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負載輸出高達６Ｗ的功率，且效率高達８５％，ＴＨＤ＋Ｎ低于０．０７％，ＳＮＲ超過１００ｄＢ，同時還具有短路和過熱保護功能。因而可以廣泛應(yīng)用在臺式計算機、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５ｍｍ５ｍｍ，ＭＡＸ９７１４的封裝尺寸為７ｍｍ７ｍｍ，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)計時可用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電容對地旁路；

ＡＧＮＤ：模擬信號地；

ＩＮ＋：同相輸入端；

ＩＮ－：反相輸入端；

ＳＳ：軟啟動端，使用時應(yīng)在ＳＳ端到地ＧＮＤ端接０．４７μＦ的電容；

ＳＨＤＮ：關(guān)機控制端，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－：音頻信號反相輸出端；

ＯＵＴ＋：音頻信號同相輸出端；

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－：右通道音頻信號反相輸出端；

ＯＵＴＲ＋：右通道音頻信號同相輸出端；

ＯＵＴＬ－：左通道音頻信號反相輸出端；

ＯＵＴＬ＋：左通道音頻信號同相輸出端。

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

ＭＡＸ９７１４的內(nèi)部原理框圖如圖２所示，與ＭＡＸ９７１３相比，ＭＡＸ９７１４僅多了一個放大通道，其余部分完全相同。下面以ＭＡＸ９７１４為例，簡要分析其主要單元電路的工作原理。

３．１ 信號輸入電路

ＭＡＸ９７１３／ ＭＡＸ９７１４內(nèi)部采用全差動輸入結(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采用的是差動輸入結(jié)構(gòu)，因而可有效放大兩個輸入端的差模信號，同時也可抑制輸入信號中的共模噪聲。在有些應(yīng)用場合，還可設(shè)置為單端輸入方式，但此時輸入信號、公共地到兩個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，一般取０．４７μＦ較為合適。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)頻率在標稱值的３５％范圍內(nèi)變化，也不會影響電路對音頻信號的再現(xiàn)。

擴散頻譜模式?ＳＳＭ?是Ｍａｘｉｍ公司獨有的、具有專利技術(shù)的調(diào)制方案，可使輸出信號頻譜變得較為平坦，并能有效降低揚聲器和連接電纜的ＥＭＩ輻射? 滿足ＦＣＣ輻射標準。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。輸出信號頻譜則隨開關(guān)頻率變化而變化，而對于能量譜，它們通常隨著頻率的變化分布在整個頻帶內(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輸出信號中還原音頻信號，往往需要一個輸出濾波器，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，而是利用揚聲器內(nèi)固有的線圈電感和揚聲器來對發(fā)聲頻率范圍內(nèi)人耳所能聽到的聲音成份實現(xiàn)自然濾波，以達到體積更小、成本更低、效率更高的目的。這是因為，ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４的工作頻率遠遠超過大多數(shù)揚聲器的發(fā)聲頻率范圍。由于揚聲器音頻線圈的振動受低頻信號的影響較大，受高頻信號的影響非常小，因此，只要采用線圈電感大于３０μＨ的揚聲器就能有效還原ＰＷＭ輸出中的音頻信號。典型的８Ω揚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的揚聲器可達到最佳的輸出效果。

雖然ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４不需要輸出濾波器，但是在使用時必須注意：輸出端與揚聲器之間的連接電纜長度不得超過３６ｃｍ。如果遇到輸出線路的長度超過３６ｃｍ、電路板設(shè)計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)計輸出濾波器。

３．４ 開關(guān)機噪聲抑制電路

ＭＡＸ９７１３／ＭＡＸ９７１４內(nèi)部具有開關(guān)機噪聲抑制電路。在關(guān)機過程中，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輸出。在開機過程中，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，從而可以達到靜音、防止噪聲輸出的目的。開機后，隨著軟啟動電容器兩端電壓的逐漸增加，輸入放大器內(nèi)部偏置電壓會逐步達到正常值，電路開始進入正常工作狀態(tài)。由于電容ＣＳＳ值會影響開機靜噪時間的長短，為了達到最佳的靜噪性能，電容ＣＳＳ的取值最小應(yīng)該達到１８０ｎＦ。

４　應(yīng)用電路

圖３是采用ＭＡＸ９７１４與ＭＡＸ９７２２Ｂ設(shè)計的多功能高效率立體聲音箱放大器。該電路既可以用揚聲器進行大功率立體聲信號輸出，也可以連接耳機以滿足個人欣賞音樂之需，而且兩種輸出方式不同時工作，互不影響。圖中，ＣＯＤＥＣ為音頻信號輸入端，當耳機插孔沒有插入耳機時，場效應(yīng)管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為低電平，ＭＡＸ９７１４正常工作而ＭＡＸ９７２２Ｂ處于停機狀態(tài)。當耳機插入耳機插孔后，場效應(yīng)管柵極和ＭＡＸ９７２２Ｂ的ＳＨＤＮ端均為高電平，場效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，ＳＳ端為低電平，ＭＡＸ９７１４處于非啟動狀態(tài)而無功率輸出，而此時ＭＡＸ９７２２Ｂ則處于正常工作狀態(tài)，電路將從耳機插孔輸出經(jīng)放大的音頻信號。