便攜式系統(tǒng)都需要一個(gè)音頻功率放大器用來驅(qū)動(dòng)小的揚(yáng)聲器,,輸出功率1W~2W,用來驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器(RL=8/4ohm),,同時(shí)提供50mW~100mW的功率用來驅(qū)動(dòng)耳機(jī)(RL=32/16ohm)。在此情況下,,BCD開發(fā)了自己的便攜式系統(tǒng)中,,音頻功率放大器產(chǎn)品。
一,、 單端(SE)輸出 vs. 橋式(BTL)輸出
輸出結(jié)構(gòu)常見的有兩種,,SE(Single-ended)模式與BTL(Bridge-Tied-Load)模式,見下圖-1,。
圖-1 單端模式與橋式模式
在便攜式系統(tǒng)中,,常見的直流電源電壓,(+1.8V,+2.5V,,+3.3V)通常不會(huì)超過+5.0V,,如果是單端結(jié)構(gòu),輸出的峰-峰值電壓Vp-p最大只有5.0V,,實(shí)際上由于輸出級(jí)上,、下管子的飽和壓降,在沒有被削波的前提下,,Vp-p最大只有4.5V左右,,這樣有效值 = =1.59V,全部加到RL=4ohm的負(fù)載,,輸出功率 =0.63W,。所以單端結(jié)構(gòu),無法輸出2W功率,。
如果是BTL輸出結(jié)構(gòu),,Vp-p則可以達(dá)到8.0V,有效值 = =2.828V,,加到RL=4ohm的負(fù)載,,輸出功率 =2.0W。
因此要在VCC=5.0V條件下輸出2W左右的功率,,只能采用橋式輸出結(jié)構(gòu),。所以單端結(jié)構(gòu)常用來驅(qū)動(dòng)耳機(jī),而BTL結(jié)構(gòu)常用來驅(qū)動(dòng)音箱,。見下圖-2 AA4002典型應(yīng)用原理圖,。
圖-2 AA4002典型應(yīng)用圖
從上圖中,看到在驅(qū)動(dòng)耳機(jī)時(shí),,還需要有一個(gè)較大的電解電容,,它的作用是,
?、?nbsp;隔斷直流基準(zhǔn)電壓Vbias(1/2VCC),。如果沒有隔直,直流電壓會(huì)直接流過后面的揚(yáng)聲器線圈,,使紙盆平衡位置偏向一端,,Vbias過大甚至損壞線圈。
?、?nbsp;耦合交流的音頻信號(hào),,它與揚(yáng)聲器負(fù)載構(gòu)成了一階高通濾波網(wǎng)絡(luò),見圖-1,。由經(jīng)典公式(1)可知,,電容值的大小影響低頻處的截止頻率fc有關(guān),。
公式(1)
電容Co越大,截止頻率fc越低,,意味著更低的頻率可以耦合到負(fù)載,,見圖-3。
圖-3 不同耦合電容下的頻響(RL=16ohm)
BTL結(jié)構(gòu)則不需要耦合電容,,節(jié)約系統(tǒng)成本,,節(jié)省PCB空間,改善低頻響應(yīng),。
不僅如此,,BTL結(jié)構(gòu)輸出,它能有效地抑制共模噪聲,。在相同的輸出功率條件下,,橋式模式的噪聲明顯小于單端模式下的噪聲,見下圖-4對(duì)比,,通道1(藍(lán)色)--負(fù)載兩端,,通道2(綠色)--電源。這是因?yàn)橄嗤臎_擊會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在橋式輸出結(jié)構(gòu)的‘+’,、‘-’兩端,,通過負(fù)載后,會(huì)相互抵消,,不對(duì)揚(yáng)聲器做功,,聽不到”POP”聲,這種結(jié)構(gòu)對(duì)于上電,、掉電噪聲,,操作噪聲都有很好的抑制。
圖-4 橋式模式與單端模式輸出的”POP”噪聲
實(shí)際上,,講輸出功率是多少,,通常需要指定條件,比如電源電壓[VCC],,輸出負(fù)載[RL],,諧波失真[THD+N]。只有這些條件確定之后,,輸出功率才有意義,。在產(chǎn)品規(guī)格書中,通常會(huì)提供以下圖表,,輸出功率 vs.電源電壓,見圖-5,,輸出功率vs.負(fù)載,,圖-6,,以及輸出功率vs.諧波失真+噪聲,圖-7,。
圖-5 AA4002 Po vs. Supply voltage with different THD+N
圖-6 AA4002 Output
圖-7 AA4002 THD+N vs. Output Power
二,、 低音增強(qiáng)
對(duì)于小功率的音箱,由于尺寸的限制,,它們的低頻響應(yīng)通常都很差,,而人耳又偏偏對(duì)于低頻的音樂反映不敏感。有必要在電子線路上想辦法,,解決這一問題,。低音增強(qiáng),它的實(shí)現(xiàn)方法是在反饋回路中,,通過增加電容,,來實(shí)現(xiàn)低頻部分的增益大于通帶內(nèi)的增益,相當(dāng)于環(huán)路系統(tǒng)中增加了一個(gè)極點(diǎn),,一個(gè)零點(diǎn),在AA4002的典型應(yīng)用電路圖中,電容C2,、C11就是這樣的電容,,見圖-2。
那么它的理想傳遞函數(shù),,公式(x)
極點(diǎn),,
零點(diǎn),
假設(shè)R1=R2=R3=20K,,C2=0.068uF,,則可以計(jì)算出fZERO=234Hz,fPOLE=117Hz,,波特圖如下,。這個(gè)幅度與相位只是對(duì)于低音增強(qiáng)這一段,如果是BTL輸出,,則增益還會(huì)增加一倍(6dB),,如果信號(hào)從PIN10/12腳輸入,經(jīng)過兩級(jí)反相,,則輸出端,、輸入端的相位差接近0DEG,具體可以參考AA4002 Design tools,。
結(jié)論:便攜式音頻功率放大器設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo),,在此基礎(chǔ)上可以設(shè)計(jì)自己想要的便攜式產(chǎn)品。