關(guān)于高性能音頻放大器設(shè)計準則與技巧

現(xiàn)在許多傳統(tǒng)高性能音頻放大器的每通道輸出功率在100瓦以上，并且大多采用分離式的電路組件。因此，為了確保輸出的穩(wěn)定性和音效，工程師通常需要花很大精力對高傳真音頻放大器進行匹配和調(diào)節(jié)。

本文以美國國家半導(dǎo)體的音頻驅(qū)動器LME49810為例進行說明，該組件可提供200V的峰峰值輸出電壓擺幅，并可驅(qū)動不同類型的輸出級，適合高階消費和專業(yè)級音訊應(yīng)用，包括主動錄音室監(jiān)視器、超重低音揚聲器、音頻/視訊接收器、商用擴音系統(tǒng)、非原廠音響、專業(yè)級混音器，分布式音訊和吉他放大器等。此外，也適用于各類高電壓及低失真要求的產(chǎn)業(yè)用音頻系統(tǒng)?？蔀橐纛l系統(tǒng)提供更精簡的設(shè)計，協(xié)助設(shè)計人員更容易的開發(fā)出高性能音頻系統(tǒng)，實現(xiàn)更高的穩(wěn)定性和一致性，大幅減少系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)時的分離式組件匹配及調(diào)節(jié)工作。

設(shè)計技巧

采用美國國家半導(dǎo)體的音頻驅(qū)動器來設(shè)計高質(zhì)量音頻系統(tǒng)的方法有很多。以下為設(shè)計建議。

輸入級：輸入級設(shè)計是放大器最關(guān)鍵的一環(huán)。透過來自反饋的訊號進行相減，輸入級會產(chǎn)生一個誤差訊號，然后把這個誤差訊號驅(qū)動到輸出。該誤差訊號通常很小，足以為放大器提供足夠的線性度。

LME49810是一款雙極輸入放大器，其輸入阻抗的匹配性相當(dāng)重要。受來自正輸入埠和負輸入埠的偏置電流的影響，輸入阻抗的失配會導(dǎo)致輸入偏移電壓。該輸入偏移電壓將按照死循環(huán)增益放大。當(dāng)然，LME49810的輸入偏置電流很低，對于一般的應(yīng)用來說，出現(xiàn)在輸出的偏移電壓可以忽略。

圖1：輸入級和反饋應(yīng)用示意圖。

一般來說，通常采用的的音訊輸入設(shè)計有兩種：交流或直流耦合輸入。交流耦合輸入的優(yōu)點是來自前置放大器、濾波器級或編譯碼器級的放大器輸入直流偏移一般都是零，且無需在放大器中加入任何的直流伺服電路來防止直流故障。而直流耦合輸入的優(yōu)點則是無需使用大尺寸和昂貴的交流耦合電容；不會出現(xiàn)由交流耦合電容所產(chǎn)生的低頻失真；可減輕交流耦合RC網(wǎng)絡(luò)的噪聲。

負反饋系數(shù)：功率放大器的負反饋設(shè)置可為系統(tǒng)帶來較高的穩(wěn)定性和線性度。當(dāng)放大器在高頻工作時會出現(xiàn)相位位移，而較大的負反饋系數(shù)可減輕在高頻時的不穩(wěn)定性和振蕩。在分離放大器系統(tǒng)中，高反饋系數(shù)將會引起很差的瞬態(tài)響應(yīng)或高頻不穩(wěn)定性。然而，LME49810擁有一個較高的開環(huán)增益，因此它的死循環(huán)增益誤差和電源紋波抑制會較小，可以最大化電路中的負反饋，因而提高系統(tǒng)的線性度。通常，建議采用30dB至40dB的電壓增益。

圖2：輸出偏置電路結(jié)構(gòu)。

補償：放大器的補償是用來調(diào)節(jié)開環(huán)增益和相位性能，以便當(dāng)反饋被關(guān)閉時能把系統(tǒng)穩(wěn)定下來。一般來說，要獲得較高的穩(wěn)定性補償越大越好?？墒?，補償越大，音頻芯片的帶寬和壓擺率就越低，而較低的壓擺率會使系統(tǒng)產(chǎn)生出較柔和的音訊特性，相反較高的壓擺率則可產(chǎn)生較清晰和真實的音訊特性。LME49810的密勒補償是透過在‘Comp’和‘BiasM’接腳之間加插一個電容來實現(xiàn)的，最適合的電容取值范圍是10p到100p。此外，補償電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)應(yīng)較低，以避免電容的等效串聯(lián)電阻引發(fā)潛在零點。在一般情況下，采用陶瓷電容要比采用電解電容的效果更好。

靜音：MUTE接腳是由流進的電流量所控制。從50uA到100uA為‘PLAY’模式，而低于50uA的為‘MUTE’模式。建議不要讓流進MUTE接腳的電流超出200uA。

輸出偏置：LME49810有兩個用來設(shè)定偏置的專用接腳(BIASP和BIASM)，可以提供一定的輸出偏置電流?？勺?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/電阻器">電阻器Rpot可用來調(diào)節(jié)輸出級的偏置電流，將Rpot+ R b1的電阻降低可以提高偏置電壓。倍增器QMULT用來補償偏置電壓以防止雙極輸出晶體管出現(xiàn)熱漂移。QMULT必須與輸出晶體管連接在相同的散熱器上。