MD2103 (ChipSourceTek)
3W mono audio power amplifier

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MD2103
3W 单声道带关断模式音频功率放大器
MD2103
Datasheet
Version 1.0
ShenZhen ChipSourceTek Technology Co. ,Ltd.
TEL: +86-0755-27595155 27595165 FAX: +86-0755-27594792
Room 613,No B Xingxinyuan Business Building,baomin 2nd road,Bao'an Zone,Shenzhen city,China
For detailed product information, please contact wyj_use@163.com Tony.Wang@ChipSourceTek.com
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一.概述
MD2103 是一种桥工音频功率放大器,使用 5V 电源,且 THD+N≤1.0%时,能给一个 4Ω的负载提
供 2W 的平均功率。
MD2103 音频功率放大器是为提供高质量的输出功率而设计的,需要很少的外围设备,便可以提供
高品质的输出功率。
MD2103 不需要输出耦合电容,具有高电平关断模式,非常适合低功耗的便携式系统。MD2103
以通过外部电阻控制增益,并有补偿器件保证芯片的正常工作。
. 重要规格
11KHz,接 4Ω负载(MD4871ME),平均输出功率为 2WTHD+N
21kHz,接 4Ω负载,平均输出功率为 3W THDN
3.关断电流
0.6 μA (典型)
4.输入电压范围
2.0~5.5V
1%(典型)
10(典型)
三.特征
1. 无输出耦合电容
2. 外部电阻可调增益
3. 整体增益稳定
4. 热敏关断保护电路
5. 小尺寸 (SOP-8)封装形式
四.应用
1. 个人电脑
2. 便携式消费类电子产品
3. 无源扬声器
4. 玩具及游戏机
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五.芯片封装引脚分布
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六.典型应用
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七.绝对最大额定值
电源电压
存储温度
输入电压
功耗
ESD磁化系数(人体模型)
ESD磁化系数(机器模型)
结温
6.0V
65℃~+ 150
0.3VVDD +0.3V
内部限制
3000V
250V
150
焊接信息
气化态(60 )
红外线(15 )
热阻
θJC (典型)
θJA (典型)
215
220
35°C/W
140°C/W
八.工作额定值
温度范围:TMINTATMAX
电源电压
40 ℃≤TA+ 85
2.0VV DD5.5V
九.电学特性
1、除非另外指明,以下都是VDD=5VRL =8Ω, 限制应用在TA =25
符号
参数
条件
MD4871
标准
限制
单位 (限制)
VDD 电源电压
20
25
V (最小)
V (最大)
IDD 静态电流
ISD 关断电流
VOS 输出失调电压
VIN = 0V, IO=0A
VSD=VDD, VIN=0V
VIN = 0V
THD=1%(最大);f=1KHz
3.5 8 mA(最大)
0.6 2
μA
5.0 50.0 mV(最大)
RL=4Ω
2
PO
输出功率
RL=8Ω
THD=10%(最大);f=1KHz
1.2
W
RL=4Ω
RL=8Ω
3
2
W
PSRR 电源抑制比
VDD=4.9V5.1V
20Hzf20KHz
65
dB
THD+N 总谐波失真
RL=4Ω,PO=1.6W
RL=8Ω, PO=1W
0.1
0.1
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十、外围元器件描述
器件
功能描述
1Ri
2Ci
3Rf
4Cs
5CBB
Rf一起设置闭环增益的输入电阻,同时还与CI形成了高通滤波器,且fC1/(2πRICI)
输 入 耦 合 电 容 , 主 要 用 于 隔 离 运 放 输 入 端 的 直 流 电 压 , 同 时 还 与 输 入 电 阻 RI 构 成 高 通 滤
波器,fC1/(2πRICI)
Ri共同设置闭环增益的反馈电阻。
提供电源滤波器的电源旁路电容,参照“应用信息”部分设置和选取恰当的旁路电容。
VDD /2 参考电压Bypass引脚的滤波电容,参照“应用信息”部分设置和选取恰当的旁路电容
十一、应用信息
1. 桥式输出结构说明
由电路原理图中可知,MD2103 有两对放大器组成,且其结构有稍微的差异。前级输入运放 的增
益可在芯片外部进行设置,而后级输出运放在芯片内部已经设置了反向的单位增益。芯片输入运放的闭
环增益由RfRI进行设置,而输出运放的增益则由芯片内部的两个 40kΩ的电阻所 固定。图 2 所示前级
运放的输出作为下级运放的输入,导致两级运放的输出信号大小保持一致,仅相位相差 1800,因此,
芯的增益应为:
A VD = 2 (Rf / Ri)
当在输出端VO1VO2之间接上不同的负载时,运放就建立了“桥式模式”。桥式模式工作方 式与
通常应用时负载一端接地的单端模式不同。桥式运放在设计上也与单端模式有所差异,例 如在对负载
提供驱动能力上,其输出幅度是输入电压的两倍。从而,在相同条件下与单端模式 相比可提供四倍的
输出功率。这就在不限制电流和发音清晰的情况下提高了输出功率。为了选 择合适的闭环增益而不试
用额外的喇叭系统所使用的高频传感器回路,请参考“音频功放设计”部分。
应用与耳机音频功放中的桥式结构,同样优于单端运放。因为不同的输出信号VO1VO2 的中心电
平为VDD/2,不存在与地之间的直流电压。还省掉了在单端单电源 (单端输出)模式结构中 需要的输
出耦合电容。如果在单端输出运放中不加入输出耦合电容,其V DD /2 电压就直接通过负 载到地将导致
芯片内部功耗增大,同时还会损坏喇叭。较大输出耦合电容(如 470uF)与负载 (8Ω)构成了一个高通
滤波器来防止低频响应。这种结构不会对小于 20Hz以下的信号产生响应,但是要在PCB板的尺寸和系
统成本,低频响应之间进行折中考虑。
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2. 功率损耗
功率损耗是在设计一个成功的运放(不管是桥式还是单端)时所主要关心的。桥式运放提 升功率
的一个直接的结果就是芯片内部功耗的增加。式(1)中示出了一个桥式运放在给定的电 源电压下驱动
一个指定的输出负载时的最大功耗。
PDMAX=4(VDD)2/(2π2RL)
(1)
因为 MD2103 在同一个芯片封装中有两个运放工作,其内部最大功耗是单个运放的 4 倍。即使随着
功耗的增加,MD4871 也不需要散热片。由式(1),假设使用 5V 电源和 8Ω负载,其最大功耗为 625mW
从式(1)计算所得的最大功耗不能高于式 (2)所得的功耗
PDMAX=(TJMAX-TA)JA
(2)
对于MD4871 的表面级封装,θJA140/WTJMAX 150℃。依赖于系统工作的环境温度TA,(2)可
用于计算由芯片封装所能承受的内部最大功耗。如果式 (1)的结果比式(2)大,此时就需 要降低电
源电压或者提高负载阻值。在 5V电源和 8Ω负载的典型应用下,没有其它因素影响最大 结温,器件工
作于最大功耗时最大的环境温度可接近 62.5℃。由于功耗是输出功率的函数,因 此如果典型工作时不
工作在最大功率附近,故环境温度还可以适当提高。
3. 电源旁路
对于任何功放,恰当的电源旁路选择是低噪声性能和过高电源过滤至关重要的。BYPASS 和 电源
管脚电容的位置应尽量接近芯片。大的电源旁路电容的增加可以提升低频时的 THD+N,这也 应归咎
于电容的增加提高了电源的稳定性。典型应用 10uF 0.1uF 的旁路电容于 5V 电源,来提高 电源的稳
定性,但不仅仅局限于 MD2103 的电源旁路。旁路电容尤其是 C 的选择,依赖于低频 THD+N,系统成
本和尺寸的折中考虑。
4. 关断功能
为了在不使用芯片时降低功耗,MD2103 带有 SHUTDOWN 引脚来关断运放的偏置电路。当逻辑 高
电平加于 SHUTDOWN 引脚上时,SHUTDOWN 就启动使运放关断,输出与扬声器立即断开。当电源 电
压作用于 SHUTDOWN 引脚上时,典型的关断静态电流为 0.6uA。在多数应用中,外部输入信号一 般
通过一个微处理器的管脚控制,它可以提供一个快速平滑的转换。另外一个方法是通过单极 点、单向
开关和一个上拉电阻实现,当开关闭合后,信号 SHUTDOWN 接地,芯片可以正常工作; 当开关打开
后,信号 SHUTDOWN 通过 47kΩ的上拉电阻接到电源,将会使芯片关断。在 MD2103 内部 没有上拉
电阻,故 SHUTDOWN 引脚电压由外部设置,或者将内部逻辑门悬空,以防导致运放不能正常工作。
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5.音频功率放大器的设计
设计一个双通道 8Ω负载 1W 功率的音频放大器
给定条件 :
输出功率
1Wrms
负载阻抗
8Ω
输入电平
1Vrms (最大)
输入阻抗
20kΩ (最小)
带宽
100Hz-20kHz±0.25dB
设计者必须首先确定所需的电源范围,以获得规定的输出功率。一种方法是从“典型性能特性
分中的“输出功率-电源电压”曲线图,可以很容易推出电源范围。确定所需电源范围的第 二种方式是
给定负载阻抗时用等式(3)计算所需的VOPEAK 。为了估算放大器的内部消耗电压, 基于特征性“消
耗电压- 电源电压”曲线图,根据等式 (3 )得到的结果必须外加两个电源电压 以补偿。这样工作电
压如等式(4)的所示结果。
V2OPEAK=(2RLPO)
(3)
VDD(VOPEAK+(VODTOP+VODBOG)) (4)
从“输出功率-电源电压”曲线图中可见负载为 8Ω时最小工作电源电压为 4.6V,通常电源电压为 5V
这个条件很容易满足。额外的电源电压产生动态空间,允许 MD2103 产生一个输出功率超过 1W 非失
真信号。同时设计者必须选定电源电压的和输出阻抗不能超过在“功耗”部分所阐述的条件。
在满足 MD2103 的功耗要求后,最小的差分增益需要在 8Ω的负载上得到 1W 的损耗有(5)式 获
AVD(PO RL ) /(VIN)=Vorms / Vinrms
(5)
因此,2.83 的最小增益允许 MD2103 得到全输出摆动和保持低噪声和低的 THD+N 工作。例如,设
AVD=3,放大器的全增益由RiRf来设置,输入电阻设为 20KΩ,由(6)式的反馈电阻
Rf=30KΩ
Rf / Ri=AVD / 2
(6)
最后的设计是确定-3dB 频率带宽规格。要达到放大±0.25dB 的大量音频信号,则要求低频响应
至少扩充了最低带宽频率限制点的 1/5 或最高带宽频率限制点的 5 倍,当带宽限制为 0. 17dB 时,
能满足这两个要求,这比所要求的±0.25dB 要好。结果得到:
fL = 100Hz / 5 = 20Hz
(7)
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fH=20KH5=100KHz
(8)
如在“选择适当的外围器件”部分所描述的,Ri Ci 构成的高通滤波器设定了截止低频率。下式可以
得到耦合电容的值
结果是
Ci 1 /( 2πRi fL)
(9)
1/(2π*20KΩ*20Hz)=0.397μF (10)
采用 0.39μF 的电容,该值最接近标准值。
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十二.封装信息(SOP-8)
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