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D级放大器IC促进便携式的应用

导读:
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D级音频功率放大器能把音频信号输出到扬声器,与传统的AB级音频功率放大器相比,其效率要高2~3倍。效率的增加使得这些放大器很适合在便携式应用中使用。
 
图1:D级放大器IC,例如德州仪器公司的TPA2000D2,
采用一种新的PWN技术可省掉输出滤波器。

---- 到目前为止,使用D级音频放大器都需要一个低通输出滤波器,该滤波器一般是由两个铁氧体磁心电感以及每通道上的三个电容器组成。输出滤波器不仅占用了印制板的空间而且也增加了D级放大器的成本。

 
图2:新的D级音频放大器IC采用少量的外围元件,
节省了电路板空间,简化了硬件设计。
D级放大器结构

---- D级放大器基于一种可称之为脉冲调宽(PWM)的超采样(oversampling)技术,它以高于输入音频信号频带一个数量级的速率对该音频信号进行采样,然后在扬声器中再恢复出这个音频信号。PWM就象数字信号一样,既有开状态也有关状态。

---- 当输出晶体管导通时,它有一个非常低的电阻,可有效地把功率传递给扬声器。当输出晶体管截止时,则没有功率消耗或功率传输,因而在放大器中几乎没有损耗。与一般用于音频功率放大的AB级放大器相比,这种PWM调制方式消耗的功率很少,并且发散的热量也很少。

---- 为降低输出滤波器的成本,笔者对不同滤波器的结构进行了研究,发现如果改变传统的PWM技术,输出滤波器甚至可以完全去掉。扬声器本身就可有效地发挥这类结构中低通滤波器的作用。

便携式应用

---- 基于AB级结构的放大器,自身存在固有的低效率缺陷,因而在有些应用场合中无法采用。而低电压D级放大器就可以克服这一“禁区”,从而将便携式音频设备的性能带上一个新台阶。图3的曲线就详细地对比了典型的AB级放大器与德州仪器公司的TPA2000D2型D级放大器的效率。

 
图3:该曲线详细地比较了典型的
AB级放大器与新型的D级放大器在效率上的差别。
---- 2W功率的TPA2000D2放大器基于新的PWM技术,工作时无需体积较大的LC输出滤波器。曲线图中的比较结果是利用输入正弦波信号得到的。

---- 由于音频信号峰值因素的缘故,放大器实际工作时大部分时间的输出功率小于0.2W,因而两种不同结构在效率上的差别是十分显著的。

---- 图2是本文所建议的应用电路图,它的特点是采用了比从前的D级音频放大器更少的外围元件,因而节省了PCB板的空间,也简化了硬件设计。其它特点还包括:低噪声特性可改善信号保真度;非工作期消耗电流小于1μA,也有助于延长电池在两次充电之间的时间间隔。

来源:今日电子   作者:德州仪器公司Don Dapkus, Eric Droge及Mike Score   2006/9/25 21:13:00
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