匹配和調(diào)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(fēng)格、系統(tǒng)控制和音質(zhì)方面越來越先進(jìn)。經(jīng)驗(yàn)豐富的電子工程師在他們的音頻放大器設(shè)計(jì)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(diào)整上付出額外的努力。

注意事項(xiàng)

開發(fā)音頻系統(tǒng)有不同的方法。NationalSemiconductor 的 LME49810 是高端消費(fèi)類和專業(yè)音頻應(yīng)用的最佳選擇，這些應(yīng)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(kuò)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(yīng)用。

輸入級(jí)設(shè)計(jì)是放大器的關(guān)鍵考慮因素。它通過從輸入中減去反饋信號(hào)來生成誤差信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)到輸出。假設(shè)誤差信號(hào)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(fù)輸入端口的偏置電流，輸入阻抗不匹配導(dǎo)致輸入失調(diào)電壓。輸入失調(diào)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(diào)電壓對(duì)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(duì)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(jìn)一步降低輸出失調(diào)電壓，降低反饋和輸入信號(hào)路徑上的阻抗是一種方法。可以減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(jí)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。

通常有兩種常見的音頻輸入設(shè)計(jì)類型：交流耦合或直流耦合。交流耦合輸入的優(yōu)點(diǎn)如下：

1) 從前置放大器、濾波器級(jí)或編解碼器級(jí)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(hù)直流故障。

另一方面，直流耦合輸入具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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(luò)耦合的噪聲。

功率放大器中的負(fù)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(fù)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(fù)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(huì)導(dǎo)致較差的瞬態(tài)響應(yīng)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(fù)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(fù)反饋系數(shù)可以通過 R 輸入和 R 反饋關(guān)系輕松設(shè)置：AV = RF/RI (V/V)。

補(bǔ)償

放大器的補(bǔ)償是在反饋回路閉合時(shí)調(diào)整開環(huán)增益和相位性能以穩(wěn)定系統(tǒng)。一般來說，補(bǔ)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(jìn)行了權(quán)衡。

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

通過增加這兩個(gè)引腳之間的電容值，可以增加補(bǔ)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(bǔ)償電容應(yīng)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(rèn)公式計(jì)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(gè)專用引腳(BiasP 和 BiasM)用于偏置設(shè)置并提供一定的輸出偏置電流。R pot(可變電阻)用于調(diào)整輸出級(jí)的偏置電流。降低 R pot+ Rb1 將導(dǎo)致更高的偏置電壓。

QMULT(乘法器)補(bǔ)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(dāng)溫度升高時(shí)，Vbe 會(huì)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(jí)是發(fā)射極跟隨器。通常稱為雙發(fā)射極跟隨器或達(dá)林頓對(duì)配置，其中第一個(gè)跟隨器作為輸出設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器。

射極跟隨器的大信號(hào)線性度主要取決于負(fù)載。隨著負(fù)載增加(即負(fù)載電阻減小)，輸出電流增加，雙極結(jié)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(huì)降低線性度并增加輸出級(jí)的失真。對(duì)于更高的功率，建議使用多級(jí)輸出以保持高電流和更好的線性度。LME49810 音頻驅(qū)動(dòng)器的輸出電流約為 50mA。根據(jù)應(yīng)用要求，它可以配置為單個(gè)達(dá)林頓對(duì)或并聯(lián)晶體管輸出。