音頻漫談——功率放大器篇

一、市面上常見功放類型

1.按功率管工作方式類型：A類、B類、AB類、D類(包括G、H、K)

2.電源類型：常規(guī)供電、自帶升壓供電(BOOST、Charge Pump)

3.按輸入信號(hào)類型：模擬類（電子管、晶體管、晶體管IC）、數(shù)字類IC

4.另外分類方式

（1）.單端輸出、BTL、PBTL  

（2）.單端輸入、差分輸入

5.常見AB類和D類的電路架構(gòu)及輸出波形

（1）AB類

（2）D類

二、功放元件圖及封裝，舉例

三、音頻信號(hào)及人耳的響應(yīng)特性

1.音頻信號(hào)構(gòu)成，音調(diào)，響度，音色。音調(diào)由頻率決定，響度由幅度決定，音色由諧波決定。

2.音頻信號(hào)傅里葉FFT-時(shí)域到頻域分解，自然界所有的信號(hào)都可以分解為正弦波。

3.人耳的響應(yīng)特性，

A.人耳可以聽得見的音頻信號(hào)一般定義在20HZ到20KHZ，頻響范圍

B.人耳要聽到同大小的音量，低頻和高頻需要更大的聲音

C.同樣的音樂，大音量時(shí)比小音量時(shí)，聽到更多的高音和低音分量，等響度概念

4.加權(quán)定義，不同音量模擬人耳聽感特性,通用A加權(quán)比較多。音響等應(yīng)用中,加權(quán)噪聲是更貼合實(shí)際應(yīng)用的。例如在

100K高頻有很大的噪音,如果不加權(quán)，出來的噪聲很高，但實(shí)際上人耳聽不到噪聲。

     A.A加權(quán)，40dB 

     B.B加權(quán)，70dB

     C.C加權(quán)，100dB

     D.D加權(quán)，主要應(yīng)用于飛機(jī)的評(píng)價(jià)

四、功放常見參數(shù)

1.工作電壓范圍，VDD工作電壓和IO口工作電壓，由IC自身材料及工藝決定

2.THD+N總諧波失真加噪聲,即常說的失真度，常見的有削頂失真。其它常見還有非線性交越失真，出現(xiàn)在AB類。

1）.對(duì)功放而言測(cè)試非線性幅度失真度的意義，沒削頂?shù)男」β蕰r(shí)了解功放對(duì)音頻信號(hào)的還原，已削頂了解功放極限RMS功率

（2）.影響非線性幅度失真度的條件，供電電壓的大小、信號(hào)的大小、加權(quán)選擇、功放IC自身的失真

3.輸入電阻Rin和反饋電阻Rf

（1）計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au或 AV=Rf/Rin ,Rin包括內(nèi)部和外部的輸入電阻之和 

（2）Au與GAIN，增益的單位為dB分貝

兩者的轉(zhuǎn)換  GAIN增益=20*lg(Au) , lg(X)函數(shù)是以10以底的對(duì)數(shù)函數(shù) 

舉例  A.  電壓放大倍數(shù)Au=10,  則GAIN增益=20lg（10）dB=20*1 dB=20 dB

        B.電壓放大倍數(shù)Au=20,  則GAIN增益=20lg（20）dB=20*1.3 dB=26 dB

        C.GAIN增益=40dB,則電壓放大倍數(shù)Au=10^(40/20）=100

4.f0(fc)截止頻率計(jì)算 

   f0(fc)=1/(2π*Rin*Cin) 

5.支持最小負(fù)載歐姆數(shù)RL=2/3/4/8/16歐姆,可以支持得越小越好。功放一般支持最小負(fù)載歐姆數(shù)從最小到無限大。

6.頻響SPL(20hz-20Khz)

7.額定功率-RMS

（1）RMS功率@THD+N 10%@RL@VDD,傳統(tǒng)一般客戶

（2）RMS功率@THD+N 1%@RL@VDD，有要求的客戶

8.輸出底噪-HUM-哼聲-Vn-與放大倍數(shù)有關(guān)-與IC自身的設(shè)計(jì)有關(guān)，值越小越好

      Vn,無輸入信號(hào)-輸入接地或接70R到地，實(shí)測(cè)輸出的信號(hào)大小

      A加權(quán)為準(zhǔn)

9.信噪比SNR（單位dB）與放大倍數(shù)有關(guān)-與IC自身的設(shè)計(jì)有關(guān)，絕對(duì)值越大越好

   SNR=RMS/Vn轉(zhuǎn)換為dB,AP可以直接測(cè)試

   A加權(quán)為準(zhǔn)

10.分離度/通道隔離度 crosstalk （單位dB）-與IC自身的設(shè)計(jì)有關(guān)-絕對(duì)值越大越好

     雙聲道功放或多聲道功放，兩通道之間的串?dāng)_值

11.AB/D類切換 ,控制腳電壓或脈沖控制 

 （1）AB類的優(yōu)點(diǎn)對(duì)FM無干擾無輻射容易過FCC/CE認(rèn)證，缺點(diǎn)效率低

 （2）D類的優(yōu)點(diǎn)效率高，缺點(diǎn)對(duì)FM有干擾有輻射，一般要加電感/磁珠才能過FCC/CE認(rèn)證

12.防破音，ALC_ON/OFF，AGC_ON/OFF控制方式SD腳電壓或脈沖控制

 （1）滿功率時(shí)一般令輸出控制在THD1%左右

 （2）防破音啟動(dòng)時(shí)間和防破釋放時(shí)間

 （3）防破的壓縮深度

13.D類工作頻率（單位hz）-無信號(hào)輸入時(shí)，PWM穩(wěn)定的工作頻率，一般是幾百Khz

    PWM是開關(guān)的形式，使得輸出效率比AB類小，同時(shí)也是輻射產(chǎn)生的原因，也會(huì)對(duì)無線麥、FM等有一定的干擾，加磁珠或電感一般可以過認(rèn)證。

14.失調(diào)電壓(單位mV)-無信號(hào)輸入時(shí)，輸出兩端的電壓差-越小越好，太大會(huì)令POP聲明顯

15. 靜態(tài)工作電流(單位mA)-無信號(hào)輸入時(shí)的工作電流，越小越好

16.關(guān)機(jī)電流（Power down/單位uA）一般是1uA以內(nèi)，越小越好

17.啟動(dòng)時(shí)間(單位mS) ，一般是幾十mS到幾百mS

     啟動(dòng)控制電平給到SD腳，到功放有輸出信號(hào)的時(shí)間差，一般越小越好，有很多收款音箱比較關(guān)注這個(gè)值 

18.電源電壓抑制比-PSRR-對(duì)電源紋波的干擾抑制，一般功放在70-80dB左右

19.效率，一般AB類效率在65%左右，一般D類效率在90%左右

20.漏源導(dǎo)通電阻 RDS(on)，指定電源電壓和輸出功率條件測(cè)試，一般在幾十到一兩百mΩ ，越小越好

21.內(nèi)置升壓功放

（1）升壓類型：同步/異步BOOST、Charge Pump

（2）升壓輸出電壓大小

（3）固定升壓、自適應(yīng)升壓

（4）升壓部分開關(guān)頻率

22.環(huán)境工作溫度、工作結(jié)溫

23.輸出短路保護(hù)OCP、電源過壓OVP/欠壓UVL保護(hù)、OTP過溫保護(hù)

24.限流設(shè)置，一般是脈沖和外接電阻設(shè)置

25.BTL/PBTL切換

26.耐 ESD 電壓（人體模型）一般是+-2KV

27.封裝形式 SOP8、SOP16、DFN8、DFN10........

五、功率放大器常見問題

1.這個(gè)功放的功率是多少？

2.這個(gè)功放的失真是多少？

3.這個(gè)功放的底噪是多少？

4.這個(gè)功放的工作電壓是多少?

5.這個(gè)功放的大小封裝是什么？

6.這個(gè)功放能過認(rèn)證嗎？

7.這個(gè)功放的工作頻率是多少？

8.這個(gè)功放的的輸入是差分還是單端？

9.這個(gè)功放升壓電壓是多少？是同步升壓還是異步升壓？

10.這個(gè)功放有沒有過壓保護(hù)？有沒有過溫保護(hù)？有沒有輸出短路保護(hù)？

11.這個(gè)功放的關(guān)機(jī)電流是多少？

12.這個(gè)功放的靜態(tài)電流是多少？

13.這個(gè)功放的效率是多少？

14.這個(gè)功放的內(nèi)阻是多少？RDS(on)？

15.這個(gè)功放的有沒有防破音功能？開防破音的最大功率是多少？

16.這個(gè)功放是A類還是D類？有沒有AB類？自適應(yīng)升壓還是固定升壓？

17.這個(gè)功放支不支持2歐的喇叭？是否支持16歐？

18.這個(gè)功放的信噪比可以做到多少？

19.這個(gè)功放的啟動(dòng)時(shí)間是多少？

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