D类音频功率放大器评估方法

2012-10-21 15:04:51来源: 互联网

为了解决节能和大功率音频输出之间的矛盾,D类功放较之AB类在效率上有了很大的提升,已逐步应用在一些高端产品中。下面将简单介绍D类功放的工作原理,以及基本的测试方法。

  以安森美半导体公司NCP2820为例,D类功率放大器使用完全不同于AB类的工作模式,如图1所示,NCP2820内部由三部分组成:预放大、采样及脉宽调制和H型功率输出部分。

  预放大,由一个全差分模拟运放构成,对输入的差分信号做相应的放大,增益由内部固定阻值的电阻Rf除以Ri得来。Ci和Ri构成一个低通滤波电路,隔离输入信号中不需要的直流部分。由于NCP2820使用了全差分运放,所以如果输入为全差分信号,Ci也可以省略。

  采样及脉宽调制,把预防大以后的信号和一个250kHz的三角波相比较后形成一个250kHz脉宽调制的方波信号。每个脉冲的宽度实时体现了输入信号的幅度。

  H型输出电路,如图1中显示由两对MOSFET构成,并由前级产生的脉冲信号驱动。产生具有功率输出的脉冲信号到负载扬声器。现在普遍应用的8Ω动圈式扬声器,其内部线圈具有近似15mH感抗和本身8Ω的阻抗构成解调电路,可以把脉冲方波还原成模拟信号。这也是为什么不需要在输出端外加低通滤波器做解调电路的原因。

  

  NCP2820使用了1.5mm×1.5mm flip-chip的小型封装,以及很少的外部器件,使电路设计更为简单,电路板布线也更为方便。但这里需要强调的是由于D类功放的输出为近似250kHz的脉冲波形,所以在布线时,尽量使功放靠近扬声器,以避免不必要的噪声和干扰。

  工程师在对AB类功放进行测试时,可以直接用示波器探头捕捉到实际的输入和输出波形。但是在测试D类功放时,由于输出不是模拟的音频信号,而是一定频率的数字脉冲方波,这就需要附加滤波器来进行测试。图2为D类音频功放的测试配置。

  

  从工程师的角度看,THD+N(总谐波失真+噪声)和PSRR(电源抑制比)是相对比较重要的两个参数,这两个参数直接体现了音频放大器的性能。

  图3给出了测试谐波失真+噪声的电路配置。利用音频分析仪的信号发生器可以产生供测试用的标准正弦差分或单端信号输入到NCP2820,并检测NCP2820的输出端。可以按照测试设定的要求分析输入以及输出信号,并按照设定,显示出测试结果。

  

  如果设定测试输出THD+N性能相对输出功率时,音频分析仪的信号发生器会在一个固定频率点上调整输入到NCP2820的正弦波的幅度,并且测试出在不同幅度输入下输出信号的谐波值,依据给定负载计算出功率。这个功率值除以基带功率就得到THD+N的测试结果,并以图形形式表现出来,如图4为NCP2820在4.2V电源电压,8Ω负载下,得到的测试结果。可以看出NCP2820 在1W的输出功率下,THD+N<1%保证了输出音乐的质量

  

  如果需要测试输出THD+N性能相对信号频率时,音频分析仪的信号发生器会在一个固定幅度点上调整输入到NCP2820的正弦波的频率从20Hz~20KHz,同时分析仪的接受端口测试出在不同频率输入下输出信号的谐波值,每个测试值都需要与基带频率相比然后以图形的形式表现出来, 图5为NCP2820 在8Ω负载下得到THD+N性能相对频率的特性曲线。

    THD+N的性能决定了输出音质的好坏。由于D类功放的工作原理,因此性能会略差于AB类功放。

关键字:D类  音频  功率  放大器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1021/article_17145.html
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