基于D類音頻放大器LM4680的輸出濾波器的設(shè)計

　　由于我們需要從數(shù)字化或調(diào)制信號來恢復(fù)所需的真實音頻信號(音樂)，因而必需采用一個輸出低通濾波器來濾除高頻分量，以再生與人類聽覺系統(tǒng)相匹配的真實模擬信號。

　　這里，我們將闡述一些有關(guān)輸出低通濾波設(shè)計的考慮因素和建議。

　　圖2：BTL半電路模型。

　　D類放大器：單片式D類音頻放大器包括模擬音頻輸入、調(diào)制器、功率晶體管等(見圖1)。

　　輸出濾波器設(shè)計：由于我們需要恢復(fù)所需的音頻信號，因此重要的是設(shè)計出一款優(yōu)秀的輸出低通濾波器，以濾除高頻分量(無用信號)并獲得高品質(zhì)的模擬聲音。我們必須設(shè)計具有特定電抗性輸出阻抗的輸出濾波器，以便與負載阻抗相匹配。BTL半邊電路模型如圖2所示。

　　D類放大器的輸出濾波器通常是一個二階、LC型Butterworth(巴特沃斯)濾波器。這是因為巴特沃斯濾波器能夠提供相對平坦的通帶頻率響應(yīng)，而且所需的元件數(shù)量很少。這里給出一幅參考曲線圖，用于顯示巴特沃斯、Bessel(貝塞爾)和chebyshev(切比雪夫)型濾波器的LPF響應(yīng)(圖3)。

　　圖3：巴特沃斯、貝塞爾、切比雪夫型濾波器的低通濾波響應(yīng)的比較。

　　對于一個實際的BTL電路，輸出濾波器如圖4所示。

　　推導(dǎo)出的BTL濾波器方程為：

　　根據(jù)上面的方程，表1列出了對應(yīng)于特定fc和RL的電感(L)值和電容(C)值。

　　電感的選擇：在輸出濾波器中，電感是關(guān)鍵元件。它與D類音頻功率放大器系統(tǒng)的直流電阻和額定峰值電流規(guī)格有關(guān)。直流電阻反映了總輸出功率的效率。系統(tǒng)的效率可由下式來估算：

　　式中：RL是揚聲器的直流電阻，RDSON是D類放大器內(nèi)部的輸出驅(qū)動器的晶體管導(dǎo)通電阻;RIND是電感的直流電阻。

　　圖4：實際的BTL電路輸出濾波器。

　　除了選擇合適的電感值以獲得某一特定的截止頻率之外，輸出電感的最大直流電阻是影響總體效率的另一個關(guān)鍵參數(shù)。因此，強烈建議采用直流電阻較低的電感。

　　對于電感而言，另一個必須考慮的重要參數(shù)是其最大額定電流。如果電感的額定電流不足以維持器件的輸出電流，則電感將起短路的作用。這將使器件或揚聲器受到大電流的傷害。

　　圖5：LM4680的應(yīng)用框圖(LC輸出濾波器的取值確定)。

　　最后值得一提的是，為了降低失真、EMI和串擾，建議采用屏蔽式電感(例如：壺形鐵芯電感)。