zepete | Акустические системы с питанием от USB.

Максимальное напряжение на выходе меньше напряжения питания на падение напряжения в выходном электронном ключе, то есть на 0.7В.
Поэтому формула для расчета выходной мощности с полумостовым выходом (один вывод динамика подключается к микросхеме, а другой к питающей шине через конденсатор.

, где Ucc - напряжение питания, а 0.7 - падение напряжения на pn переходе.

С мостовым выходом, напряжение удваивается, но зато прибавляется еще один электронный ключ.

Если подставить в эти формулы сопротивление динамиков (4 Ом) и напряжение питания USB, то получиться: 0.4Вт/канал при полумостовом выходе и 1.6Вт/канал при мостовом выходе. Большего от 5В не вытянуть.

Для простаты расчета приму, что входной сигнал - это простая синусоида амплитудой Uac и частотой f, используется полумостовая схема усилителя. Для мостовой схемы все тоже самое, но напряжения удваиваются.

Тогда падение напряжения на электронном ключе будет равняться разнице между половиной напряжения питания и модуля напряжения синусоиды.

Сила тока зависит только от выходного напряжения.

Мгновенная мощность.

Средняя мощность за половину периода будет состоять из разницы двух интегралов: один интеграл содержит синус, а другой квадрат синуса.

Формулы интегрирования синуса и квадрата синуса из справочника по высшей математике.

После подставления их в формулу вычисления средней мощности потерь.

Продифференцирую эту функцию мощности потерь от напряжения на выходе, для нахождения максимальных потерь.

Максимум потерь будет, когда эта первая производная будет равняться 0, то есть когда амплитуда напряжения на выходе будет равняться

При напряжении питания 5В, для полумостового выхода, амплитуда напряжения будет 1.59В, соответственно действующее значение будет равняться 1.125В.
Для мостового выхода это значение будет в два раза больше: амплитудное - 3.18В, действующее - 2.25В. В процентах от максимального напряжения на выходе: 88.3% - с учетом минимального падения напряжения на ключе и напряжения питания, 63.7% - идеальный выход.

Максимальная мощность потерь одного канала.

То есть при напряжении питания 5В и сопротивлении динамика 4 Ом, максимальные потери в каждом канале будут: 0.32Вт - полумостовой выход и 1.26Вт - мостовой выход.

Максимальная мощность потребляемая из USB состоит из мощности этих потерь и полезной мощности на динамике. Из вида формулы мощности потерь в микросхеме видно, что второе вычитаемое слагаемое - это мощность выделяемая на нагрузке. Поэтому полная потребляемая мощность из USB равняется.

Подставив туда Uac=Ucc/2-0.7, получаю максимальную потребляемую мощность из промежуточного контура 5В: 0.72Вт - полумостовая схема, 2.86Вт - мостовая.

Теперь рассчитаем эффективность этой схемы.

Для напряжения питания 5В, максимальное КПД будет 56%, это с учетом потери напряжения в pn переходе. Если ключ идеальный, то максимальное КПД будет 78.5%.

Получается, для напряжения питания 5В, эффективность полумостового или мостового выхода близка к усилителю с общим эмиттером: у него КПД 50%, а у полумостового выхода 56%.
А с точки зрения максимального выходного напряжения, она даже лучше: можно падение напряжения в выходном каскаде довести до 0.1В:)

Только микросхемы с таким выходом не делают, поэтому это только теория.

Выводы.
1. Потери на каждый канал будут: 0.32Вт - полумостовой выход; 1.26Вт - мостовой выход. Они достигаются при 88.3% от напряжения насыщения, или при амплитуде: 1.59В (1.125В действующего) - полумостовая схема; 3.18 (2.25 действующее) - мостовая.

2. В одну микросхему в корпусе so8 можно поместить оба канала с полумостовым выходом: она может рассеивать 0.65Вт, когда один канал потребляет только 0.32Вт.

3. В одну микросхему в корпусе so8 нельзя поместить даже один мостовой канал: он потребляет 1.26Вт, а микросхема способна потребить только 0.65Вт - возможен перегруз.

4. В микросхему в корпусе dip8 с мостовым выходом можно поместить один канал: микросхема способна отсостать 1.4Вт.

5. Акустическую систему с полумостовым выходом можно спокойно вставлять в USB: она потребляет (0.72Вт*2) меньше, чем может выдать USB (2.5Вт).

6. Акустическую систему с мостовым выходом вставлять в порт USB ЧРЕВАТО НЕПРЕДСКАЗУЕМЫМИ ПОСЛЕДСТВИЯМИ: она способна отсосать 5.7Вт, когда USB дает только 2.5Вт.

7. Максимальное КПД - 56%, то есть полумостовой выход по энероэффективности близок к общему эмиттеру, а выходная мощность даже ниже.

Это пока теория, обзор конкретных колонок будет в следующем посте.