音頻放大器重要參數(shù)

1、音頻放大器重要參數(shù) - 細數(shù)音頻放大器的分類、重要參數(shù)以及相關介紹來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：秩名2013年06月07日 16:04 導讀 仔細閱讀本專題，來自IDT的資深設計工程師及美國國家半導體、美信等廠商的高工，共同為你揭示音頻設計路上你應該掌握的研發(fā)難題。關鍵詞：NCP4894NCP2890音頻放大器機或者其他時尚的便攜式多媒體播放器配上優(yōu)美的旋律，走到哪里都能引來艷羨的目光，特別是在消費者對于音效要求越來越高的今天，好的音效設計就意味著產(chǎn)品成功與否，大紅大紫的iPod、iPhone就是對音效重要性的最好證明。而在音效設計過程中，放大器設備又至關重要，無論是傳統(tǒng)的A類還是目前炙手可熱的D類，不

2、同的選擇就意味著產(chǎn)品不同的特性?？墒悄阒廊绾螢樽约旱脑O計選擇合適的放大器嗎？你知道根據(jù)選擇放大器種類的不同如何進行五花八門的設計嗎？如果在這些問題中你還存在誤解，那就請仔細閱讀本專題，來自IDT的資深設計工程師及美國國家半導體、美信等廠商的高工，共同為你揭示音頻設計路上你應該掌握的研發(fā)難題。一、音頻放大器分類傳統(tǒng)的數(shù)字語音回放系統(tǒng)包含兩個主要過程：1、數(shù)字語音數(shù)據(jù)到模擬語音信號的變換（利用高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC）實現(xiàn)；2利用模擬功率放大器進行模擬信號放大，如A類、B類和AB類放大器。從1980年代早期，許多研究者致力于開發(fā)不同類型的數(shù)字放大器，這種放大器直接從數(shù)字語音數(shù)據(jù)實現(xiàn)功率放大而不需要

3、進行模擬轉(zhuǎn)換，這樣的放大器通常稱作數(shù)字功率放大器或者D類放大器。1、A類放大器A類放大器的主要特點是：放大器的工作點Q設定在負載線的中點附近，晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)均導通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內(nèi)，所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡單，調(diào)試方便。但效率較低，晶體管功耗大，功率的理論最大值僅有25，且有較大的非線性失真。由于效率比較低 現(xiàn)在設計基本上不在再使用。圖一：A類放大器2、B類放大器B類放大器的主要特點是：放大器的靜態(tài)點在（VCC，0）處，當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內(nèi)，Q1導通Q2截止，輸出端正半周正弦波；

4、同理，當Vi為負半波正弦波（如圖虛線部分所示），所以必須用兩管推挽工作。其特點是效率較高（78%），但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi)，故其缺點是“交越失真”較大。即當信號在-0.6V 0.6V之間時， Q1 Q2都無法導通而引起的。所以這類放大器也逐漸被設計師摒棄。圖二：B類放大器3、AB類放大器AB類放大器的主要特點是：晶體管的導通時間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點。當信號在-0.6V+0.6V 之間時，為使Q1，Q2導通，在Q1，Q2的VBE之間增加兩個偏置電壓，使輸入信號在+ - 0.6V之間大

5、小的時候，Q1，Q2也可以線性的放大。這樣既可以獲得較高的功率效率，又能很好的改善B類推挽式放大器的交越失真。理論上也可達到 78.5的功率最大值，但實際上功率的最大值在70左右可能受到輸出級拓撲和輸出級斜線的影響，在典型的聽音條件下（全功率的30左右），功放的效率為35左右。圖三：AB類放大器4、D類放大器D類（數(shù)字音頻功率）放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM（脈沖亮度調(diào)制）或PDM（脈沖密度調(diào)制）的脈沖信號，然后用PWM或 PDM的脈沖信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關放大器。具有效率高的突出優(yōu)點。數(shù)字音頻功率放大器也看上去成是一個一比特的功率

6、數(shù)模變換器。放大器由輸入信號處理電路、開關信號形成電路、大功率開關電路（半橋式和全橋式）和低通濾波器（LC）等四部分組成.D類放大或數(shù)字式放大器。系利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關電路來放大音頻信號的。1. 具有很高的效率，通常能夠達到85%以上。2. 體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。3. 無裂噪聲接通4. 低失真，頻率響應曲線好。外圍元器件少，便于設計調(diào)試。如圖4所示，PDM信號與PWM信號相比，沒有固定的工作頻率，其將輸入的音頻信號調(diào)制成一組脈沖寬度相同但是頻率不同的PDM信號，有效的改善了PWM帶來的EMI問題。目前市場上產(chǎn)品還不是很多。圖四。 該簡化功能框圖展示了一個基本的半橋式D類

7、放大器的結構。圖五。 輸出信號脈寬與輸入信號幅值成正比。PWM（Pulse Width Modulation）中A類、B類和AB類放大器是模擬放大器，D類放大器是數(shù)字放大器。B類和AB類推挽放大器比A類放大器效率高、失真較小，功放晶體管功耗較小，散熱好，但B類放大器在晶體管導通與截止狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中會因其開關特性不佳或因電路參數(shù)選擇不當而產(chǎn)生交替失真。而D類放大器具有效率高低失真，頻率響應曲線好。外圍元器件少優(yōu)點。AB類放大器和D類放大器是目前音頻功率放大器的基本電路形式。導讀 二、音頻放大器重要參數(shù) 1. 電源紋波抑制比（PSRR）電源紋波抑制比（power supply rejection

8、 rate）是音頻放大器的輸入測量電源電壓的偏差偶合到一個模擬電路二、音頻放大器重要參數(shù)1. 電源紋波抑制比（PSRR）電源紋波抑制比（power supply rejection rate）是音頻放大器的輸入測量電源電壓的偏差偶合到一個模擬電路的輸出信號的比值。PSRR反映了音頻功率放大器對電源的紋波要求，PSRR值越大越好，音頻放大器輸出音質(zhì)就越好。表一：常用的音頻放大器性能比較2. 總諧波失真加噪聲（THD+N） 總諧波失真（total harmonic distortion）是指一個模擬電路處理信號后，在一個特定頻率范圍內(nèi)所引入的總失真量。噪聲（noise）是指通常不需要的信號。有時是

9、由于由于熱或者其它物理條件產(chǎn)生的在線路板上的其它電氣行為（干擾）。從THD+N的定義中不難看出總諧波失真和噪聲越小越好。3. 信噪比（SNR） 通常指一個模擬信號中有用信號和噪聲之間的比值。4. 增益（AO） 對音頻功率放大器來說增益通常指放大器輸出功率和輸入功率之間的比值。增益越大說明放大器的效率越高。5. 最大輸出功率（POCM）輸出功率反映了一個音頻功率放大器的負載能力，通常音頻放大器廠家會提供產(chǎn)品的在工作電壓一定條件和額定負載下的的最大輸出功率。表二：常用的音頻放大器性能比較6. 關斷電流（Shutdown current）和輸出偏移電壓（Output Offset Voltage）。

10、關斷電流越小，說明在待機條件下的放大器功耗小。輸出偏移電壓小有利于電池壽命的延長。三、手機常用音頻放大器介紹簡單介紹目前手機設計中音頻放大器有AB類放大器也有D類，主要的生產(chǎn)廠家有美國國家半導體公司（NS）、美國德州儀器（TI）、意法半導體公司 （ST）、美國安森美公司（ONSEMI）。他們代表性的產(chǎn)品及其性能比較如表1 和表2所示。其中NCP2890和NCP2809為美國安森美公司產(chǎn)品，LM4890和LM4911為美國國家半導體公司產(chǎn)品，TS4890為意法半導體公司產(chǎn)品，TPA6203A1為美國德州儀器的產(chǎn)品，MAX4410為美信公司產(chǎn)品（MAXIM）。下面以ONSEMI公司產(chǎn)品為例介紹一下

11、音頻功率放大器在手機中的應用，電路圖如圖6、7所示。圖六：NCP2890放大電路典型設計NCP2890在工作電壓5V時能夠給8歐姆負載持續(xù)提供1W的最大輸出功率，而在工作電壓2.6V時能夠給4歐姆負載提供320 mW 的輸出功率。如圖5所示NCP2890能夠提供高質(zhì)量的音質(zhì)，芯片自身帶的邏輯關斷設計模式，使電路設計中芯片的周圍器件少和自身功耗小。在 NCP2890內(nèi)部專門設計了消噪聲電路，消除了功率放大器在開啟和關閉過程中會產(chǎn)生人耳可聽到的噪聲。開機時，邏輯高電平加到開關控制端，旁路電容上的直流電壓值開始按指數(shù)規(guī)律增加，當電壓值達到共模電壓值（）時，開始輸出功率（此過程大約50ms）；而關機時

12、，控制端接低電平，負載被連接到接地端，輸出功率為零，此時電路的直流靜態(tài)電流小于100nA。盡管NCP2890內(nèi)部含有過流和過熱保護電路，但是在使用時，一定要注意供電電源電壓不能超過其極限值，以免造成芯片損壞。圖七：NCP4894放大電路立體聲設計NCP4894是ONSEMI公司專門為移動設備設計的一款全微分音頻功率放大器。NCP4894 做為一款優(yōu)秀的音頻功率放大器能夠提供高質(zhì)量的聲音，尤其用在手機設計中優(yōu)點尤為突出。NCP4894的總諧波失真加噪聲（THD + N）比小于0.01% 。在工作電壓5V，負載8歐姆時它的輸出最大功率為1W，在工作電壓2.6V時，輸出功率為250mW.NCP2890和NCP4894以及NCP4896，都可用在手機設計中，他們的小封裝形式可以提高PCB的利用率。四、便攜式設計中音頻放大器選用的幾點建議1. 采用了全差分輸入及輸出的音頻功率放大器，提高電源抑制比。2. 盡量采用效率高，功耗低，內(nèi)部升溫小的設計，這樣可以延長電池和芯片的使用壽命。在有限帶寬設計時，建議使用D類放大器。3. 音頻放大器在使用時一定要注意供電電源電壓不能超過其極限值，以免造成芯片損壞。五、音頻放大器產(chǎn)品展望現(xiàn)在消費者追求著小巧的外型、低功耗、低價格以及聽力的舒適感。供應商也逐漸認識到，必須在這些方