無濾波器雙路D類功放MAX9713/9714原理與應(yīng)用
關(guān)鍵詞：MAX9713；MAX9714；D類；音頻；功率放大器
１ 概述
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４無濾波器Ｄ類音頻功率放大器是ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的開關(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類功率放大器的性能和Ｄ類功率放大器的效率，且不需要傳統(tǒng)Ｄ類功率放大器的輸出濾波器，也不需要散熱器，因而節(jié)省了電路板面積，降低了設(shè)計(jì)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(fù)載輸出高達(dá)６Ｗ的功率，且效率高達(dá)８５％，ＴＨＤ＋Ｎ低于０．０７％，ＳＮＲ超過１００ｄＢ，同時(shí)還具有短路和過熱保護(hù)功能。因而可以廣泛應(yīng)用在臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、汽車音響、ＬＣＤ監(jiān)視器、投影儀和家用電視接收機(jī)等設(shè)備中。
２ 引腳功能和主要參數(shù)
２．１ 引腳功能
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４均采用３２腳ＴＱＦＮ封裝，ＭＡＸ９７１３的封裝尺寸為５ｍｍ×５ｍｍ，ＭＡＸ９７１４的封裝尺寸為７ｍｍ×７ｍｍ，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(fù)極；
Ｃ１Ｐ：充放電電容正極；
圖1
ＣＨＯＬＤ：充放電容控制電容接入端，設(shè)計(jì)時(shí)可用１μＦ電容連接到ＶＤＤ端；
Ｎ．Ｃ．：空腳；
ＲＥＧ：內(nèi)部調(diào)節(jié)器輸出端，應(yīng)使用０．４７μＦ電容對(duì)地旁路；
ＡＧＮＤ：模擬信號(hào)地；
ＩＮ＋：同相輸入端；
ＩＮ－：反相輸入端；
ＳＳ：軟啟動(dòng)端，使用時(shí)應(yīng)在ＳＳ端到地ＧＮＤ端接０．４７μＦ的電容；
ＳＨＤＮ：關(guān)機(jī)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(hào)反相輸出端；
ＯＵＴ＋：音頻信號(hào)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(hào)反相輸出端；
ＯＵＴＲ＋：右通道音頻信號(hào)同相輸出端；
ＯＵＴＬ－：左通道音頻信號(hào)反相輸出端；
ＯＵＴＬ＋：左通道音頻信號(hào)同相輸出端。
２．２ 主要性能參數(shù)
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的主要性能參數(shù)。
３ 電路原理與外圍電路設(shè)計(jì)
ＭＡＸ９７１４的內(nèi)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(hào)輸入電路
ＭＡＸ９７１３／ ＭＡＸ９７１４內(nèi)部采用全差動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)，與多媒體數(shù)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(jié)構(gòu)，因而可有效放大兩個(gè)輸入端的差模信號(hào)，同時(shí)也可抑制輸入信號(hào)中的共模噪聲。在有些應(yīng)用場(chǎng)合，還可設(shè)置為單端輸入方式，但此時(shí)輸入信號(hào)、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(hào)耦合電容，又可與ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的輸入阻抗構(gòu)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(diào)制模式
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的調(diào)制方案有固定頻率模式?ＦＦＭ?和擴(kuò)散頻譜模式?ＳＳＭ?兩種。在固定頻率模式?ＦＦＭ?下，可由ＦＳ１和ＦＳ２設(shè)定開關(guān)頻率，其輸出信號(hào)頻譜由開關(guān)頻率及其諧波成分組成，因此，即使開關(guān)頻率在標(biāo)稱值的±３５％范圍內(nèi)變化，也不會(huì)影響電路對(duì)音頻信號(hào)的再現(xiàn)。
擴(kuò)散頻譜模式?ＳＳＭ?是Ｍａｘｉｍ公司獨(dú)有的、具有專利技術(shù)的調(diào)制方案，可使輸出信號(hào)頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚(yáng)聲器和連接電纜的ＥＭＩ輻射? 滿足ＦＣＣ輻射標(biāo)準(zhǔn)。在ＳＳＭ模式（通過置ＦＳ１＝ＦＳ２＝Ｈ來完成設(shè)置），開關(guān)頻率將圍繞中心頻率（３３５ｋＨｚ）在±１．７％ｋＨｚ內(nèi)變化。雖然調(diào)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(hào)頻譜則隨開關(guān)頻率變化而變化，而對(duì)于能量譜，它們通常隨著頻率的變化分布在整個(gè)頻帶內(nèi)，這樣的頻譜看起來就像白噪聲，ＥＭＩ輻射也相應(yīng)降低。
３．３ 輸出電路
傳統(tǒng)的Ｄ類音頻功率放大器為了從放大后的ＰＷＭ輸出信號(hào)中還原音頻信號(hào)，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(yáng)聲器內(nèi)固有的線圈電感和揚(yáng)聲器來對(duì)發(fā)聲頻率范圍內(nèi)人耳所能聽到的聲音成份實(shí)現(xiàn)自然濾波，以達(dá)到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因?yàn)?，ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大多數(shù)揚(yáng)聲器的發(fā)聲頻率范圍。由于揚(yáng)聲器音頻線圈的振動(dòng)受低頻信號(hào)的影響較大，受高頻信號(hào)的影響非常小，因此，只要采用線圈電感大于３０μＨ的揚(yáng)聲器就能有效還原ＰＷＭ輸出中的音頻信號(hào)。典型的８Ω揚(yáng)聲器的線圈電感一般在３０μＨ到１００μＨ之間，所以無需輸出濾波器，選用線圈電感值大于６０μＨ的揚(yáng)聲器可達(dá)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(yáng)聲器之間的連接電纜長(zhǎng)度不得超過３６ｃｍ。如果遇到輸出線路的長(zhǎng)度超過３６ｃｍ、電路板設(shè)計(jì)不夠合理而影響輸出效果、電路附近有電磁輻射敏感設(shè)備等情況，就必須設(shè)計(jì)輸出濾波器。
３．４ 開關(guān)機(jī)噪聲抑制電路
ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４內(nèi)部具有開關(guān)機(jī)噪聲抑制電路。在關(guān)機(jī)過程中，放大器輸出端的Ｈ型橋路通過３００ｋΩ電阻連接到ＧＮＤ端，輸出端沒有能聽到的噪聲信號(hào)輸出。在開機(jī)過程中，輸入放大器內(nèi)部偏置電壓被設(shè)置為較低的值，輸入放大器不工作，從而可以達(dá)到靜音、防止噪聲輸出的目的。開機(jī)后，隨著軟啟動(dòng)電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內(nèi)部偏置電壓會(huì)逐步達(dá)到正常值，電路開始進(jìn)入正常工作狀態(tài)。由于電容ＣＳＳ值會(huì)影響開機(jī)靜噪時(shí)間的長(zhǎng)短，為了達(dá)到最佳的靜噪性能，電容ＣＳＳ的取值最小應(yīng)該達(dá)到１８０ｎＦ。
４ 應(yīng)用電路
圖３是采用ＭＡＸ９７１４與ＭＡＸ９７２２Ｂ設(shè)計(jì)的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚(yáng)聲器進(jìn)行大功率立體聲信號(hào)輸出，也可以連接耳機(jī)以滿足個(gè)人欣賞音樂之需，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(hào)輸入端，當(dāng)耳機(jī)插孔沒有插入耳機(jī)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為低電平，ＭＡＸ９７１４正常工作而ＭＡＸ９７２２Ｂ處于停機(jī)狀態(tài)。當(dāng)耳機(jī)插入耳機(jī)插孔后，場(chǎng)效應(yīng)管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為高電平，場(chǎng)效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，ＳＳ端為低電平，ＭＡＸ９７１４處于非啟動(dòng)狀態(tài)而無功率輸出，而此時(shí)ＭＡＸ９７２２Ｂ則處于正常工作狀態(tài)，電路將從耳機(jī)插孔輸出經(jīng)放大的音頻信號(hào)。
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