關(guān)于高性能音頻放大器設計準則與技巧

現在許多傳統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(jìn)行匹配和調節。

本文以美國國家半導體的音頻驅動(dòng)器LME49810為例進(jìn)行說(shuō)明，該組件可提供200V的峰峰值輸出電壓擺幅，并可驅動(dòng)不同類(lèi)型的輸出級，適合高階消費和專(zhuān)業(yè)級音訊應用，包括主動(dòng)錄音室監視器、超重低音揚聲器、音頻/視訊接收器、商用擴音系統、非原廠(chǎng)音響、專(zhuān)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(lèi)高電壓及低失真要求的產(chǎn)業(yè)用音頻系統?？蔀橐纛l系統提供更精簡(jiǎn)的設計，協(xié)助設計人員更容易的開(kāi)發(fā)出高性能音頻系統，實(shí)現更高的穩定性和一致性，大幅減少系統研發(fā)和生產(chǎn)時(shí)的分離式組件匹配及調節工作。

設計技巧

采用美國國家半導體的音頻驅動(dòng)器來(lái)設計高質(zhì)量音頻系統的方法有很多。以下為設計建議。

輸入級：輸入級設計是放大器最關(guān)鍵的一環(huán)。透過(guò)來(lái)自反饋的訊號進(jìn)行相減，輸入級會(huì )產(chǎn)生一個(gè)誤差訊號，然后把這個(gè)誤差訊號驅動(dòng)到輸出。該誤差訊號通常很小，足以為放大器提供足夠的線(xiàn)性度。

LME49810是一款雙極輸入放大器，其輸入阻抗的匹配性相當重要。受來(lái)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(huì )導致輸入偏移電壓。該輸入偏移電壓將按照死循環(huán)增益放大。當然，LME49810的輸入偏置電流很低，對于一般的應用來(lái)說(shuō)，出現在輸出的偏移電壓可以忽略。

圖1：輸入級和反饋應用示意圖。

一般來(lái)說(shuō)，通常采用的的音訊輸入設計有兩種：交流或直流耦合輸入。交流耦合輸入的優(yōu)點(diǎn)是來(lái)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(wú)需在放大器中加入任何的直流伺服電路來(lái)防止直流故障。而直流耦合輸入的優(yōu)點(diǎn)則是無(wú)需使用大尺寸和昂貴的交流耦合電容；不會(huì )出現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：功率放大器的負反饋設置可為系統帶來(lái)較高的穩定性和線(xiàn)性度。當放大器在高頻工作時(shí)會(huì )出現相位位移，而較大的負反饋系數可減輕在高頻時(shí)的不穩定性和振蕩。在分離放大器系統中，高反饋系數將會(huì )引起很差的瞬態(tài)響應或高頻不穩定性。然而，LME49810擁有一個(gè)較高的開(kāi)環(huán)增益，因此它的死循環(huán)增益誤差和電源紋波抑制會(huì )較小，可以最大化電路中的負反饋，因而提高系統的線(xiàn)性度。通常，建議采用30dB至40dB的電壓增益。

圖2：輸出偏置電路結構。

補償：放大器的補償是用來(lái)調節開(kāi)環(huán)增益和相位性能，以便當反饋被關(guān)閉時(shí)能把系統穩定下來(lái)。一般來(lái)說(shuō)，要獲得較高的穩定性補償越大越好?？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(huì )使系統產(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(shí)的音訊特性。LME49810的密勒補償是透過(guò)在‘Comp’和‘BiasM’接腳之間加插一個(gè)電容來(lái)實(shí)現的，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)應較低，以避免電容的等效串聯(lián)電阻引發(fā)潛在零點(diǎn)。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(jìn)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(jìn)MUTE接腳的電流超出200uA。

輸出偏置：LME49810有兩個(gè)用來(lái)設定偏置的專(zhuān)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://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/電阻器">電阻器Rpot可用來(lái)調節輸出級的偏置電流，將Rpot+ R b1的電阻降低可以提高偏置電壓。倍增器QMULT用來(lái)補償偏置電壓以防止雙極輸出晶體管出現熱漂移。QMULT必須與輸出晶體管連接在相同的散熱器上。