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D类功率放大器的作业原理和根本测验办法

D类功率放大器的工作原理和基本测试方法-以安森美半导体公司NCP2820为例,D类功率放大器使用完全不同于AB类的工作模式,如图1所示,NCP2820内部由三部分组成:预放大、采样及脉宽调制和H型功率输出部分。

如今几类根本功放拓扑中,AB类功率扩大器现已被广泛的运用于各种音频产品,包含手机、mp3播放器和PMP体系中。考虑到AB类功率扩大器能够供给高品质的信号扩大功用,因而十分合适耳机和一些小功率喇叭的运用。可是因为更多、更新的便携式产品对多媒体功用有着更高的要求,立体声音频,3D盘绕音效以及大音量输出已逐渐成为新一代便携式多媒体产品必不可少的功用。更小的外形规划、运用更薄的电池、较低的功率成为AB类功率扩大器的丧命缺点。为了处理节能和大功率音频输出之间的对立,D类功放较之AB类在功率上有了很大的提高,已逐渐运用在一些高端产品中。下面将简略介绍D类功放的作业原理,以及根本的测验办法。

安森美半导体公司NCP2820为例,D类功率扩大器运用彻底不同于AB类的作业方式,如图1所示,NCP2820内部由三部分组成:预扩大、采样及脉宽调制和H型功率输出部分。

预扩大,由一个全差分模仿运放构成,对输入的差分信号做相应的扩大,增益由内部固定阻值的电阻Rf除以Ri得来。Ci和Ri构成一个低通滤波电路,阻隔输入信号中不需求的直流部分。因为NCP2820运用了全差分运放,所以假如输入为全差分信号,Ci也能够省掉。

采样及脉宽调制,把防备大今后的信号和一个250kHz的三角波比较较后构成一个250kHz脉宽调制的方波信号。每个脉冲的宽度实时表现了输入信号的起伏。

H型输出电路,如图1中显现由两对MOSFET构成,并由前级发生的脉冲信号驱动。发生具有功率输出的脉冲信号到负载扬声器。现在遍及运用的8Ω动圈式扬声器,其内部线圈具有近似15mH感抗和自身8Ω的阻抗构成解调电路,能够把脉冲方波还原成模仿信号。这也是为什么不需求在输出端外加低通滤波器做解调电路的原因。

D类功率扩大器的作业原理和根本测验办法

NCP2820运用了1.5mm×1.5mm flip-chip的小型封装,以及很少的外部器材,使电路规划更为简略,电路板布线也更为便利。但这儿需求着重的是因为D类功放的输出为近似 250kHz的脉冲波形,所以在布线时,尽量使功放接近扬声器,以防止不必要的噪声和搅扰。

工程师在对AB类功放进行测验时,能够直接用示波器探头捕捉到实践的输入和输出波形。可是在测验D类功放时,因为输出不是模仿的音频信号,而是必定频率的数字脉冲方波,这就需求附加滤波器来进行测验。图2为D类音频功放的测验装备。

从工程师的视点看,THD+N(总谐波失真+噪声)和PSRR(电源按捺比)是相对比较重要的两个参数,这两个参数直接表现了音频扩大器的功用。

图3给出了测验谐波失真+噪声的电路装备。使用音频剖析仪的信号发生器能够发生供测验用的规范正弦差分或单端信号输入到NCP2820,并检测NCP2820的输出端。能够依照测验设定的要求剖析输入以及输出信号,并依照设定,显现出测验成果。

假如设定测验输出THD+N功用相对输出功率时,音频剖析仪的信号发生器会在一个固定频率点上调整输入到NCP2820的正弦波的起伏,而且测验出在不同起伏输入下输出信号的谐波值,根据给定负载计算出功率。这个功率值除以基带功率就得到THD+N的测验成果,并以图形方式表现出来,如图4为 NCP2820在4.2V电源电压,8Ω负载下,得到的测验成果。能够看出NCP2820 在1W的输出功率下,THD+N《1%确保了输出音乐的质量

假如需求测验输出THD+N功用相对信号频率时,音频剖析仪的信号发生器会在一个固定起伏点上调整输入到NCP2820的正弦波的频率从 20Hz~20KHz,一起剖析仪的承受端口测验出在不同频率输入下输出信号的谐波值,每个测验值都需求与基带频率比较然后以图形的方式表现出来, 图5为NCP2820 在8Ω负载下得到THD+N功用相对频率的特性曲线。

THD+N的功用决议了输出音质的好坏。因为D类功放的作业原理,因而功用会略差于AB类功放。

另一个相对重要的功用参数便是PSRR电源按捺比,这个参数表现了功放受电源电压动摇影响的程度。在便携式无线通讯产品中显得尤为重要。

如图6中所示为电源按捺比测验的根本装备。能够看出和谐波失真测验不同,此刻的NCP2820的输入端被接到地,抱负情况下BTL输出得到的差分信号应该为零。可是因为电源动摇会形成输出信号发生相应的动摇,然后发生能够被听见的噪声。在丈量电源按捺比相对电源动摇频率时,信号发生器发生一个起伏固定频率从20Hz~20KHz的规范正弦信号,经过BUFFER驱动供给NCP2820作业所需的直流重量。剖析仪的承受端口测验出在20Hz~20KHz频率下,输出信号的有效值,然后和输入信号有效值比较较,并以图形表明出来,如图7以dB为单位表明的NCP2820的电源按捺比特性波特图。

综上所述,音频扩大器的测验装备需求依靠专业的音频剖析仪进行,一般工程师会对体系作全体的测验,而不会针对扩大器IC做上述具体的测验。安森美半导体公司所供给的一切音频扩大器材包含NCP2890, NCP2892, NCP2809, NCP4894, NCP2820,NCP2821都在datasheet中供给了相应的测验成果,确保了产品的质量。

责任编辑:gt

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