved ikke-inverterende audiosignalindgang.
3	Inverterende indgang (−IN)	Inverterende audio indgang.
4	GND	Jordforbindelse.
5	GND	Yderligere jordforbindelse.
6	VOUT	Forstærket audio output.
7	VS	Positiv forsyningsspændingsindgang.
8	Bypass	Forbindelse til at omgå det interne bias netværk.

LM380 Audio Forstærker Block Diagram

Sådan fungerer LM380 Audio Forstærker

Schematic-diagrammet viser, at LM380 indeholder de vigtigste trin, der er nødvendige for at konvertere et lille audiosignal til et højere effekt signal, der er i stand til at drive en højttaler. Disse trin inkluderer en differentiel input-forstærker, internt bias netværk, spændingsforstærkningskredsløb og en Klasse-AB outputstadie.

Ved indgangen fodrer de ikke-inverterende og inverterende terminaler et differentielt transistor trin. Hver indgang har en intern modstand på cirka 150 kΩ til jord, hvilket giver LM380 sin relativt høje inputimpedans. Dette gør det muligt for en audio kilde at drive forstærkeren uden at blive belastet hårdt. Den specielle inputarrangement tillader også, at indgangssignalet refereres direkte til jorden.

De to interne 25 kΩ modstande omkring bypass-noden er en del af bias netværket. Dette netværk etablerer det korrekte interne arbejds punkt. Som et resultat falder output automatisk til cirka:

For eksempel, med en 18 V forsyning, er den hvilende output spænding cirka 9 V. Dette midpoint bias tillader det forstærkede AC signal at svinge både opad og nedad omkring arbejds punktet uden at kræve en negativ forsyning. TI identificerer specifikt denne automatiske halv-forsynings output centering som en nøgleegenskab ved LM380.

Efter det differentielle input trin passerer signalet gennem den interne spændingsforstærkningssektion. Intern feedback etablerer en fast lukket kredsløb spændingsforstærkning på cirka 50 V/V. Signalet når derefter output transistorene, som leverer den meget højere strøm, der kræves af en lavimpedans højttaler.

Fordi output pin indeholder en DC spænding tættere på halvdelen af forsynings spændingen, placeres en stor output koblingskondensator normalt mellem VOUT og højttaleren. Kondensatoren blokerer denne DC-komponent, mens den tillader det skiftende audiosignal at nå højttaleren.

Outputstadiet fungerer i Klasse AB, hvor de øverste og nederste output enheder leder i forskellige dele af audio bølgeformen med en lille overlapning omkring nul-krydsområdet. Denne ordning giver betydeligt mere output strøm end inputstadiet, mens den holder krydsningsforvrængningen relativt lav. TI klassificerer LM380 som en mono Klasse-AB audio effekt forstærker.

Schematic viser også intern biasering og beskyttelsesrelateret kredsløb omkring outputstadiet. LM380 tilbyder kortslutningsbeskyttelse og intern termisk begrænsning, som hjælper med at beskytte enheden under overdreven strøm- eller temperaturforhold. Denne beskyttelse fjerner ikke behovet for korrekt højttalerbelastning og tilstrækkelig varmeafledning.

LM380 Spændingsforstærkning og inputkrav

LM380 har en intern fast spændingsforstærkning på 50 V/V, svarende til cirka 34 dB. I modsætning til forstærkere, der kræver eksterne feedback-modstande for at indstille forstærkningen, fastsætter LM380 sin forstærkning internt, hvilket reducerer antallet af eksterne komponenter, der er nødvendige.

Forholdet mellem spændingsforstærkning kan udtrykkes som:

For LM380:

Av = 50

Derfor:

Vout = 50Vin

For eksempel vil et indgangssignal på 50 mV peak ideelt kræve et udgangssignal på:

Vout = 50 x 0.05 = 2.5V peak

Dette forhold gælder, mens forstærkeren forbliver inden for sine tilgængelige udgangsspændings- og strømgrænser. Hvis den nødvendige udgangsudsving bliver større, end LM380 kan levere fra den valgte forsyningsspænding og belastning, begynder signalet at klippe, hvilket medfører øget forvrængning.

I decibel beregnes spændingsforstærkning som:

 Av(dB) = 20log₁₀ (Av)

For en forstærkning på 50:

20log₁₀(50) = 34dB

LM380 har også en typisk indgangsimpedans på cirka 150 kΩ, hvilket gør det muligt at acceptere signaler fra mange relativt højimpedante lydkilder uden alvorlig belastning.

Indgangssignalet bør holdes inden for et niveau, der ikke kræver mere udgangsspænding eller effekt, end forstærkeren kan levere. Af denne grund placeres en volumenpotentiometer ofte før LM380-indgangen. Den dæmper overskydende kildesignaler i stedet for at ændre LM380's interne forstærkning.

For normal enhedsforsyningsdrift bliver indgangssignalet generelt AC-koblet, når den tidligere kilde har en uønsket DC-offset. LM380's indgangstrin er designet til at acceptere jordrefererede indgangssignaler, mens IC internt fastsætter de biasforhold, der er nødvendige for forstærkning.

En nyttig designafgrænsning er, at 34 dB er forstærkerens spændingsforstærkning, ikke dens udgangseffektvurdering. Den faktiske højtalerpower bestemmes af den tilgængelige udgangsspænding og strøm, højtalerimpedans, forsyningsspænding, forvrængningsgrænse og termiske forhold. LM380's specificerede udgangskapacitet når op til omkring 2,5 W under passende driftsforhold snarere end ved hver indgangs- eller belastningsbetingelse.

LM380 kredsløbsdesign

LM380 kan bruges i flere lydkredsløb. De eksterne modstande, kondensatorer, kontakter og transformatorer styrer, hvordan signalet kommer ind, forlader eller gives tilbage til IC'en.

LM380 Phono-forstærker

Dette kredsløb forstærker signalet fra en krystalkassette og sender det til en 8 Ω højtaler. Den 25 kΩ kontrol justerer volumen, mens den 10 kΩ kontrol og 0,05 µF kondensator justerer tonen.

LM380 kører fra en 18 V forsyning og forstærker lydsignalet. Den 500 µF udgangskondensator blokerer DC-spænding og sender lydsignalet til højtaleren. Den 2,7 Ω modstand og 0,1 µF kondensator hjælper med at holde forstærkeren stabil.

LM380 Broforstærker

Dette kredsløb bruger to LM380-forstærkere til at drive én højtaler. De to udgange fungerer i modsat fase, så højtaleren modtager en større spændingsudsving end med én LM380.

Denne broforbindelse kan producere mere udgangseffekt, men det øger også strømmen og varmen. Feedbackkomponenterne hjælper med at holde de to forstærkersignaler korrekt kontrolleret.

LM380 Intercom-kredsløb

Dette kredsløb bruger LM380 i en simpel tovejs intercom. TALK/LISTEN kontakten ændrer, hvilken højtaler der modtager eller sender stemmesignalet.

Transformatoren hjælper med at matche højtalersignalet til LM380-indgangen. IC'en forstærker derefter det svage stemmesignal og sender det gennem den 50 µF udgangskondensator til den fjerne højtaler.

LM380 Phase-Shift Oscillator

Dette kredsløb bruger LM380 til at generere en lydtone i stedet for at forstærke et eksternt signal. Tre RC-sektioner sender en del af udgangssignalet tilbage til det inverterende input.

Feedbacken producerer den faseforskydning, der er nødvendig for oscillation. Med de viste modstands- og kondensatorværdier genererer kredsløbet en tone omkring 4 kHz eller højere. Den 250 µF kondensator sender AC-udgangen til højtaleren, mens DC blokeres.

Almindelige LM380-applikationer

• Små højtalerforstærkere

• Bærbare radioer

• Phono-forstærkere

• Intercom-systemer

• Alarm- og advarselssystemer

• TV-lydsystemer

• AM/FM radio lydstadier

• Undervisnings- og uddannelseslyde kredsløb

• Liniedrivere kredsløb

• Små lydsignalmålere osv.

LM380 Sammenligning og alternativer

Funktion	LM380	LM386	LM384	TDA2822
Forstertype	Klasse-AB	Klasse-AB	Klasse-AB	Klasse-AB
Kanaler	Mono	Mono	Mono	Dobbelt / stereo
Typisk udgangskapacitet	Op til ca. 2,5 W	Lavere effektaudio-output	Op til ca. 5 W	Lav-effekt stereo eller bro-output
Forsyningsspænding	10–22 V	Designet til lavspændingsdrift	12–26 V	Ned til ca. 1,8 V
Spændingsforstærkning	Fast ved 50 V/V, ca. 34 dB	Normalt 20 V/V; justerbar op til 200 V/V	Fast intern forstærkning	Fast intern forstærkning
Batteridrift	Mindre passende	Meget passende	Mindre passende	Passende
Stereo drift	Kræver to IC'er	Kræver to IC'er	Kræver to IC'er	To kanaler i én IC
Hovedfordel	Enkel 2,5 W mono forstærker	Lavspændingsdrift og justerbar forstærkning	Mere effekt end LM380	Lavspændings stereo eller bro drift
Hovedbegrænsning	Fast forstærkning og højere forsyningskrav	Lavere udgangseffekt	Højere forsynings- og termiske krav	Lavere effekt end større audioforstærkere
Bedste valg for	Små højttalere med 10–22 V forsyning	Batteridrevne og små audio projekter	Applikationer, der har brug for mere effekt end LM380	Bærbare stereo audio kredsløb

Mekaniske dimensioner

Producent

Texas Instruments (TI) understøtter produktionen af LM380 audioeffektforstærkeren gennem sine etablerede analoge halvlederproduktions-, samlings-, test- og kvalitetskontrolsystemer. TI driver et globalt netværk af wafer-fremstillings- samt samlings- og testfaciliteter, hvilket gør det muligt for dem at kontrollere de væsentlige faser af produktionen fra behandlede halvlederwafere til emballering og endelig elektrisk test. Under fremstillingen bruger TI proceskontroller, statistisk proceskontrol, kvalifikationstest, funktionel verifikation og pålidelighedstest for at sikre, at enhederne opfylder deres elektriske specifikationer og kvalitetskrav.

Oftest stillede spørgsmål [FAQ]

1. Hvorfor bruger LM380 en fast spændingsforstærkning i stedet for justerbar forstærkning?

LM380 bruger en fast forstærkning på ca. 50 V/V eller 34 dB for at forenkle kredsløbsdesignet og reducere antallet af eksterne komponenter. Indgangsniveauet kontrolleres normalt med en volumenpotentiometer i stedet for at ændre forstærkerens forstærkning.

2. Hvad sker der, hvis indgangssignalet til LM380 er for stort?

Et stort indgangssignal kan tvinge udgangen ud over sin tilgængelige spændingsviftning. Når dette sker, bliver bølgeformen klippet, og audiostejlen øges.

3. Hvorfor placeres en stor kondensator normalt mellem LM380-udgangen og højttaleren?

LM380-udgangen ligger nær halvdelen af forsyningsspændingen under normal drift. Udganskondensatoren blokerer denne DC-spænding, mens den tillader AC-audiosignalet at passere til højttaleren.

4. Hvorfor kan LM380 blive varm, selv når den driver en lille højttaler?

LM380 er en Klasse-AB lineær forstærker, så en del af indgangseffekten omdannes til varme i stedet for højttalerkraft. Højere forsyningsspænding, tungere højttalerbelastninger og højere udgangsniveauer øger effektfordelingen.

5. Kan to LM380 IC'er bruges til at øge højttalerens udgangseffekt?

Ja. Et brokredsløb kan bruge to LM380-forstærkere med modsat faseudgange. Dette øger spændingsviftningen over højttaleren, men det øger også strømbehovet og varmen.

6. Hvorfor er LM380 mindre passende til lavspændings-batteridrevne enheder?

LM380 kræver en forsyning på ca. 10 V til 22 V, så det er mindre praktisk for kredsløb, der drives af en eller to små batterier. Lavspændingsforstærkere som LM386 eller TDA2822 kan være mere passende.

7. Hvad er formålet med bypass-stiften på LM380?

Bypass-stiften forbindes med det interne bias-netværk. Tilsætning af en bypass-kondensator kan forbedre forsyningsbølge-afvisningen og hjælpe med at reducere uønsket støj i forstærkeren.