LME49810雙極輸入放大器應用電路圖
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,對于一般的應用來說,出現(xiàn)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。
一般來說,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)點是來自前置放大器、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,且無需在放大器中加入任何的直流伺服電路來防止直流故障。而直流耦合輸入的優(yōu)點則是無需使用大尺寸和昂貴的交流耦合電容;不會出現(xiàn)由交流耦合電容所產生的低頻失真;可減輕交流耦合RC網絡的噪聲。
負反饋系數:功率放大器的負反饋設置可為系統(tǒng)帶來較高的穩(wěn)定性和線性度。當放大器在高頻工作時會出現(xiàn)相位位移,而較大的負反饋系數可減輕在高頻時的不穩(wěn)定性和振蕩。在分離放大器系統(tǒng)中,高反饋系數將會引起很差的瞬態(tài)響應或高頻不穩(wěn)定性。然而,LME49810擁有一個較高的開環(huán)增益,因此它的死循環(huán)增益誤差和電源紋波抑制會較小,可以最大化電路中的負反饋,因而提高系統(tǒng)的線性度。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調節(jié)開環(huán)增益和相位性能,以便當反饋被關閉時能把系統(tǒng)穩(wěn)定下來。一般來說,要獲得較高的穩(wěn)定性補償越大越好。可是,補償越大,音訊芯片的頻寬和壓擺率就越低,而較低的壓擺率會使系統(tǒng)產生出較柔和的音訊特性,相反較高的壓擺率則可產生較清晰和真實的音訊特性。LME49810的密勒補償是透過在‘Comp’和‘BiasM’接腳之間加插一個電容來實現(xiàn)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。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MUTE接腳的電流超出200uA。
輸出偏置:LME49810有兩個用來設定偏置的專用接腳(BIASP和BIASM),可以提供一定的輸出偏置電流??勺冸娮杵鱎pot可用來調節(jié)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用來補償偏置電壓以防止雙極輸出晶體管出現(xiàn)熱漂移。QMULT必須與輸出晶體管連接在相同的散熱器上。
輸出晶體管:音訊功率放大器中最常見的輸出級是圖3所示的射極跟隨器。它通常都被稱為雙射極跟隨器或達林頓管。其中第一個跟隨器會作為輸出級的驅動器。
圖3:輸出射級跟隨器。
射極跟隨器的大訊號線性度主要取決于負載的大小。隨著負載增加(即負載電阻減少),輸出電流亦同時會增加。受RE和位于高電流密度的β滾降的影響,BJT電流增益會減少。這種情況下,可能會降低線性度并增加在輸出級的失真。對于比較高功率的應用來說,建議采用多級輸出來維持高電流和更佳的線性度。LME49810音訊驅動器擁有約50mA的輸出電流,它可以根據要求配置成達靈頓管或平行晶體管輸出。
輸出級晶體管放大匹配:雙射極-跟隨器或達林頓管通常都擁有一個高的電流增益系數Ic=βIb。為了提高輸出級的穩(wěn)定性,負極端和正極端的電流放大必須匹配。
圖4:射級負反饋電阻的應用。
對平行晶體管配置來說,必須確定中等功率晶體管的驅動能力。中等功率晶體管的輸出電流(Ic)必須大于高功率晶體管的最小驅動電流(Ib)以免在中等功率晶體管級上出現(xiàn)過載。
輸出晶體管的電壓范圍:VCBO和VCEO電壓的最大范圍必須大于電源電壓的軌到軌范圍。對于一個有+/-100V電壓供應的放大器,晶體管的電壓額定應該高一點以保證它能夠在規(guī)定以內正常地運作。
射極電阻器RE:在高功率的音訊放大器應用中,輸出晶體管的匹配性、電流平衡和保護對于功率放大器的線性度來說非常重要。建議采用射極負反饋電阻器RE來改善輸出晶體管的匹配性和電流平衡能力。因此,我們建議在實際的高功率音訊放大器應用中加入這種電阻。然而,將RE與輸出晶體管串聯(lián)在一起會降低放大器的線性度。電阻RE是交越失真的主要失真來源。當輸出晶體管的一端關閉而另一端開啟時便會出現(xiàn)這種失真。因此,必須最佳化RE值并且盡可能的將RE維持在較低水平,這樣可以降低對非線性度的影響。
圖5:音訊放大器的輸出可配置結構。
改善交越失真的最有效方法便是減少RE的電阻。對于相同數值的RE,一個平行形式的輸出可降低用來改善線性度的整體RE電阻值。同時,假如每一個級的RE都較大,那便可為輸出晶體管帶來更佳的匹配性和電流平衡。此外,RE也關系到輸出的功率損耗。對于一個相同的RE,較大的輸出電流會導致較大的功率損耗。RE的值取決于并聯(lián)輸出晶體管的數量和揚聲器的負載。建議采用足夠功率的0.1到0.5Ω電阻器。
輸出網絡:功率放大器最常用的輸出網絡為‘Zobel’,所有的輸出網絡都只有一個目標,這便是改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性?!甖obel’網絡的另一個功能是保護放大器的輸出以免受到揚聲器線圈內電感所影響。這里建議的‘Zobel’網絡中電阻器和電容串聯(lián)在一起,并且從放大器的輸出連接到接地。
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