常用集成功率放大器主要有:耳機(jī)放大器、1~2W低功率放大器、12~45V電源電壓中等功率放大器和50V以上的高功率放大器。在低電壓特別是單電源供電條件下,為了獲得比較大的輸出功率,多采用BTL電路形式和比較低的負(fù)載電阻(如4Ω、2Ω)。采用OTL電路時,電源為單電源,這樣可以簡化電源,但是需要附加一個輸出隔直電容器,對于大功率輸出,帶有隔直電容器的電路將受到電容器的可承受的電流限制不再適用。對于大功率輸出,通常采用OCL無輸出電容器電路,這樣的電路需要雙電源供電,如果輸出功率仍不滿足要求,可以采用BTL電路增加輸出功率。若要進(jìn)一步增加輸出功率,還可采用多路放大器并聯(lián)的方式實現(xiàn)。
(1)耳機(jī)放大器
耳機(jī)放大器是專為耳機(jī)提供音頻功率的低功率水平的功率放大器,隨著便攜式放聲設(shè)備(如手機(jī)、MP3等)的普遍應(yīng)用,耳機(jī)放大器的需求量也大大增加。耳機(jī)放大器多應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備,因此封裝形式為表面貼裝。
耳機(jī)放大器的負(fù)載是耳機(jī),它的阻抗為32Ω。輸出功率不要求很大,有100mW就足夠了。
耳機(jī)放大器一般為立體聲放大器,即雙聲道放大器。因為耳機(jī)需要經(jīng)常地插拔,很可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象,因此耳機(jī)放大器應(yīng)具有過熱和短路保護(hù)功能。
耳機(jī)放大器要求在32Ω負(fù)載下的額定功率和1kHz條件下的總諧波失真要低于0.1%;在整個頻帶內(nèi)(20~20kHz)要具有不高于0.2%的總諧波失真。
圖10-18所示是TI公司生產(chǎn)的TPA152耳機(jī)放大器的基本電路。TPA152為8-pinSOIC封裝形式。
表10-1所示為TPA152的引腳功能。
圖10-19所示為TPA152內(nèi)部簡要原理框圖。從圖中可以看出,TPA152內(nèi)部的放大器實際上就是運(yùn)算放大器,只不過輸出功率比常規(guī)運(yùn)算放大器高。由于TPA152是單電源供電,所以放大器的同相輸入端需要接到電源的中點,因此在芯片內(nèi)部帶有分壓電阻,分壓電阻的中點接放大器的同相輸入端。另外,為了保證同相輸入端的“電源”低阻抗,需要對中點電壓并接旁路電容,即引腳3外接電容器。
由于TPA152內(nèi)部的放大器只是接成運(yùn)算放大器的形式,整個放大器的閉環(huán)增益需要外接電阻實現(xiàn),即圖中的 R F 、 R 1 。
在不需要音量時,可采用靜音方式,這樣可以避免反復(fù)開機(jī)。靜音方式可以通過靜音控制端實現(xiàn),只要將靜音控制端接邏輯高電平,電路即為靜音狀態(tài)。
在開機(jī)過程中,OCL功率放大器不可避免地會出現(xiàn)“噗、噗”聲,為了消除“噗、噗”聲,TPA152設(shè)置了開機(jī)“噗、噗”聲消除電路。外接的 RC 有利于抑制“噗、噗”聲。
圖10-20所示為TPA152典型應(yīng)用電路。
圖10-20中的全部器件均采用貼片器件,電阻、電容可以選用0805封裝。由于各電阻上的功率損耗很低,電阻可以采用0603甚至0402封裝,盡可能減小電路的體積。
電路中加入 R O 、 C C 可以降低開機(jī)時的“噗、噗”聲。
(2)1~2W集成功率放大器
考慮功率放大器需要降低電源電壓應(yīng)用,應(yīng)選用可以在3.3~5.5V的電壓范圍內(nèi)工作,最好是電源電壓降低到2.7V時仍可以正常工作的集成功率放大器,可以選用美國德州儀器公司生產(chǎn)的TPA4861單通道1W音頻功率放大器芯片。
表10-2所示為TPA4861的引腳功能。電源為5V時,在BTL電路模式、8Ω負(fù)載電阻條件下可以輸出不低于1W的功率;可以工作在3.3~5V的電源電壓下,最低工作電壓為2.7V;沒有輸出隔直電容器的要求;可以實現(xiàn)關(guān)機(jī)控制,關(guān)機(jī)狀態(tài)下的電流僅為0.6mA;表面貼裝器件;具有熱保護(hù)和輸出短路保護(hù)功能;高電源紋波抑制比,在1kHz下為56dB。
表10-2TPA4861的引腳功能
TPA4861內(nèi)部簡要原理框圖如圖10-21所示。
TPA4861內(nèi)部由兩個功率放大器、中點電壓分壓電阻和偏置電路組成,其中輸出2是輸出1經(jīng)過1: 1的反相后,由功率放大器2輸出的,自然構(gòu)成BTL電路結(jié)構(gòu),不需要外接電路。
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