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【功率器件心得分享】+音频放大器的设计使用心得

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本帖最后由 stalker张 于 2016-10-5 09:40 编辑

       音频放大器的集成电路通常由特殊功能电路、运算放大及功率放大电路组成。前者是专门为实现某种功能的电路设计,如录放音集成电路、音量音调控制集成电路、降噪集成电路等,后两种是构成放大器的集成电路。而D类音频功率放大器具有高效、节能、数字化、体积小、重量轻的特点,适应便携设备高效节能的客观需求,从而在音频模拟集成领域具有很大的优势。

先说说放大器的分类咯
1、A类放大器
A类放大器的主要特点是:放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单,调试方便。但效率较低,晶体管功耗大,功率的理论最大值仅有25%,且有较大的非线性失真。由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。


2、B类放大器
B类放大器的主要特点是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内,Q1导通Q2截止,输出端正半周正弦波;同理,当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示),所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%),但是因放大器有一段工作在非线性区域内,故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时, Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。


3、AB类放大器
AB类放大器的主要特点是:晶体管的导通时间稍大于半周期,必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大,可以抵消偶次谐波失真。有效率较高,晶体管功耗较小的特点。当信号在-0.6V《+0.6V 之间时,为使Q1,Q2导通,在Q1,Q2的VBE之间增加两个偏置电压,使输入信号在+ - 0.6V之间大小的时候,Q1,Q2也可以线性的放大。这样既可以获得较高的功率效率,又能很好的改善B类推挽式放大器的交越失真。理论上也可达到 78.5%的功率最大值,但实际上功率的最大值在70%左右可能受到输出级拓扑和输出级斜线的影响,在典型的听音条件下(全功率的30%左右),功放的效率为35%左右。


4、D类放大器
D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲亮度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或 PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器,也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器。放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成.D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。
①具有很高的效率,通常能够达到85%以上。
②体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间。
③无裂噪声接通
④低失真,频率响应曲线好。外围元器件少,便于设计调试。
如图4所示,PDM信号与PWM信号相比,没有固定的工作频率,其将输入的音频信号调制成一组脉冲宽度相同但是频率不同的PDM信号,有效的改善了PWM带来的EMI问题。目前市场上产品还不是很多。
半桥式D类放大器



总之,D类放大器用的是非常多的。
音频放大器的参数

1、电源纹波抑制比(PSRR)
下面是一个常用的音频放大器的性能比较图,这个是我盗的,请原谅

表一 常用的音频放大器性能比较
2、总谐波失真加噪声(THD+N)
总谐波失真(total harmonic distortion)是指一个模拟电路处理信号后,在一个特定频率范围内所引入的总失真量。噪声(noise)是指通常不需要的信号。有时由于热或者其它物理条件产生的在线路板上的其它电气行为(干扰)。总谐波失真和噪声越小越好。
3、信噪比(SNR)通常指一个模拟信号中有用信号和噪声之间的比值。
4、增益(AO)是对音频功率放大器来说增益通常指放大器输出功率和输入功率之间的比值。增益越大说明放大器的效率越高。
5、最大输出功率(POCM)输出功率反映了一个音频功率放大器的负载能力,通常音频放大器厂家会提供产品的在工作电压一定条件和额定负载下的的最大输出功率。
表二:常用的音频放大器性能比较(引用)
6、关断电流(Shutdown current)和输出偏移电压(Output Offset Voltage)。
关断电流越小,说明在待机条件下的放大器功耗小。输出偏移电压小有利于电池寿命的延长

       随着设计技术的不断进步,D类功率放大器的性能指标也逐步提高。基于CMOS工艺的D类音频功率放大器的构成、驱动实现、性噪比、失真度等方面的特性来进行电路的设计,效果非常突出。而且TI公司在这个方面的技术也是比较成熟的,记得曾经德仪(TI)宣布推出新型1.5W单芯片立体音效设计方案,增加音频放大器系列产品,这个新型放大器提供两个1.5W桥接式负载声道、600mW单端式 (SE)立体信号输出、立体音源输入多工器,全部整合於TI散热极佳的24接脚TSSOP PowerPAD包装内,该完整立体音效设计方案适用於笔记型电脑、可携式多媒体系统及主动式扬声器。不仅如此,在ti官网上也有一个完整的设计系统,http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/audio/overview.page?DCMP=PPC_BAIDU_TI&k_clickid=5c83feca-4e9f-49a6-a38f-d75344d3cba3&utm_source=BAIDU&utm_medium=cpc&utm_term=音频功率放大器设计&utm_campaign=ANA%20|%20CN%20|%20SE%20|%20N%20|%20AudioVideo&utm_content=5c83feca-4e9f-49a6-a38f-d75344d3cba3。整个音频设计都是非常专业的,如图
我也有使用它的设计方案,稍加一些修改就算完成了一个设计,并且成功的达到了自己想要的效果(此处说明:不是做广告,是真的很好用)。有空下次把我做的设计上传,供大家批评指教。
      先说到这吧
     上个图:

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巧克力娃娃 + 6 赞一个!
laibagao + 1 很给力!

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沙发
yuanquan12345| | 2016-10-1 08:12 | 只看该作者
期待。

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板凳
stalker张|  楼主 | 2016-10-1 17:19 | 只看该作者
好哦

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地板
二叉树| | 2016-10-1 17:39 | 只看该作者
这个给力哦

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5
摸摸| | 2016-10-1 19:03 | 只看该作者
还是甲类听得舒服

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6
stalker张|  楼主 | 2016-10-2 13:09 | 只看该作者

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7
stalker张|  楼主 | 2016-10-2 13:10 | 只看该作者
摸摸 发表于 2016-10-1 19:03
还是甲类听得舒服

嗯嗯

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8
TCsbx| | 2016-10-2 19:07 | 只看该作者
棒!

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9
stalker张|  楼主 | 2016-10-2 19:15 | 只看该作者

bx,好好去考研啊

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10
stalker张|  楼主 | 2016-10-10 00:00 | 只看该作者
帖子居然沉了@21ic小管家

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11
stalker张|  楼主 | 2016-10-16 10:23 | 只看该作者
king5555 发表于 2016-10-10 13:56
電路少了個調零。輸出即使只有幾mV直流,久了久之也會造成喇叭的磁偏。另外最重要的PCB布線圖案也沒有展 ...

嗯嗯

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