匹配和調諧音頻放大器輸出穩(wěn)定性和聲音性能，第一部分

音頻放大器產(chǎn)品在產(chǎn)品外觀、風格、系統(tǒng)控制和音質方面越來越先進。經(jīng)驗豐富的電子工程師在他們的音頻放大器設計中使用了不同類型的電路。

許多具有超過 100W/通道的傳統(tǒng)大功率音頻放大器都使用分立元件電路。高保真音頻放大器甚至需要在輸出穩(wěn)定性和聲音性能的匹配和調整上付出額外的努力。

注意事項

開發(fā)音頻系統(tǒng)有不同的方法。NationalSemiconductor 的 LME49810 是高端消費類和專業(yè)音頻應用的最佳選擇，這些應用包括有源工作室監(jiān)視器和低音炮、A/V 接收器、商業(yè)擴聲、售后音頻、專業(yè)混音器、分布式音頻和吉他放大器。它也非常適合需要高電壓和低失真的廣泛工業(yè)應用。

輸入級設計是放大器的關鍵考慮因素。它通過從輸入中減去反饋信號來生成誤差信號，然后驅動到輸出。假設誤差信號很小，以為放大器提供高線性度。LME49810 是雙極輸入放大器。

輸入阻抗匹配很重要。由于來自正負輸入端口的偏置電流，輸入阻抗不匹配導致輸入失調電壓。輸入失調電壓將通過閉環(huán)增益放大并出現(xiàn)在輸出端。

雖然 LME49810 具有非常低的輸入偏置電流，但出現(xiàn)在輸出上的失調電壓對于一般用途來說是微不足道的。例如，典型的 LME49810 偏置電流為 100nA 和 1K-ohms 輸入阻抗失配。Voffset = Ibias x Rmismatch = 100nA x 1K-ohms =0.1mV。對于放大器中典型的 30 倍閉環(huán)增益，Voutputoffset = 0.1mV x 30。

由于輸入偏置電流非常低，輸出上出現(xiàn)的偏移電壓在一般用途中將是微不足道的。為了進一步降低輸出失調電壓，降低反饋和輸入信號路徑上的阻抗是一種方法?？梢詼p少由于輸入偏置電流不平衡引起的偏移。但我們需要確保前級有足夠的驅動能力。

通常有兩種常見的音頻輸入設計類型：交流耦合或直流耦合。交流耦合輸入的優(yōu)點如下：

1) 從前置放大器、濾波器級或編解碼器級到放大器輸入的直流偏移始終為零。

2) 放大器中的任何直流伺服電路無需保護直流故障。

另一方面，直流耦合輸入具有以下優(yōu)點：

1) 不需要大而昂貴的交流耦合電容器。

2) 避免了交流耦合電容產(chǎn)生的低頻失真。

3)降低了交流耦合RC網(wǎng)絡耦合的噪聲。

功率放大器中的負反饋配置可以提供更高的系統(tǒng)穩(wěn)定性和線性度。使用負反饋可以避免放大器直流偏移電壓飽和。

一般放大器在高頻存在相移，較高的負反饋因子可以降低高頻的不穩(wěn)定性和振蕩。

在分立放大器系統(tǒng)中，高反饋因數(shù)會導致較差的瞬態(tài)響應或高頻不穩(wěn)定。LME49810 具有更高的開環(huán)增益。

因此，它具有較小的閉環(huán)增益誤差和電源抑制，并且可以最大限度地提高電路中的負反饋量，從而最大限度地提高線性度。推薦的電壓增益范圍為 30-40dB。負反饋系數(shù)可以通過 R 輸入和 R 反饋關系輕松設置：AV = RF/RI (V/V)。

補償

放大器的補償是在反饋回路閉合時調整開環(huán)增益和相位性能以穩(wěn)定系統(tǒng)。一般來說，補償量盡可能高，以獲得更高的穩(wěn)定性。然而，它在降低音頻芯片的帶寬和壓擺率方面進行了權衡。

較低的轉換速率將提供更柔和的聲音特性，而較高的轉換速率通?？梢蕴峁└逦透驳穆曇籼匦?。在 LME49810 中，米勒補償是通過在引腳 Comp 和 BiasM 之間插入一個電容器來實現(xiàn)的。

通過增加這兩個引腳之間的電容值，可以增加補償量和相位裕度。但是，不建議過高或過低。

建議范圍為 10p 至 100p。補償電容應為低等效串聯(lián)電阻 (ESR);它可以避免電容器的ESR引入零電位。通常，陶瓷電容比電解電容好。

靜音引腳由流入靜音引腳的電流控制。這是通過將參考電壓通過電阻器連接到靜音引腳來控制電流從 50 到 100 微安作為“播放”模式，小于 50μA 作為“靜音”模式?？梢酝ㄟ^默認公式計算：IMUTE = (VMUTE – 0.7V) / (RM + 10k-ohms) (A)。不建議通過靜音引腳的電流超過 200 微安。

輸出

LME49810 有兩個專用引腳(BiasP 和 BiasM)用于偏置設置并提供一定的輸出偏置電流。R pot(可變電阻)用于調整輸出級的偏置電流。降低 R pot+ Rb1 將導致更高的偏置電壓。

QMULT(乘法器)補償偏置電壓以防止雙極輸出晶體管的熱失控。

QMULT 必須連接到與輸出晶體管相同的散熱器。當溫度升高時，Vbe 會降低以降低偏置電壓——偏置電流越高，輸出的交叉失真越小，但電流消耗越高。

音頻功率放大器中最常見的輸出級是發(fā)射極跟隨器。通常稱為雙發(fā)射極跟隨器或達林頓對配置，其中第一個跟隨器作為輸出設備的驅動器。

射極跟隨器的大信號線性度主要取決于負載。隨著負載增加(即負載電阻減小)，輸出電流增加，雙極結晶體管電流增益由于 RE(發(fā)射極去極)和高電流密度下的 β 滾降而減小。

它可能會降低線性度并增加輸出級的失真。對于更高的功率，建議使用多級輸出以保持高電流和更好的線性度。LME49810 音頻驅動器的輸出電流約為 50mA。根據(jù)應用要求，它可以配置為單個達林頓對或并聯(lián)晶體管輸出。