便攜式系統(tǒng)都需要一個音頻功率放大器用來驅動小的揚聲器,,輸出功率1W~2W,,用來驅動揚聲器(RL=8/4ohm),同時提供50mW~100mW的功率用來驅動耳機(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
輸出結構常見的有兩種,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)通常不會超過+5.0V,,如果是單端結構,,輸出的峰-峰值電壓Vp-p最大只有5.0V,實際上由于輸出級上,、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的負載,,輸出功率
=0.63W。所以單端結構,,無法輸出2W功率,。
如果是BTL輸出結構,Vp-p則可以達到8.0V,,有效值 =
=2.828V,,加到RL=4ohm的負載,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構。所以單端結構常用來驅動耳機,,而BTL結構常用來驅動音箱,。見下圖-2 AA4002典型應用原理圖。
圖-2 AA4002典型應用圖
從上圖中,,看到在驅動耳機時,,還需要有一個較大的電解電容,它的作用是,,
?、?nbsp;隔斷直流基準電壓Vbias(1/2VCC)。如果沒有隔直,,直流電壓會直接流過后面的揚聲器線圈,,使紙盆平衡位置偏向一端,Vbias過大甚至損壞線圈,。
② 耦合交流的音頻信號,,它與揚聲器負載構成了一階高通濾波網(wǎng)絡,,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,。
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載,,見圖-3。
圖-3 不同耦合電容下的頻響(RL=16ohm)
BTL結構則不需要耦合電容,,節(jié)約系統(tǒng)成本,,節(jié)省PCB空間,,改善低頻響應。
不僅如此,,BTL結構輸出,,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對比,通道1(藍色)--負載兩端,,通道2(綠色)--電源,。這是因為相同的沖擊會同時出現(xiàn)在橋式輸出結構的‘+’、‘-’兩端,,通過負載后,,會相互抵消,不對揚聲器做功,,聽不到”POP”聲,,這種結構對于上電、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,,通常會提供以下圖表,輸出功率 vs.電源電壓,,見圖-5,,輸出功率vs.負載,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
對于小功率的音箱,,由于尺寸的限制,它們的低頻響應通常都很差,而人耳又偏偏對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,,它的實現(xiàn)方法是在反饋回路中,,通過增加電容,來實現(xiàn)低頻部分的增益大于通帶內(nèi)的增益,,相當于環(huán)路系統(tǒng)中增加了一個極點,,一個零點,在AA4002的典型應用電路圖中,,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,
零點,,
假設R1=R2=R3=20K,,C2=0.068uF,則可以計算出fZERO=234Hz,,fPOLE=117Hz,,波特圖如下。這個幅度與相位只是對于低音增強這一段,,如果是BTL輸出,,則增益還會增加一倍(6dB),如果信號從PIN10/12腳輸入,,經(jīng)過兩級反相,,則輸出端、輸入端的相位差接近0DEG,,具體可以參考AA4002 Design tools,。
結論:便攜式音頻功率放大器設計達到了預期的目標,在此基礎上可以設計自己想要的便攜式產(chǎn)品,。