模拟技术中的高性能音频放大器的设计准则与技巧模拟技术中的高性能音频放大器的设计准则与技巧
现在许多传统高功率音讯放大器的每通道输出功率在100 瓦以上,并且大多采用分离式 的电路组件。因此,为
了确保输出的稳定性和音效,工程师通常需要花很大精力对高传 真音讯放大器进行匹配和调节。 本文以美
国国家半导体的音讯驱动器LME49810 为例进行说明,该组件可提供200V 的峰 峰值输出电压摆幅,并可驱动
不同类型的输出级,适合高阶消费和专业级音讯应用,包 括主动录音室监视器、超重低音扬声器、音讯/视讯接
收器、商用扩音系统、非原厂音 响、专业级混音器,分布式音讯和吉他放大器等。此外,也适用于各类高电压
及低失真 要求的产业用音讯系统。可为音讯系统提供更精简的设计,协助设计人员更容易的开发
现在许多传统高功率音讯放大器的每通道输出功率在100 瓦以上,并且大多采用分离式 的电路组件。因此,为了确保输
出的稳定性和音效,工程师通常需要花很大精力对高传 真音讯放大器进行匹配和调节。
本文以美国国家半导体的音讯驱动器LME49810 为例进行说明,该组件可提供200V 的峰 峰值输出电压摆幅,并可驱动不
同类型的输出级,适合高阶消费和专业级音讯应用,包 括主动录音室监视器、超重低音扬声器、音讯/视讯接收器、商用扩音
系统、非原厂音 响、专业级混音器,分布式音讯和吉他放大器等。此外,也适用于各类高电压及低失真 要求的产业用音讯系
统。可为音讯系统提供更精简的设计,协助设计人员更容易的开发 出高性能音讯系统,实现更高的稳定性和一致性,大幅减
少系统研发和生产时的分离式 组件匹配及调节工作。
设计技巧
采用美国国家半导体的音讯驱动器来设计高质量音讯系统的方法有很多。以下为设计建 议。
输入级:输入级设计是放大器最关键的一环。透过来自反馈的讯号进行相减,输入级会 产生一个误差讯号,然后把这个
误差讯号驱动到输出。该误差讯号通常很小,足以为放 大器提供足够的线性度。
LME49810 是一款双极输入放大器,其输入阻抗的匹配性相当重要。受来自正输入埠和负 输入埠的偏置电流的影响,输
入阻抗的失配会导致输入偏移电压。该输入偏移电压将按 照死循环增益放大。当然,LME49810 的输入偏置电流很低,对于
一般的应用来说,出现 在输出的偏移电压可以忽略。
图1:输入级和反馈应用示意图。
一般来说,通常采用的的音讯输入设计有两种:交流或直流耦合输入。交流耦合输入的 优点是来自前置放大器、滤波器
级或编译码器级的放大器输入直流偏移一般都是零,且 无需在放大器中加入任何的直流伺服电路来防止直流故障。而直流耦
合输入的优点则是 无需使用大尺寸和昂贵的交流耦合电容;不会出现由交流耦合电容所产生的低频失真; 可减轻交流耦合RC
网络的噪声。
负反馈系数:功率放大器的负反馈设置可为系统带来较高的稳定性和线性度。当放大器 在高频工作时会出现相位位移,
而较大的负反馈系数可减轻在高频时的不稳定性和振 荡。在分离放大器系统中,高反馈系数将会引起很差的瞬态响应或高频
不稳定性。然而, LME49810 拥有一个较高的开环增益,因此它的死循环增益误差和电源纹波抑制会较小, 可以最大化电路
中的负反馈,因而提高系统的线性度。通常,建议采用30dB 至40dB 的 电压增益。
补偿:放大器的补偿是用来调节开环增益和相位性能,以便当反馈被关闭时能把系统稳 定下来。一般来说,要获得较高
的稳定性补偿越大越好。可是,补偿越大,音讯芯片的 频宽和压摆率就越低,而较低的压摆率会使系统产生出较柔和的音讯
特性,相反较高的 压摆率则可产生较清晰和真实的音讯特性。
LME49810 的密勒补偿是透过在‘Comp’和 ‘BiasM’接脚之间加插一个电容来实现的,最适合的电容取值范围是10p 到
100p。此 外,补偿电容的等效串联电阻(ESR)应较低,以避免电容的等效串联电阻引发潜在零点。 在一般情况下,采用陶瓷