探索LM4836：高性能立體聲音頻功率放大器的設(shè)計與應(yīng)用

在音頻功率放大器的領(lǐng)域中，TI的LM4836以其卓越的性能和豐富的功能脫穎而出，廣泛應(yīng)用于各種音頻設(shè)備。本文將深入剖析LM4836的特性、參數(shù)、性能以及在實際應(yīng)用中的設(shè)計要點，希望能為電子工程師們在音頻設(shè)計方面提供有價值的參考。

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一、LM4836概述

LM4836是一款單芯片集成電路，具備直流音量控制和立體聲橋式音頻功率放大器，能在低失真的情況下提供高功率輸出。它符合PC98和PC99標(biāo)準(zhǔn)，擁有直流音量控制接口、輸入多路復(fù)用器、系統(tǒng)蜂鳴檢測等功能，還具備“咔嗒和噗噗聲”抑制電路和熱關(guān)斷保護(hù)電路，適用于便攜式和臺式計算機(jī)、多媒體顯示器、便攜式收音機(jī)等多種設(shè)備。

二、關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)

輸出功率

在不同負(fù)載阻抗下，LM4836能提供不同的輸出功率。例如，在1% THD+N的條件下，LM4836LQ和LM4836MTE在3Ω負(fù)載時典型輸出功率為2.2W，4Ω負(fù)載時為2.0W；LM4836在8Ω負(fù)載時典型輸出功率為1.1W。

靜態(tài)電流

其關(guān)機(jī)電流典型值僅為0.2μA，能有效降低功耗。

三、電氣特性

整體IC特性

在 (V{DD}=5V) 和 (T{A}=25^{circ}C) 的條件下，LM4836的電源電壓范圍為2.7V - 5.5V，靜態(tài)電源電流典型值為15mA，關(guān)機(jī)電流典型值為0.2μA。

音量衰減器特性

衰減器范圍在不同條件下有不同的增益和衰減值，例如當(dāng) (V{pin 5} ≥4.5V) 時，增益為0 ±0.5 dB（最大）；當(dāng) (V{pin 5} = 0V) 時，衰減為 -73 - -70 dB（最小）。

單端模式和橋式模式特性

在單端模式和橋式模式下，LM4836的輸出功率、總諧波失真+噪聲（THD+N）、電源抑制比（PSRR）、信噪比（SNR）和通道分離度等參數(shù)都有良好的表現(xiàn)。例如，在橋式模式下，當(dāng) (THD + N = 1.0%) ， (f = 1kHz) ， (R_{L} = 3Ω) 時，輸出功率典型值為2.2W。

四、典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路展示了LM4836的各個引腳連接方式和外圍元件的配置。通過合理設(shè)置電阻、電容等元件的值，可以實現(xiàn)不同的功能，如音量控制、輸入選擇、靜音等。同時，電路中的邏輯輸入真值表明確了各個邏輯輸入的狀態(tài)與輸出的對應(yīng)關(guān)系，方便工程師進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試。

五、典型性能特性

MTE特定特性

通過一系列圖表展示了LM4836MTE在不同負(fù)載、不同頻率下的THD+N與輸出功率、頻率的關(guān)系，以及功率耗散與輸出功率的關(guān)系等。這些特性曲線可以幫助工程師更好地了解LM4836MTE在特定條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計和優(yōu)化。

非MTE特定特性

同樣通過圖表展示了非MTE型號在不同負(fù)載、不同頻率下的THD+N與輸出功率、頻率的關(guān)系，以及輸出功率與負(fù)載電阻、電源電壓的關(guān)系等。這些特性曲線為工程師在選擇合適的型號和設(shè)計參數(shù)時提供了重要的參考依據(jù)。

六、應(yīng)用信息

暴露DAP封裝PCB安裝注意事項

LM4836的暴露DAP（裸片附著焊盤）封裝（MTE和LQ）能提供低熱阻，實現(xiàn)芯片與PCB之間的快速熱傳遞。在安裝時，需要將DAP焊接到PCB上的銅焊盤，并通過過孔與大面積連續(xù)銅平面連接，形成散熱片。同時，根據(jù)不同的負(fù)載和環(huán)境溫度，需要合理選擇散熱面積，以確保芯片的正常工作和性能穩(wěn)定。

驅(qū)動3Ω和4Ω負(fù)載的PCB布局和電源調(diào)節(jié)注意事項

為了減少負(fù)載功耗的損失，連接放大器輸出引腳和負(fù)載的PCB走線應(yīng)盡可能寬，以降低走線電阻。同時，電源供應(yīng)的調(diào)節(jié)也非常重要，應(yīng)確保電源供應(yīng)的穩(wěn)定性，避免因電源電壓下降而導(dǎo)致輸出功率降低。

橋接配置解釋

LM4836由兩對運算放大器組成，形成雙通道立體聲放大器。通過外部電阻設(shè)置閉環(huán)增益，實現(xiàn)橋接模式驅(qū)動負(fù)載。橋接模式相比單端模式具有更高的輸出功率和更低的直流電壓跨負(fù)載，能有效提高音頻性能。

功率耗散

功率耗散是設(shè)計音頻放大器時需要考慮的重要因素。在單端模式和橋接模式下，LM4836的功率耗散計算公式不同。為了確保芯片的正常工作，需要根據(jù)環(huán)境溫度和負(fù)載情況合理選擇散熱方式，如增加散熱片、優(yōu)化PCB布局等。

電源旁路

適當(dāng)?shù)碾娫磁月穼τ诮档驮肼暫吞岣唠娫匆种票戎陵P(guān)重要。在LM4836的應(yīng)用中，需要在電源引腳和地之間連接1.0μF鉭電容進(jìn)行旁路，同時在旁路引腳和地之間連接電容 (C_{B}) ，以提高內(nèi)部偏置電壓的穩(wěn)定性和放大器的PSRR。

外部組件的正確選擇

為了優(yōu)化LM4836的性能，需要正確選擇外部組件。例如，輸入耦合電容的選擇應(yīng)根據(jù)揚聲器的頻率響應(yīng)和系統(tǒng)成本、空間等因素進(jìn)行綜合考慮。同時，增益的設(shè)置也應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行合理調(diào)整，以確保放大器的最低THD+N和最大信噪比。

優(yōu)化咔嗒和噗噗聲降低性能

LM4836內(nèi)部包含抑制咔嗒和噗噗聲的電路。通過調(diào)整旁路電容 (C_{B}) 的大小，可以改變設(shè)備的開機(jī)時間和“咔嗒和噗噗聲”的大小。同時，在單端模式下，可以通過并聯(lián)外部電阻來減少輸出電容的放電時間，降低瞬態(tài)干擾。

擴(kuò)展功能

LM4836還具備一些擴(kuò)展功能，如對接站功能、立體聲輸入多路復(fù)用器、蜂鳴檢測功能、微功耗關(guān)機(jī)、HP感應(yīng)功能、低音增強(qiáng)功能和直流音量控制等。這些功能為音頻設(shè)計提供了更多的靈活性和可能性。

七、設(shè)計實例

以驅(qū)動1W到8Ω負(fù)載為例，詳細(xì)介紹了音頻放大器的設(shè)計步驟。首先，根據(jù)輸出功率和負(fù)載阻抗確定最小電源電壓，然后計算所需的最小增益，接著通過輸入和反饋電阻設(shè)置放大器的整體增益，最后設(shè)置放大器的 -3dB頻率帶寬。通過這些步驟，可以確保LM4836在滿足功率要求的同時，保持低噪聲和THD+N性能。

八、推薦PCB布局

文檔提供了推薦的四層PC板布局，適用于8引腳LQ封裝的LM4836和相關(guān)外部組件。合理的PCB布局可以減少電磁干擾、提高散熱性能，從而保證LM4836的穩(wěn)定工作和良好性能。

總之，LM4836是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的音頻功率放大器。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和系統(tǒng)要求，合理選擇參數(shù)、優(yōu)化電路設(shè)計和PCB布局，以充分發(fā)揮LM4836的優(yōu)勢，實現(xiàn)高質(zhì)量的音頻輸出。你在使用LM4836的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。