各種耳機(jī)放大器應(yīng)用電路分析

耳機(jī)放大器的要求

　　---耳機(jī)放大器主要用于使攜式音頻裝置中，它與其他便攜式電子產(chǎn)品一樣，要求器件具有低工作電壓、低功耗、小尺寸封裝。耳機(jī)放大器還有自身的技術(shù)參數(shù)要求，要求總諧波失真加噪聲(THD+N)小、電源變動(dòng)抑制率(PSSR)高、信噪比(SNR)高、效率高等。不同的放大器還有不同的附加功能，如內(nèi)置數(shù)字音量控制、內(nèi)置DAC等。具體性能指標(biāo)如下。

　　● 輸出功率POUT

　　---耳機(jī)放大器輸出功率較小，一般為20～100mW(實(shí)際輸出功率與工作電壓大小有關(guān)，并且與負(fù)載電阻大小及THD+N大小有關(guān))。立體聲耳機(jī)的負(fù)載電阻一般為16Ω或32Ω，負(fù)載電阻小的輸出功率大一些。

　　● THD+N

　　---THD+N的指標(biāo)一般在0.01%～0.2%的范圍內(nèi)，Hi-Fi級(jí)則小于0.01%。該指標(biāo)與負(fù)載電阻RL大小及輸出功率POUT大小有關(guān)，若RL不同、POUT不同，則其指標(biāo)有較大差別。例如，同一耳機(jī)放大器，在RL=32Ω，POUT=12mW，f=1kHz時(shí)，THD+N=0.006%;而在RL=16Ω、POUT=15mW，f=1kHz時(shí)，THD+N=0.015%。所以在比較不同耳機(jī)放大器的THD+N指標(biāo)時(shí)，必須在基本條件相差不多時(shí)才有可比性。

　　● SNR

　　---SNR一般在60～90dB范圍內(nèi)，其大小與POUT有關(guān)，有一些產(chǎn)品的SNR可達(dá)到100dB左右。

　　● PSRR

　　---PSRR高的耳機(jī)放大器，其性能受電源電壓變動(dòng)的影響小(PSRR高的放大器可以不需穩(wěn)壓電源供電)。PSRR一般為60～80dB，性能好的可達(dá)90dB?！　?/p>

　　降低工作電壓

　　---為減小便攜式產(chǎn)品的體積和重量，最有效的辦法是采用能量密度高、體積小的鋰離子電池，但鋰離子電池價(jià)格貴。采用1～2節(jié)堿性電池或充電電池來(lái)供電，則制造和使用成本會(huì)減少很多。近年來(lái)，一些廠商開(kāi)發(fā)出僅用1節(jié)電池供電的耳機(jī)放大器(1節(jié)5#或7#堿性電池或鎳氫、鎳鎘電池)更受到消費(fèi)者歡迎，其工作電壓為0.9V～1.8V，既可用1節(jié)堿性電池，也可用1節(jié)充電電池供電，使一些低檔MP3播放機(jī)的成本大幅下降，銷(xiāo)售量隨之大增。

　　---由于是單電源供電，耳機(jī)放大器輸出的電壓幅值受到工作電壓的影響。雖然可采用輸出滿(mǎn)幅值(rail-to-rail)的放大器，但1V工作電壓的輸出總是小于1V。

　　---為了降低工作電壓，還要保證足夠大的輸出電壓幅值，在耳機(jī)放大器中集成了一個(gè)電壓反轉(zhuǎn)的電荷泵電路，使輸入的VDD轉(zhuǎn)換成-VDD，則耳機(jī)放大器由單電源供電變成正負(fù)電源供電，輸出電壓幅值增大了一倍，如圖1所示。

　　減少外圍元件的措施

　　---德州儀器公司的TPA611xA2耳機(jī)放大器的典型應(yīng)用電路如圖2所示。放大器內(nèi)部的兩個(gè)325kΩ電阻組成分壓器，提供兩個(gè)通道運(yùn)放的偏置電壓(1/2VDD)，并有關(guān)閉控制(SHUTDOWN)端(低電平有效)，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉放大器，使耗電小于10μA。

　　---減少外圍元件，不但可節(jié)省印刷電路板面積，還能改善性能。圖3所示是德州儀器公司2004年8月推出的耳機(jī)放大器TPA4411的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外圍元件。TPA4411采用固定增益(AV=-1.5V/V)，無(wú)需輸出隔直電容器，簡(jiǎn)化外圍元件，并且有如下的優(yōu)點(diǎn)：減少PCB板面積;降低元器件成本;改善THD+N性能;無(wú)需考慮輸出電容器對(duì)低頻響應(yīng)的影響。圖2與圖3相比，減少了4個(gè)增益設(shè)置電阻，省掉兩個(gè)輸出電容器。

　　---為解決不同音頻裝置對(duì)放大器增益的要求，美信公司(MAXIM)于2004年11月推出了耳機(jī)放大器MAX9725，有不同增益供用戶(hù)選擇，MAX9725A、MAX9725B、MAX9725C和MAX9725D的增益分別為 -2V/V、-1.5V/V、-1V/V和-4V/V。從圖1中也可看出新型耳機(jī)放大器減少外圍元件的情況。

　　增加附加功能

　　---性能良好的耳機(jī)放大器中一般有關(guān)閉控制、過(guò)熱保護(hù)及短路保護(hù)、抑制開(kāi)機(jī)/關(guān)機(jī)噪聲(咔啦聲及爆裂聲)、靜噪籌功能。新型耳機(jī)放大器還增加了其他附加功能，如數(shù)字式音量控制(有I2C接口及數(shù)字音量電路)、內(nèi)置DAC、左右通道線輸出等。

　　---MAX9850是美信公司2004年11月推出的帶DAC的耳機(jī)放大器，并有立體聲線輸出。該器件采用單電源1.8～3.6V供電;在1.8V供電時(shí)可輸出30mW;無(wú)需輸出電容;PSRR在1kHz時(shí)為91dB;時(shí)鐘頻可達(dá)40MHz;靈活的I2S兼容數(shù)字音頻接口;I2C耳機(jī)音量及靜噪控制;立體聲線輸入及輸出;無(wú)咔啦聲及爆裂聲;兩線制(I2C)兼容控制接口;28管腳QFN封裝。該器件主要應(yīng)用于MP3播放器、便攜式多媒體播放器、手機(jī)、智能電話，便攜式DVD等。

　　---MAX9850的典型應(yīng)用電路如圖4所示。圖4中，立體聲耳機(jī)可插入HPL、HPS、HPR耳機(jī)插座中。另外，由OUTL、OUTR線輸出經(jīng)0.47μF輸入電容器，輸入到MAX9701功率放大器，驅(qū)動(dòng)左右兩揚(yáng)聲器。

　　---日本JRC公司推出的NJW1109是一種有電子音量控制的耳機(jī)放大器，圖5是該器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，由微處理器經(jīng)SDA、SCL來(lái)控制音量。該器件內(nèi)置1/2V+偏置電路(Bias)在Vref端外接10μF旁路電容。INa、INb為音頻信號(hào)輸入，OUTa、OUTb為兩路輸出(接立體聲耳機(jī))。SDA為I2C總線數(shù)據(jù)輸入，SCL為I2C總線時(shí)鐘輸入，ADR為I2C總線從地址選擇端。該器件有14管腳DIP封裝、DMP封裝及SSOP封裝。

　　采用D類(lèi)高效放大器

　　---D類(lèi)開(kāi)關(guān)型音頻放大器的效率高，一般用于輸出功率為數(shù)瓦或數(shù)十瓦的功率放大器中。為了延長(zhǎng)電池的壽命，減少功耗，在新型移動(dòng)電話、PDA、便攜式音頻裝置中也采用了這類(lèi)放大器。例如，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司在2004年5月推出的LM4666是高效立體聲1.2W開(kāi)關(guān)型音頻放大器，在工作電壓為3V，負(fù)載電阻RL=8Ω，輸出功率POUT=100mW時(shí)，其效率典型值可達(dá)79%。典型應(yīng)用電路如圖6所示。

　　---該器件特點(diǎn)包括：無(wú)須輸出濾波器;可選擇6dB或12dB的增益;外圍元件少;有“咔啦”、“爆裂聲”抑制電路;有微功耗關(guān)閉控制;有短路保護(hù);小尺寸14腳SDA封裝。增益選擇(GAIN SELECT)端接高電平時(shí)增益為6dB，接低電平時(shí)為12dB。SHUTDOWN端接低電平時(shí)為關(guān)閉。