音頻功率放大器NCP2890的原理與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：NCP2890；A-B類；音頻放大器

１　概述

ＮＣＰ２８９０是安森美半導(dǎo)體(Ｏｎ Ｓｅｍｉ)公司推出的經(jīng)濟(jì)高效、功能齊備的音頻系列產(chǎn)品中的第一款音頻功率放大器，它是專為手機(jī)和ＰＤＡ等電池供電的無(wú)線設(shè)備而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，是一種質(zhì)量非常優(yōu)秀的無(wú)線應(yīng)用Ａ－Ｂ類音頻功率放大器，可為客戶提供卓越的音頻性能。該器件在具有出眾的電源抑制比(ＰＳＲＲ)和總諧波失真加噪聲(ＴＨＤ＋Ｎ)特性的同時(shí)，綜合了外部控制增益特征和可調(diào)式開機(jī)與關(guān)機(jī)延時(shí)功能，并具有“開機(jī)和關(guān)機(jī)”控制電路，能消除開啟和關(guān)閉此類音頻功率放大器時(shí)產(chǎn)生的可聽噪聲，可靈活應(yīng)用于便攜式音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)中。ＮＣＰ２８９０允許鋰離子或鋰聚合物電池直接供電，因而省卻了額外的低壓降穩(wěn)壓器(ＬＤＯ)，同時(shí)減少了電路板的占用空間并降低了整體成本。

２　芯片結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)

為滿足特定市場(chǎng)的需求，ＮＣＰ２８９０目前有Ｍｉ-ｃｒｏｂｕｍｐ－９(２．２５ｍｍ２)和Ｍｉｃｒｏ－８(１４．７ｍｍ２)兩種不同的封裝形式，圖１所示為其引腳排列圖，各引腳的功能如表１列。

ＮＣＰ２８９０內(nèi)部包括６７１個(gè)晶體管、１８９９個(gè)ＭＯＳ門電路，因而具有極佳的音頻性能，表２給出了ＮＣＰ２８９０的主要性能參數(shù)。

表2 NC2890主要性能參數(shù)

３　應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

圖２所示為ＮＣＰ２８９０音頻功放的典型應(yīng)用電路，由圖２可見，ＮＣＰ２８９０外圍只有用來(lái)調(diào)節(jié)增益的兩個(gè)電阻、一個(gè)輸入耦合電容、一個(gè)旁路電容等少數(shù)幾個(gè)元件，因此所需外圍器件極其簡(jiǎn)單。

３．１ 電路工作原理

ＮＣＰ２８９０內(nèi)含兩個(gè)完全一樣的功率放大器，輸入的音頻信號(hào)經(jīng)第一個(gè)功率放大器放大后從ＯＵＴＡ輸出。電壓增益由外接電阻Ｒｆ與Ｒｉｎ的比值決定。放大后的音頻信號(hào)再經(jīng)增益為１的第二個(gè)功率放大器進(jìn)行反相放大，并從ＯＵＴＢ輸出。由于ＯＵＴＡ端與ＯＵＴＢ端輸出的音頻功率信號(hào)大小相等、相位相反，且兩個(gè)輸出端(ＯＵＴＡ和ＯＵＴＢ)的直流靜態(tài)電位相同（Ｖｐ／２），所以，揚(yáng)聲器可以直接連接到ＯＵＴＡ與ＯＵＴＢ端，而不用增加輸出耦合電路。兩個(gè)功率放大器的輸出級(jí)均采用ＰＭＯＳ和ＮＭＯＳ晶體管特殊設(shè)計(jì)而成。正常導(dǎo)通時(shí)，其溝道電阻小于０．６Ω，因而其輸出波形失真非常小。

一般的功率放大器在開啟和關(guān)閉過程中會(huì)產(chǎn)生人耳可聽到的噪聲，為了消除這種可聽噪聲，在ＮＣＰ２８９０內(nèi)部專門設(shè)計(jì)了消噪聲電路。開機(jī)時(shí)，邏輯高電平加到開關(guān)控制端，旁路電容Ｃｂｙ上的直流電壓值開始按指數(shù)規(guī)律增加，當(dāng)電壓值達(dá)到共模電壓值（Ｖｐ／２）時(shí)，開始輸出功率（此過程大約５０ｍｓ）；而關(guān)機(jī)時(shí)，控制端接低電平，負(fù)載被連接到接地端，輸出功率為零，此時(shí)電路的直流靜態(tài)電流小于１００ｎＡ。

３．２ 電路元件參數(shù)設(shè)置

Ｒｉｎ與Ｒｆ用來(lái)設(shè)置放大器的閉環(huán)增益，為了優(yōu)化ＮＣＰ２８９０的性能，放大器的閉環(huán)增益應(yīng)該設(shè)置在較低的水平，此時(shí)ＴＨＤ最小，信噪比最大，頻率響應(yīng)范圍最寬。所以在多數(shù)情況下，放大器的閉環(huán)增益一般設(shè)置在２～５之間，因此，輸入電阻(Ｒｉｎ)的取值Ｄ在２０ｋΩ比較合適，而Ｒｆ則用來(lái)調(diào)節(jié)閉環(huán)增益以控制輸出功率。

輸入耦合電容Ｃｉｎ用來(lái)隔離放大器輸入端的直流電壓，同時(shí)可與Ｒｉｎ組成一個(gè)高通濾波器，但它會(huì)影響濾波器的下限截止頻率。為了使低頻信號(hào)不至于衰減過大，理論上，Ｃｉｎ應(yīng)該取較大的值，而較大容量電容的充放電時(shí)間較長(zhǎng)，因此，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能使輸入端的靜態(tài)電位達(dá)到Ｖｐ／２，而這易使輸出端產(chǎn)生開機(jī)噪聲。所以，在多數(shù)情況下，Ｃｉｎ的取值一般在０．１～０．３９μＦ之間比較合適（Ｒｉｎ＝２０ｋΩ時(shí)）。

旁路電容Ｃｂｙ是共模電壓（Ｖｐ／２）的濾波器，是決定開機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短、減少開機(jī)噪聲的一個(gè)關(guān)鍵元件，在多數(shù)情況下，旁路電容Ｃｂｙ取１．０μＦ比較合適。

Ｒ１和Ｒ２組成的分壓電路用于產(chǎn)生芯片的啟動(dòng)電壓，一般Ｒ１取值１００ｋΩ，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)電壓值來(lái)選擇Ｒ２的阻值，只要使分壓值約大于１．２Ｖ即可。

３．３ 使用注意事項(xiàng)

當(dāng)電路達(dá)到最大輸出功率?Ｐｏｒｍｓ＝１．０Ｗ，Ｖｐ＝５．０Ｖ，ＲＬ＝８．０Ω?時(shí)，負(fù)載上的峰值電流為５００ｍＡ。為了防止輸出負(fù)載斷路時(shí)產(chǎn)生過大的輸出電流，芯片內(nèi)設(shè)置了輸出電流檢測(cè)電路，它可將最大輸出電路限定為８００ｍＡ。這樣，一旦輸出電流超過８００ｍＡ?xí)r，輸出端的四個(gè)ＭＯＳ晶體管將被門控電壓關(guān)斷而不再輸出電流。

當(dāng)芯片溫度超過１６０℃時(shí)，內(nèi)部放大器將被關(guān)閉而停止工作，直到溫度低于１４０℃時(shí)，內(nèi)部放大器才重新啟動(dòng)開始工作。

盡管ＮＣＰ２８９０內(nèi)部含有過流和過熱保護(hù)電路，但是在使用時(shí)，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。