LM386概述.docx
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LM386概述
、概述(Description):
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
二、特性(Features):
静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。
工作电压范围宽,4-12Vor5-18V。
外围元件少。
电压增益可调,20-200。
低失真度。
典型应用电路
TI700-mW低电压音频功率放大器
TPA711的特性及其应用
内容摘要:
本文主要介绍了美国TI公司的TPA711集成电路的工作原理、内部工作框和典型应用电路。
TPA711集成电路具有BTL和SE两种工作模式的特点,切换简单、方便、性能好和使用方便的优点,非常适用于小型电池的供电设备,如随身音响等应用场合。
关键词:
音频功率放大器桥式(BTL)单端(SE)切换
一、简介:
TPA711集成电路是TI专为内置扬声器,外接耳机,为低电压场合应用而开发的桥式(BTL)或单端(SE)音频功率放大器。
在3.3V工作电压下,它可在音频范围内,BTL(8Ω负载)工作模式下,输出总谐波失真与噪声值小于0.6%,250mW的连续功率。
尽管TPA711具有20kHz以上的工作特性,但其在更窄频段的应用场合,如无线通信场合,效果最佳。
BTL电路在大多数应用场合,输出端可以省掉耦合电容器,这点对小型电池的供电设备特别重要。
当需要驱动耳机时,TPA711不寻常的特点是可使放大器快速实现从BTL到SE模式切换。
这样,省掉了使用机械开关或附属连接装置。
对功率敏感的应用场合,TPA711可以在关断模式下工作,借助于专用消噪声电路消除扬声器的噪声。
TPA711有8脚SOIC和MSOP两种表面安装的封装形式,它们可以减少50%的电路板面积和40%的高度。
图1、图2分别表示其外形图和内部工作框图。
表1表示其引脚功能。
二、工作特性和外形图
1.工作电压范围3.3V~5V;
2.额定工作电压范围2.5V~5.5V;
3.输出功率;
①700mV,当VDD=5V,BTL,RL=8Ω
②85mV,当VDD=5V,BE,RL=32Ω
③250mV,当VDD=3.3V,BTL,RL=8Ω
④37mV,当VDD=3.3V,SE,RL=32Ω
4.关断控制
①IDD=7μA,当3.3V;
②IDD=50μA,当5V;
5.BTL/SE转换控制;
6.热保护和短路保护;
7.集成消噪声电器;
8.表面安装封装;
①SOIC
②PowerPADTMMSOp
外形如图1所示。
图1D或DGN封装顶视图
D-小外形塑封(SOIC)
DGN-有导热焊盘的小外形塑封(MSOP)
三、工作框图及引脚功能:
图2示出的是工作框图,表1列出了引脚功能。
图2工作框图
表1引脚功能
引脚
输入/输出
功能
名称
引脚号
旁路
2
输入
当用作音频放大时,这个端子应加一个0.1μF-2.2μf的电容
地
7
输入
接地
音频输入
4
输入
音频信号输入
SE/BTL转换
3
输入
当SE/BTL为低时,TPA711工作于BTL模式,反之,SE模式
关断
1
输入
这个端子为高时,(IDD=7μA)器件关断
电源
6
输入
电源电压端
V0+
5
输出
SE/BTL的输出正端
V0-
8
输出
SE/BTL的输出负端
四、参数测试电路:
图3、4分别表示BTL、SE模式测试电路图,用以测量电路的参数。
图3BTL模式测试电路
图4SE模式测试电路
五、典型应用
1.桥式输出与单端输出(BTL/SE)模式:
图5给出了工作于BTL模式下的音频功放电路图。
TPA711内有两个线性功放来驱动负载。
它们工作于差动方式。
这样相对于参考地电位,它的输出功率较大。
图5桥式电路图
输出功率可由下式计算:
(1)
在便携式音频设备中,电路供电电压为3.3V。
在8Ω负载单端输出62.5mW的情况下,桥式可输出4×62.5=250mW。
即有6dB的功增加。
在增加功率输出的同时,对频率响应也应加以注意。
在图6所示的SE(单端)输出情况下,接至负载的隔直耦合电容Cc是必不可少的,该电容器的容量比较大(3.3μF~1000μF),重量也较大,占印刷电路板的面积大,价格较贵。
这个电容对系统的低频响应影响很大。
这是由于这个电容和负载间形成的高通滤波而造成的。
角频率可由下式计算:
(2)
图6单端电路和频率响应图
例如,在8Ω负载,输出耦合电容为68μF时,将对293Hz以下的频率加以衰减。
而在BTL模式下,抵消了直流失调电压,省掉了输出输出耦合电容,低频特性只取决于输出回路和扬声器特性。
同时电路体积和造价也相应降低。
2.BTL放大器效率:
线性放大器的效率低,这主要是因于输出功率管上的管压降。
首先是功率输出管上的直流压降和输出功率成反比,其次是由于正弦波本身的原因。
管压降可由VDD减去输出电压的RMS(均方根值)值得到,管压降乘以电源电流的RMS,即可算出管耗。
虽然流过BTL,SE功率负载的电压,电流都是正弦波,但是电源电流的波形是很不相同的。
在SE模式下的电流波形是半波,而在BTL模式下是全波,这就意味着它们的波形因数(因子)不同,参见图7。
利用下面的公式可以计算放大器的效率:
(3)
式中:
图7BTL放大器的电压、电流波形
(4)
表2给出了输出功率不同条件下计算得到的效率。
当输出功率低时,电路效率也低,随着输出功率的增加,电路的功率也增加。
在正常工作范围内,内部功耗几乎为恒定值。
从方程(4)可以看出,电源电压VDD下降,电路效率增加。
表23.3V8ΩBTL模制中效率与输出功率的关系
输出功率(W)
效率(%)
峰值到峰值的电压
内部功耗
0.125
33.6
1.41
0.26
0.25
47.6
2.00
0.29
0.375
58.3
2.45
0.28
*高的峰值电压值引起总谐波失真增大。
3.典型应用电路
图8是一个典型便携式音频放大电路,电路电压增益为-10。
图8TPA711应用电路
下面讨论图8中电路元器件的选用。
4.元件选用:
增益设定电阻RF,R1。
在BTL工作模式下,TPA711的增益由RF,R1由公式5决定:
(5)
公式(5)中系数-2是由于BTL电路在输出端桥式电路输出对称波形幅度较SE大一倍的原因。
假定TPA711是一个MOS放大器。
输入阻抗很高,那么输入电流就很小,电路噪声随RF的增加而增加。
同时,RF的取值应有一个范围,以确保电路正常工作。
假定放大器的反相输出端等效阻抗为5~20kΩ,则电路等效阻抗可由等式(6)决定。
(6)
举例,假定R1=10kΩ,RF=50kΩ,则在BTL模式下电路电压效益为-10,反相端输入等效阻抗为8.3kΩ,这个取值在推荐范围内。
对于高性能应用场合,R1,RF选用金属膜电阻,这样可降低电路噪声。
当RF大于50kΩ时,由于RF和MOS输入回路容抗的作用,会使电路工作不稳定。
这时可在RF两端并一个5pF的电容。
这样RF,CF可形成一个低通滤波回路,回路的截止效率可由等式(7)决定。
(7)
例如,当RF=100kΩ,CF=5pF时,fco=318kHz,这足以超过音频范围。
5.输入电容C1:
在实际应用中,C1可使TPA711的偏置电压稳定,这对确保电路稳定工作很重要。
在本例中,C1,R1形成一个高通滤波回路,其角频率由方程(8)决定。
(8)
电容C1的取值对稳定电路偏置电压影响较大。
当R1=10kΩ时,为得到低至40Hz的平坦响应特性,可由等式(9)决定C1取值。
(9)
在本例中,C1为0.40μF,实际应用中C1取值范围为0.40μF~1μF。
C1取值还要考虑的影响是通过R1,RF的漏电流,这个漏电流会在电路输出端产生一个失调电压,从而影响输出功率,这点在高增益场合下的影响更明显,所以实用中C1应选用钽电容或瓷片电容。
当使用有极性电容时,正极应接在电路的输入端,这是因为输入端的直流电位为VDD/2的原因,它比信号源的直流电压要高,电容的极性要正确,这点在使用中很重要。
6.电源去耦电容CS:
TPA711是一个高性能的CMOS音频放大器,为了使电路的总谐波失真尽可能低,则要求电源的去耦要好。
电源的去耦还可以消除由于电路的扬声器引线过长而引入的振荡。
比较好的去耦是采用不同类型的两个电容并联,小容量,低等效串联电阻(ESR)的小容量电容用来吸收高频噪声干扰,如电火花,在引线上数字杂乱干扰躁声等。
而对滤除低频噪声信号,应选用铝电解电容器,容量应大于10μF。
7.中路旁通电容CB:
电容CB有几个作用:
1)在电路启动或由关断模式的再启动情况下,CB决定电路的启动速率;
2)可降低因输出驱动信号耦合引起电源产生的噪声信号;
3)可减少电路启动的扑扑声。
为使电路启动扑扑声尽量小,CB可由方程(10)决定:
(10)
作为一个例子,取CB=2.2μF,C1=0.47μF,CF=50kΩ,R1=10kΩ,将这些值人入方程(10)得出:
18.2≤35.5
可见满足方程(10)。
为使电路总谐波失真小,CB应该用等效串联电阻ESR小的瓷片电容或钽电容。
8.单端工作状态
在单端(SE)工作状态下(见图9),负载由VO+驱载。
在单端模式下,增益由等式(11)的RF,R1决定。
(11)
在SE模式下,输出耦合电容的选择也很重要,CC对电路其它元件的取值也有影响。
它应满足以下公式(12)。
(12)
9.输出耦合电容CC:
在典型的单电源单端(SE)情况下,CC用来在电路输出端与负载间隔直,电路的高通频率由等式(13)决定。
(13)
电容CC的缺点是影响电路频响的下限值,从而影响电路的低频响应。
为使下限频率足够低,CC取值应足够大。
一般对4Ω,8Ω,32Ω,47Ω的负载,CC应选用330μF以上。
表3给出了不同的取值情况下,电路的频响特性。
表3单端输入时负载阻抗与电路低频特性间的关系
RL
CC
最低频率响应
8
330μF
60Hz
32
330μF
15Hz
47000Ω
330μF
0.01Hz
如表3所示,8Ω负载比较合适,耳机频响特性也很好。
10.SE/BTL工作模式:
TPA711可以很方便地在SE和BTL工作模式下实现转换,这是它最重要的特性,这对电路负载既有扬声器又有耳机的场合下特别有用。
当控制端SE/BTL为L时,电路工作于BTL模式,当SE/BTL为H时,电路工作于SE模式。
SE/BTL的控制输入可以是一个TTL逻辑电源,更常用的是采用图9所示的电阻分压网络。
图9TPA711电阻分压网络电路
当耳机未插入时,耳机开关闭合,由100kΩ电阻分压网络提供一个低电平SE/BTL端子,当耳机插入时,电阻1kΩ切断,分压网络为SE/BTL端子提供一个高电平,从而完成SE/BTL工作模式转换。
11.采用低等效串联电阻电容:
本电路所有电容都应采用低等效串联电阻的电容,这对提高电路性能很有意义。
12.5V和3.3V工作:
TPA711可以在3.3V~5V范围内正常工作。
提供电压不同,输出功率不同。
每个TPA711的动态范围为(VDD-1)伏,而对3.3V工作电压下,当VO(PP)=2.3V时,电路出现限幅,对5V供电,VO(PP)=4V时,电路出现限幅。
13.动态范围和热设计:
在正常工作状态下,线性放大器会产生很大的功耗,对典型的CD需要12dB~15dB的动态范围。
对TPA711在5V供电电压,负载为8Ω的情况下,它可以输出700mW的峰值功率。
现将功率值转变为dB值。
有:
PdB=101gPw=101g700mW=-1.5dB
可得到无失真条件下的电路动态范围
-1.5dB-15dB=-16.5(15dB的动态范围)
-1.5dB-12dB=-13.5(12dB的动态范围)
-1.5dB-9dB=-10.5(9dB的动态范围)
-1.5dB-6dB=-7.5(6dB的动态范围)
-1.5dB-3dB=-4.5(3dB的动态范围)
再次将分贝值转换为功率值:
Pw=10PDB/10
=22mW(15dB动态范围)
=44mW(12dB动态范围)
=88mW(9dB动态范围)
=175mW(6dB动态范围)
=350mW(3dB动态范围)
表4给出了TPA711在额定功率5V,8Ω,BTL模式下的峰值输出功率,平均输出功率,功耗,最高环境温度间的关系。
表4表明,TPA711可以在DGN封装条件下不使用散热片,在环境温度高达110℃时输出700Mw。
D封装下环境温度34℃,不使用散热片,输出功率700Mw。
表4
峰值输出功率(mW)
平均输出功率
功耗(mW)
D封装(SOIC)
DGW封装(MSOP)
最高环境温度
最高环境温度
700
700Mw
675
34℃
110℃
700
350mW(3Db)
595
47℃
115℃
700
176mW(6dB)
475
68℃
122℃
700
88mW(9dB)
350
89℃
125℃
700
44mW(12dB)
225
111℃
125℃
(摘译自TI产品资料:
SLOS230a-NOVEMBER1998-REVISEDJANUARY1999)
这是一种输出电压连续可调的集成稳压电源,输出电压在1.25-37V之间连续可调,输出最大电流可达1.5A。
电路简单,很适宜电子爱好者自制,可用于各种小电器供电。
工作原理
电路原理图见图1。
LM317输出电流为1.5A,输出电压可在1.25-37V之间连续调节,其输出电压由两只外接电阻R1、RP1决定,输出端和调整端之间的电压差为1.25V,这个电压将产生几毫安的电流,经R1、RP1到地,在RP1上分得的电压加到调整端,通过改变RP1就能改变输出电压。
注意,为了得到稳定的输出电压,流经 R1的电流小于3.5mA。
LM317在不加散热器时最大功耗为2W,加上200×200×4mm3散热板时其最大功耗可达15W。
VD1为保护二极管,防止稳压器输出端短路而损坏IC,VD2用于防止输入短路而损坏集成电路。
元器件选择与制作
元器件清单见下表。
编 号
名 称
型 号
数 量
R1
电阻
100Ω
1
RP1
可调电阻
5.1K
1
C1
电解电容
2200u/50V
1
C2
涤纶电容
0.33u
1
C3
电解电容
10u/50V
1
C4
电解电容
100u/50V
1
VD1、VD2
整流二极管
IN4002
2
U
整流全桥
3A/50V
1
IC
可调三端稳压
LM317
1
T
电源变压器
28V
1
本机焊接完成检查无误即可正常使用,无需调试。
但焊接时要注意,电容C2应靠近IC的输入端,C3应靠近IC的输出端,这样能更好地抑制纹波。
、自动洗手器
自动洗手器的电路原理如图一所示。
220V交流电路经变压器T降压,变为低压交流电,经整流滤波,成为低压直流,再经三端集成稳压电路7806稳压,得到6V直流电供给控制电路工作。
H1为红色发光二极管,作为电源指示。
N2为红外接收电路SFH506-38,N3为锁相环音频译码器LM567,N3与R3、C6组成振荡器,R3、R6决定N3内部压控振荡器的中心频率,LM567的3脚为信号输入端,8脚为逻辑输出端,其输出端为OC门输出,最大灌电流为100mA,LM567的工作电压为4.75V~9V,工作频率可从零点几赫兹到500千赫,静态工作电流为8mA。
N4为NE555定时器,它与外围元件组成单稳态定时电路,其目的是在人手偶尔偏离了红外线的探测范围时,能保证洗手器的正常出水。
LM567芯片5脚输出的振荡信号经三极管功率放大后,推动红外发射二极管VD向外发射红外线。
没有人洗手时,红外接收电路N2接收不到VD向外发射的红外线,N3的3脚无信号输入,8脚为高电平,N4的3脚为低电平,三极管截止,继电器K断电处于释放状态,电磁阀Y不动作,洗手器无自来水放出。
当人手放到洗手器下时,N2接收到人手反射的红外线并经N2放大后,输入到N3的3脚,由N3内部处理后使N3的8脚输出低电平,从而使N4的低触发端2脚变为低电位,导致N4的3脚输出高电平,三极管导通,继电器J1吸合,使其常开触点闭合,接通电磁阀Y的220V交流电源,Y开始动作,使洗手器放出自来水,供人们洗涤之用,同时发光二极管LED2发出绿光,指示洗手器正工作于放水状态。
洗涤完毕,人手离开洗手器后,N4延时几秒钟后复位,使洗手器停止放水。
图1中,变压器T采用220V/9V小型交流变压器,VD为PH303红外发射二极管,VT1为8050三极管,VT2为9013三极管,J1采用JRX-13F、6V小型直流继电器,Y采用市售的220V交流电磁阀,其余元件型号与数据见图1中所标参数。
2、自动干手器
自动干手器电路图如图二所示,电路由红外发射部分与红外接收控制部分组成。
红外发射部分由555时基电路产生频率为5kHz,占空比为50%的方波信号,驱动红外发射管发射红外线。
在手置于干手器下部时,由于手对红外线的反射作用,接收电路中的PH302将接收到的红外线变成电信号,经IC1、IC2、IC3组成的选频放大器,其输出信号经放大、整形、滤波变成直流信号进人比较器IC4。
比较器的门限电压为7V,设置较高,其目的是提高电路的抗干扰能力。
当IC4的输人电平超过7V时,其输出变为低电平,触发IC5定时器开始定时,同时该定时器的3脚变为高电平,使3DG130导通,继电器触点吸合,接通电阻丝和风机。
在定时器的2脚设置了手动开关S1,可进行手动操作,还可通过S2选择冷风或热风。
电阻色码表
作者:
未知文章来源:
0net.CN更新时间:
2006-1-2【VIVI收藏】【字体:
小大】
电阻色码表
颜色
值
乘数
容差
(%)
黑
0
0
-
棕
1
1
±1
红
2
2
±2
橙
3
3
±0.05
黄
4
4
-
绿
5
5
±0.5
蓝
6
6
±0.25
紫
7
7
±0.1
灰
8
8
-
白
9
9
-
金
-
-1
±5
银
-
-2
±10
无
-
-
±20
例 1
(棕=1),(黑=0),(橙=3)
10x103=10kohm
容差(金)=±5%
例 2
(黄=4),(紫=7),(黑=0),(红=2)
470x102=47kohm
容差(棕)=±1%
触摸屏技术的结构原理及应用
王军亮
摘 要 综述了触摸屏的技术原理及其应用价值。
电脑操作只用屏幕点触方式简便快捷达到操作目的,这是世界上电脑能广泛普及运用的总趋势之一。
只要有点菜单操作概念,就可即学即用。
现对这一技术的几种原理及其应用作以
综述。
触摸屏技术主要就是快速准确地处理随机触摸点坐标的技术,一旦立即解决这一首要问题,剩下的问题就与鼠标作用过程相同。
目前成熟的触摸屏技术有4种,即红外线式、五线电阻式、表面声波式、电容式,其原理分述如下。
1 红外线式触摸屏
在屏幕前框架的左边(y轴)和下边(x轴)分别装有红外线发射管,各自的对边又装有对应的接收管(如图1),管的排列密度与其分辨率有关。
工作时在屏幕前形成纵横交叉的红外线矩阵,用户的手指触摸点将阻挡经过该点的横竖两方向的红外线,通过接收管,计算机便由此参数计算出触摸点的位置,再执行对计算机的操作目的。
红外触摸屏的矩阵电路及微处理器控制电路都装在屏前的框架内,并通过键盘接口直接与主机通讯,不需独立电源。
其价格低,安装简易,但由于发射、接收管排列有限,分辨率不高,且怕外界红外光的干扰及不防水防尘、框架易碎等缺点,主要应用于室内站台等简单操作的地方。
图2 四线电阻触摸屏技术
五线电阻触摸屏的新特点是把外层电阻层只用作导体层,作为五线中其中一线,即使有裂损,只要不断裂开,对侦测计算不受影响,这无疑大大增强了使用寿命。
而在内层电阻涂层中则把四线电阻技术中纵横电压分布场技术创造性巧妙的应用在同一涂层中,其结构分布如图3。
在由金属氧化物构成的细密条的x轴上形成正向电压差,经过中值点又形成反向电压差,构成同面四线模式。
内外涂层仍用绝缘透明隔离点隔开。
当按压时内外涂层间有一触点接通,致使左侧向下电压的上端某处有不同阻值的分压产生,据此控制器计算出该触点的水平坐标值。
内涂层上每一触点都有不同对应的x轴坐标值。
触点y轴方向的坐标则是由控制器测定从内涂层经触点流入外涂层(五线之一)的电流值确定出的。
五线电阻触摸屏除使用寿命大大超过四线式35倍,达3500万
次外,其透光率和清晰度也很高,由于工作在与外界封闭隔离状态,不怕污染,环境适应性好。
它的另一个突出特点是分辨率很高,能分辨很尖细触针的触动,但怕锐器的硬戳。
图4 表面声波技术触摸屏
其各自同方向的屏边及对边都刻有45°用于反射波导向的由疏到密间隔非常精密的反射条纹(其参数与波长有关)。
沿着对边传导波的末端———即显示屏的右上角又分别对应安装着超声波x轴y轴接收换能器。
工作时,由表面声波屏的控制器产生5.53MHz的高频电信号送经换能发射器分别发出相互垂直的超声波,形成动态超声波矩阵波面,当这一工作面上有触点时将吸收通过该点的声能,换能器接收到这一改变后通知控制器确定出该触点的坐标值[2]。
目前,表面声波触摸屏独一无二的突出特点是,它能感知第三轴(z轴)坐标。
由于其分辨率、精度和稳定性非常高,能对手指触点的压力大小产生的信号衰减量分辨清晰,故可轻松得到数据。
这一自由度值可用于特殊控制,如医用三维立体断层扫描仪中对连续深层图象的浏览和选择等。
表面声波屏由于没有氧化金属涂层,其清晰度非常好;它的强化玻璃屏有很高的防刮擦能力,但怕其它频率很近和倍频的超声、强声和振动,也怕屏幕的污染,故适合室内办公室、研究室等范围。
4 电容技术触摸屏
其结构最为简单。
它是在紧贴显示屏前的双夹层玻璃中涂有一层透明的氧化、金属导体层,四角引出四个电极受控于控制器。
通过引线,夹层导体中有高频电流流动(如图5)。
由于人体电场的存在,触摸点手指与屏幕内涂层构成一个微小的耦合电容,而高频电流对于通过
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