無(wú)濾波器雙路D類(lèi)功放MAX9713/9714原理與應用

關(guān)鍵詞：MAX9713；MAX9714；D類(lèi)；音頻；功率放大器

１　概述

ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４無(wú)濾波器Ｄ類(lèi)音頻功率放大器是ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)型功率放大器的改進(jìn)產(chǎn)品，其中ＭＡＸ９７１３是單聲道功率放大器，ＭＡＸ９７１４是立體聲功率放大器，它們均具有ＡＢ類(lèi)功率放大器的性能和Ｄ類(lèi)功率放大器的效率，且不需要傳統Ｄ類(lèi)功率放大器的輸出濾波器，也不需要散熱器，因而節省了電路板面積，降低了設計成本。ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４器件采用１０Ｖ～２５Ｖ單電源電壓供電，靜態(tài)電流僅為１８ｍＡ。在單路工作模式下，該器件可向８Ω負載輸出高達６Ｗ的功率，且效率高達８５％，ＴＨＤ＋Ｎ低于０．０７％，ＳＮＲ超過(guò)１００ｄＢ，同時(shí)還具有短路和過(guò)熱保護功能。因而可以廣泛應用在臺式計算機、筆記本電腦、汽車(chē)音響、ＬＣＤ監視器、投影儀和家用電視接收機等設備中。

２ 引腳功能和主要參數

２．１ 引腳功能

ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４均采用３２腳ＴＱＦＮ封裝，ＭＡＸ９７１３的封裝尺寸為５ｍｍ５ｍｍ，ＭＡＸ９７１４的封裝尺寸為７ｍｍ７ｍｍ，其引腳排列如圖１所示，各引腳的功能如下：

ＰＧＮＤ：電源地；

ＶＤＤ：電源端，電壓范圍為１０～２５Ｖ；

Ｃ１Ｎ：充放電電容負極；

Ｃ１Ｐ：充放電電容正極；

圖1

ＣＨＯＬＤ：充放電容控制電容接入端，設計時(shí)可用１μＦ電容連接到ＶＤＤ端；

Ｎ．Ｃ．：空腳；

ＲＥＧ：內部調節器輸出端，應使用０．４７μＦ電容對地旁路；

ＡＧＮＤ：模擬信號地；

ＩＮ＋：同相輸入端；

ＩＮ－：反相輸入端；

ＳＳ：軟啟動(dòng)端，使用時(shí)應在ＳＳ端到地ＧＮＤ端接０．４７μＦ的電容；

ＳＨＤＮ：關(guān)機控制端，低電平有效；

Ｇ１，Ｇ２：分別為增益選擇１和２端；

ＦＳ１，ＦＳ２：分別為頻率選擇１和２端；

ＯＵＴ－：音頻信號反相輸出端；

ＯＵＴ＋：音頻信號同相輸出端；

ＩＮＬ－：左通道反相輸入端；

ＩＮＬ＋：左通道同相輸入端；

ＩＮＲ－：右通道反相輸入端；

ＩＮＲ＋：右通道同相輸入端；

ＯＵＴＲ－：右通道音頻信號反相輸出端；

ＯＵＴＲ＋：右通道音頻信號同相輸出端；

ＯＵＴＬ－：左通道音頻信號反相輸出端；

ＯＵＴＬ＋：左通道音頻信號同相輸出端。

２．２ 主要性能參數

ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的主要性能參數。

３　電路原理與外圍電路設計

ＭＡＸ９７１４的內部原理框圖如圖２所示，與ＭＡＸ９７１３相比，ＭＡＸ９７１４僅多了一個(gè)放大通道，其余部分完全相同。下面以ＭＡＸ９７１４為例，簡(jiǎn)要分析其主要單元電路的工作原理。

３．１ 信號輸入電路

ＭＡＸ９７１３／ ＭＡＸ９７１４內部采用全差動(dòng)輸入結構，與多媒體數字解碼器輸出兼容，可直接相連。由于ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４采用的是差動(dòng)輸入結構，因而可有效放大兩個(gè)輸入端的差模信號，同時(shí)也可抑制輸入信號中的共模噪聲。在有些應用場(chǎng)合，還可設置為單端輸入方式，但此時(shí)輸入信號、公共地到兩個(gè)輸入端之間的耦合電容不能省去。

輸入電路中的電容ＣＩＮ既是信號耦合電容，又可與ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的輸入阻抗構成高通濾波器，其電容值的大小直接影響高通濾波器下限截止頻率的高低，為了使放大器具有較好的低頻特性，ＣＩＮ的電容值不能太小，一般?。埃矗乏蹋戚^為合適。電容ＣＩＮ宜選用鉭電容或鋁電解電容，耐壓值較高的陶瓷電容雖然也可以使用，但是容易引起低頻失真，所以一般不宜使用。

３．２ 調制模式

ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的調制方案有固定頻率模式?ＦＦＭ?和擴散頻譜模式?ＳＳＭ?兩種。在固定頻率模式?ＦＦＭ?下，可由ＦＳ１和ＦＳ２設定開(kāi)關(guān)頻率，其輸出信號頻譜由開(kāi)關(guān)頻率及其諧波成分組成，因此，即使開(kāi)關(guān)頻率在標稱(chēng)值的３５％范圍內變化，也不會(huì )影響電路對音頻信號的再現。

擴散頻譜模式?ＳＳＭ?是Ｍａｘｉｍ公司獨有的、具有專(zhuān)利技術(shù)的調制方案，可使輸出信號頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚聲器和連接電纜的ＥＭＩ輻射? 滿(mǎn)足ＦＣＣ輻射標準。在ＳＳＭ模式（通過(guò)置ＦＳ１＝ＦＳ２＝Ｈ來(lái)完成設置），開(kāi)關(guān)頻率將圍繞中心頻率（３３５ｋＨｚ）在１．７％ｋＨｚ內變化。雖然調制方式還是一樣，但是三角波的周期在循環(huán)變化。輸出信號頻譜則隨開(kāi)關(guān)頻率變化而變化，而對于能量譜，它們通常隨著(zhù)頻率的變化分布在整個(gè)頻帶內，這樣的頻譜看起來(lái)就像白噪聲，ＥＭＩ輻射也相應降低。

３．３ 輸出電路

傳統的Ｄ類(lèi)音頻功率放大器為了從放大后的ＰＷＭ輸出信號中還原音頻信號，往往需要一個(gè)輸出濾波器，這樣既增加了成本和放大器的尺寸，又降低了效率。ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要輸出濾波器，而是利用揚聲器內固有的線(xiàn)圈電感和揚聲器來(lái)對發(fā)聲頻率范圍內人耳所能聽(tīng)到的聲音成份實(shí)現自然濾波，以達到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因為，ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的工作頻率遠遠超過(guò)大多數揚聲器的發(fā)聲頻率范圍。由于揚聲器音頻線(xiàn)圈的振動(dòng)受低頻信號的影響較大，受高頻信號的影響非常小，因此，只要采用線(xiàn)圈電感大于３０μＨ的揚聲器就能有效還原ＰＷＭ輸出中的音頻信號。典型的８Ω揚聲器的線(xiàn)圈電感一般在３０μＨ到１００μＨ之間，所以無(wú)需輸出濾波器，選用線(xiàn)圈電感值大于６０μＨ的揚聲器可達到最佳的輸出效果。

雖然ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要輸出濾波器，但是在使用時(shí)必須注意：輸出端與揚聲器之間的連接電纜長(cháng)度不得超過(guò)３６ｃｍ。如果遇到輸出線(xiàn)路的長(cháng)度超過(guò)３６ｃｍ、電路板設計不夠合理而影響輸出效果、電路附近有電磁輻射敏感設備等情況，就必須設計輸出濾波器。

３．４ 開(kāi)關(guān)機噪聲抑制電路

ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４內部具有開(kāi)關(guān)機噪聲抑制電路。在關(guān)機過(guò)程中，放大器輸出端的Ｈ型橋路通過(guò)３００ｋΩ電阻連接到ＧＮＤ端，輸出端沒(méi)有能聽(tīng)到的噪聲信號輸出。在開(kāi)機過(guò)程中，輸入放大器內部偏置電壓被設置為較低的值，輸入放大器不工作，從而可以達到靜音、防止噪聲輸出的目的。開(kāi)機后，隨著(zhù)軟啟動(dòng)電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內部偏置電壓會(huì )逐步達到正常值，電路開(kāi)始進(jìn)入正常工作狀態(tài)。由于電容ＣＳＳ值會(huì )影響開(kāi)機靜噪時(shí)間的長(cháng)短，為了達到最佳的靜噪性能，電容ＣＳＳ的取值最小應該達到１８０ｎＦ。

４　應用電路

圖３是采用ＭＡＸ９７１４與ＭＡＸ９７２２Ｂ設計的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚聲器進(jìn)行大功率立體聲信號輸出，也可以連接耳機以滿(mǎn)足個(gè)人欣賞音樂(lè )之需，而且兩種輸出方式不同時(shí)工作，互不影響。圖中，ＣＯＤＥＣ為音頻信號輸入端，當耳機插孔沒(méi)有插入耳機時(shí)，場(chǎng)效應管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為低電平，ＭＡＸ９７１４正常工作而ＭＡＸ９７２２Ｂ處于停機狀態(tài)。當耳機插入耳機插孔后，場(chǎng)效應管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為高電平，場(chǎng)效應管處于導通狀態(tài)，ＳＳ端為低電平，ＭＡＸ９７１４處于非啟動(dòng)狀態(tài)而無(wú)功率輸出，而此時(shí)ＭＡＸ９７２２Ｂ則處于正常工作狀態(tài)，電路將從耳機插孔輸出經(jīng)放大的音頻信號。