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AB类音频放大器设计谈

上网日期: 2007年10月23日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:D类?

音频设计一直是大多数电子工程师热衷的课题,在音频设计中人们对完美的追求远远超过对成本的考虑。然而,最简单的电路有时可提供最佳性价比方案。虽然市场上众多新的低功率扬声器彰显出向D类音频性能发展的趋势,但就低成本、低失真和低噪声而言,AB类音频性能仍然最有竞争力。

差分AB类输出

AB类结构提供的信号与噪声加失真比可能比D类好达十倍。它的结构更简单、输出端无需电抗滤波器件、输出信号中也不会出现由频率高达几百kHz的切换所产生的电磁辐射。然而,AB类输出级还只是低噪声和低成本音频放大器结构的一部分。另外,系统设计还证明若要在低频率下提供良好的音频性能,扬声器必须使用大容量的耦合电容器。即便是有相当高阻抗的扬声器,也需要一个几千微法的电容器来提供极低的阻抗以获得足够的驱动。AB类差分输出解决了这一问题,它可以直接驱动扬声器而不需要采用隔直流电容。另外,与传统的单端驱动相比,如果差分输出信号反相,负载将获得两倍的输出电压。

差分输入级和噪声性能

差分输入级也能为放大器的噪声性能带来好处。噪声可以从两方面污染信号,即地线上的噪声和耦合到信号中的噪声。

在所有的混合信号音频设计中,附近会有一些数字电路,通常很难实现两个地平面(一个模拟、一个数字)的理想布放。因此,高速数字噪声会耦合到模拟地上,从而极大地降低高性能放大器所炫耀的信噪比。在高精度模拟设计中,一般都假设地线实际上永远不会达到零伏。在地线上分别存在低频和高频噪声,前者是由流入模拟器件的电源端的电流所引起,而后者则通常由流入数字器件电源端的浪涌电流以及信号线和地之间的耦合噪声所引起。如果输入信号的参考地为噪声地,那么该噪声将被丝毫不差地出现在放大器的输出端。

除了放大器的地线噪声外,噪声还可能从周围电路中耦合到信号中。例如,手机中的噪声可能来自射频电路、高速数字电路或者几个开关式稳压器。

差分输入级克服了地噪声和信号噪声,而只有需要的信号才被放大。如果在PCB上输入信号线靠的很近并相互并行,耦合到输入端的任何噪声将是共模的,因此不会被放大。所以在设计优良的差分输入级里,输入电路的精确匹配意味着在每个输入上的任何失真通常都是相同的,因而会被差分输入级的差分特性抵消掉。

差分输入/输出放大器理论分析

图1给出了奥地利微电子公司的一个1.8W的AB类差分输入、差分输出音频放大器的原理图。


图1:AB类差分输入、差分输出音频放大器原理图。

分析电路前,我们先看看流入差分输入的反向和同向端的电流。因为放大器的输入阻抗高,任何流入RIN1的电流都通过RF1并到达输出口。同样地,任何流入RIN2的电流都通过RF2并到达输出口。这样就产生以下公式:


因此,


同样地,


因此,


当放大器处于线性模式时,V-=V+。如果RF1=RF2=RF,且RIN1=RIN2=RIN,则V+=V-最终成立。换言之,输出口的差分信号等同于输入口的差分信号乘以反馈电阻器与输入电阻器之比。这与传统的运算放大器没有什么不同。


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