D類音頻功率放大器評估方法

作者：時間：2012-10-21 來源：網(wǎng)絡(luò)

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為了解決節(jié)能和大功率音頻輸出之間的矛盾，D類功放較之AB類在效率上有了很大的提升，已逐步應(yīng)用在一些高端產(chǎn)品中。下面將簡單介紹D類功放的工作原理，以及基本的測試方法。

　　以安森美半導(dǎo)體公司NCP2820為例，D類功率 放大器使用完全不同于AB類的工作模式，如圖1所示，NCP2820內(nèi)部由三部分組成：預(yù)放大、采樣及脈寬調(diào)制和H型功率輸出部分。

　　預(yù)放大，由一個全差分模擬運放構(gòu)成，對輸入的差分信號做相應(yīng)的放大，增益由內(nèi)部固定阻值的電阻Rf除以Ri得來。Ci和Ri構(gòu)成一個低通濾波電路，隔離輸入信號中不需要的直流部分。由于NCP2820使用了全差分運放，所以如果輸入為全差分信號，Ci也可以省略。

　　采樣及脈寬調(diào)制，把預(yù)防大以后的信號和一個250kHz的三角波相比較后形成一個250kHz脈寬調(diào)制的方波信號。每個脈沖的寬度實時體現(xiàn)了輸入信號的幅度。

　　H型輸出電路，如圖1中顯示由兩對MOSFET構(gòu)成，并由前級產(chǎn)生的脈沖信號驅(qū)動。產(chǎn)生具有功率輸出的脈沖信號到負載揚聲器?，F(xiàn)在普遍應(yīng)用的8Ω動圈式揚聲器，其內(nèi)部線圈具有近似15mH感抗和本身8Ω的阻抗構(gòu)成解調(diào)電路，可以把脈沖方波還原成模擬信號。這也是為什么不需要在輸出端外加低通濾波器做解調(diào)電路的原因。

　　NCP2820使用了1.5mm×1.5mm flip-chip的小型封裝，以及很少的外部器件，使電路設(shè)計更為簡單，電路板布線也更為方便。但這里需要強調(diào)的是由于D類功放的輸出為近似250kHz的脈沖波形，所以在布線時，盡量使功放靠近揚聲器，以避免不必要的噪聲和干擾。

　　工程師在對AB類功放進行測試時，可以直接用示波器探頭捕捉到實際的輸入和輸出波形。但是在測試D類功放時，由于輸出不是模擬的音頻信號，而是一定頻率的數(shù)字脈沖方波，這就需要附加濾波器來進行測試。圖2為D類音頻功放的測試配置。

　　從工程師的角度看，THD+N(總諧波失真+噪聲)和PSRR(電源抑制比)是相對比較重要的兩個參數(shù)，這兩個參數(shù)直接體現(xiàn)了音頻放大器的性能。

　　圖3給出了測試諧波失真+噪聲的電路配置。利用音頻分析儀的信號發(fā)生器可以產(chǎn)生供測試用的標(biāo)準(zhǔn)正弦差分或單端信號輸入到NCP2820，并檢測NCP2820的輸出端?？梢园凑諟y試設(shè)定的要求分析輸入以及輸出信號，并按照設(shè)定，顯示出測試結(jié)果。

　　如果設(shè)定測試輸出THD+N性能相對輸出功率時，音頻分析儀的信號發(fā)生器會在一個固定頻率點上調(diào)整輸入到NCP2820的正弦波的幅度，并且測試出在不同幅度輸入下輸出信號的諧波值，依據(jù)給定負載計算出功率。這個功率值除以基帶功率就得到THD+N的測試結(jié)果，并以圖形形式表現(xiàn)出來，如圖4為NCP2820在4.2V電源電壓，8Ω負載下，得到的測試結(jié)果。可以看出NCP2820 在1W的輸出功率下，THD+N1%保證了輸出音樂的質(zhì)量

　　如果需要測試輸出THD+N性能相對信號頻率時，音頻分析儀的信號發(fā)生器會在一個固定幅度點上調(diào)整輸入到NCP2820的正弦波的頻率從20Hz~20KHz，同時分析儀的接受端口測試出在不同頻率輸入下輸出信號的諧波值，每個測試值都需要與基帶頻率相比然后以圖形的形式表現(xiàn)出來, 圖5為NCP2820 在8Ω負載下得到THD+N性能相對頻率的特性曲線。

　　　　THD+N的性能決定了輸出音質(zhì)的好壞。由于D類功放的工作原理，因此性能會略差于AB類功放。