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D类音频放大器的作业原理和在便携式设备中完成使用规划

D类音频放大器的工作原理和在便携式设备中实现应用设计-D类音频放大器最具吸引力的特性是高效率。音频放大器的效率有多种含义不同的效率,传统定义是输出电功率与总输入功率之比。对于音频放大器,转换为可听声音的电功率与总输入功率之比需要最大,这引出了另一个含义的效率。请注意这两个效率定义之间的差别:

不同意义的功率

D类音频放大器最具吸引力的特性是高功率。音频放大器的功率有多种意义不同的功率,传统界说是输出电功率与总输入功率之比。关于音频放大器,转换为可听声响的电功率与总输入功率之比需求最大,这引出了另一个意义的功率。请留心这两个功率界说之间的不同:

A.总电气功率=输出功率/输入功率;

B. 可听声响电气功率=可听声响电气输出功率/输入功率。

音频电气功率总是低于总电气功率,D类音频放大器特别如此。

下面是一些进步可听声响电气功率的常用办法:

一、不要运用低于扬声器呼应频率规模的信号来驱动扬声器。例如,大多数手机运用的小尺度扬声器不能有效地呼应低于400Hz的信号,而音频信号源或许输出低至30Hz的频率重量。用低于该频率的信号驱动这些扬声器,不只会糟蹋电能和下降可听声响电气功率,并且还会由于将扬声器驱动到线性位移规模之外而增大扬声器非线性发生的失真。由于大多数音频信号源宣布的最低信号频率低于400Hz,因此需在音频放大器前面放置高通滤波器。可运用输入耦合电容和放大器的固定输入阻抗简略地构成高通滤波器来加以完成。该滤波器的截止频率可设置为扬声器低端截止频率的几分之一。

二、不要运用高于扬声器高端截止频率的信号来驱动扬声器。关于手机中运用的典型小尺度扬声器,这个频率在4KHz到10KHz之间,而有些音频信号源的信号最高频率可高达20kHz。以高于这个频率的信号驱动这些扬声器不只会糟蹋电能和下降可听声响电气功率,并且也使音频信号的波峰因数(峰值/RMS值)很高,增大了输出信号被输出级切断致使添加失真的或许性。为了防止信号源的高端信号频率高于扬声器的高端截止频率,可在信号源和音频放大器输入之间刺进低通滤波器,它可所以简略的RC滤波器。将低通滤波器放在输出级之后作用欠好,由于信号的波峰因数高,信号或许在抵达低通滤波器之前已被输出级切断。

三、尽量减小扬声器中的开关频率电流。依赖于D类放大器运用的调制计划,扬声器两头的差分电压在开关频率下改变起伏很大。应挑选具有“无滤波”调制计划且开关频率足够高的放大器,不然,需在放大器输出端用外部电感滤掉开关频率重量。8Ω手机扬声器的典型固有电感在10μH到15μH之间,当开关频率为1MHz时,15μH电感与8Ω直流电阻的总阻抗为94.6Ω。SSM2301/2302/2304/2306系列产品运用Σ-Δ脉冲密度调制(PDM),开关频率为1.8MHz。这种调制计划在扬声器两头发生的开关频率电压较低,而高开关频率使扬声器能运用固有电感有效地阻断开关信号,因此这些器材无需运用外部电感就可把扬声器中的开关频率电流保持在低水平。

将电磁搅扰降至最低

D类音频放大器的作业原理和在便携式设备中完成运用规划

D类音频放大器的作业原理决议它需求运用开关型输出级,而这种输出级会发射出很强的电磁搅扰。参见图1中的原理图,刺进电感或铁氧体磁珠和运用电容进行旁路的办法可把电磁搅扰降到低于必定水平从而经过规范的EMI测验。下面是挑选电感和铁氧体磁珠的一些基本准则:

一、 运用额外电流高和开放式磁回路磁芯电感,以防止电感器饱满非线性所发生的失真。屏蔽型电感的饱满曲线常常很“硬”。

与相同额外电流的电感比较,铁氧体磁珠尺度较小但形成的失真较大。

二、 调制计划对输出电磁搅扰会发生严重影响。ADI公司的SSM2301/2302/2304所运用的Σ-Δ脉冲密度调制可使电磁搅扰均匀地散播出去,更易于经过EMI测验。

PCB印制电路板)布局对下降电磁搅扰有非常重要的作用。一个要害办法是让电源和输出去耦电容器互相接近,这样就可以将它们的地线端子直接焊在一起,参见图2给出的PCB布局,它是根据图1的原理图完成的。

别的请留心,一切衔接到扬声器端子的PCB走线始于去耦电容焊盘而不是铁氧体磁珠焊盘,不然,电磁搅扰无法降到最低极限。关于Vdd轨,咱们对C6运用了相同的技能。放大器的引脚5和8节点发射的电磁搅扰最大,这些节点的物理衔接尺度应尽或许地小,一起不要在这些节点上布局长的PCB走线。

尽量削减失真和噪声

下面是一些完成低失真的技能:

1、关于要求失真极低的体系,如THD+N(总谐波失真+噪声)←65dB,应在输出端加电感而不是加铁氧体磁珠,由于后者具有较高的非线性。

2、选用额外电压为25V到50V乃至更高、运用X7R资料制作的高压多层陶瓷电容器作为输入耦合电容(图1中的C1和C2)。同额外电压高的电容器比较,低压电容器的电容值随偏置电压改变的起伏更大。

3、将负的输入节点衔接到信号源(如音频数模转换器或编码解码器)的地线,而不要简略地把它衔接到自己的接地址上。这种衔接办法可最大极限地下降共模噪声。

4、防止将音频信号源器材放在远离放大器的当地,防止对输入节点运用长PCB走线。假如无可奈何,将输入节点线对平行布线:一条走线放在板的正面,另一条放在不和。这种办法可最大极限地下降回路所接收到的电磁搅扰。

5、防止将高频(》1MHz)电磁搅扰引进到输入端口,不然,整流效应或许把高频电磁搅扰转换成可听噪声。图3显现了这种整流效应。

其它需重视的问题

消除喀哒声和噼啪声:在开机或关机时,关断引脚的切换可使放大器发动或中止,假如放大器IC的规划不合适,扬声器在此时会宣布某种“喀哒”声或“劈啪”声。前者由窄脉冲发生,而后者由缓慢衰减的阶跃函数发生。一般,D类音频放大器IC(如SSM2301/2302/2304/2306)具有消除“喀哒”声和“噼啪”声的功用。在产品投入量产之前应全面测验这些功用。

假如放大器一向与电池相连,关断电流或许是另一个需求重视的问题。在挑选放大器IC时,留心留心这个参数。

PSRR(电源按捺比):关于手机运用,这个方针特别重要,但它常常经过IC规划来完成,在体系层面做不了什么。

收听作用

音频体系规划的终究方针取得杰出的收听作用,它对体系规划是否成功具有终究决议权。完成这一方针需求声学规划和电子规划的完美结合。在不久的将来,便携式电子音频放大器或许会结合一些可均衡频率呼应、下降失真和优化收听作用的智能或自动化办法。

责任编辑:gt

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