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：常規供電、自帶升壓供電(BOOST、Charge Pump)

3.按輸入信號類型：模擬類（電子管、晶體管、晶體管IC）、數字類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、音頻信號及人耳的響應特性

1.音頻信號構成，音調，響度，音色。音調由頻率決定，響度由幅度決定，音色由諧波決定。

2.音頻信號傅里葉FFT-時域到頻域分解，自然界所有的信號都可以分解為正弦波。

3.人耳的響應特性，

A.人耳可以聽得見的音頻信號一般定義在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，大音量時比小音量時，聽到更多的高音和低音分量，等響度概念

4.加權定義，不同音量模擬人耳聽感特性,通用A加權比較多。音響等應用中,加權噪聲是更貼合實際應用的。例如在

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

     A.A加權，40dB 

     B.B加權，70dB

     C.C加權，100dB

     D.D加權，主要應用于飛機的評價

四、功放常見參數

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，出現在AB類。

1）.對功放而言測試非線性幅度失真度的意義，沒削頂的小功率時了解功放對音頻信號的還原，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、信號的大小、加權選擇、功放IC自身的失真

3.輸入電阻Rin和反饋電阻Rf

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

（2）Au與GAIN，增益的單位為dB分貝

兩者的轉換  GAIN增益=20*lg(Au) , lg(X)函數是以10以底的對數函數 

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

        B.電壓放大倍數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Au=10^(40/20）=100

4.f0(fc)截止頻率計算 

   f0(fc)=1/(2π*Rin*Cin) 

5.支持最小負載歐姆數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載歐姆數從最小到無限大。

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-與放大倍數有關-與IC自身的設計有關，值越小越好

      Vn,無輸入信號-輸入接地或接70R到地，實測輸出的信號大小

      A加權為準

9.信噪比SNR（單位dB）與放大倍數有關-與IC自身的設計有關，絕對值越大越好

   SNR=RMS/Vn轉換為dB,AP可以直接測試

   A加權為準

10.分離度/通道隔離度 crosstalk （單位dB）-與IC自身的設計有關-絕對值越大越好

     雙聲道功放或多聲道功放，兩通道之間的串擾值

11.AB/D類切換 ,控制腳電壓或脈沖控制 

 （1）AB類的優點對FM無干擾無輻射容易過FCC/CE認證，缺點效率低

 （2）D類的優點效率高，缺點對FM有干擾有輻射，一般要加電感/磁珠才能過FCC/CE認證

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

 （1）滿功率時一般令輸出控制在THD1%左右

 （2）防破音啟動時間和防破釋放時間

 （3）防破的壓縮深度

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

    PWM是開關的形式，使得輸出效率比AB類小，同時也是輻射產生的原因，也會對無線麥、FM等有一定的干擾，加磁珠或電感一般可以過認證。

14.失調電壓(單位mV)-無信號輸入時，輸出兩端的電壓差-越小越好，太大會令POP聲明顯

15. 靜態工作電流(單位mA)-無信號輸入時的工作電流，越小越好

16.關機電流（Power down/單位uA）一般是1uA以內，越小越好

17.啟動時間(單位mS) ，一般是幾十mS到幾百mS

     啟動控制電平給到SD腳，到功放有輸出信號的時間差，一般越小越好，有很多收款音箱比較關注這個值 

18.電源電壓抑制比-PSRR-對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.漏源導通電阻 RDS(on)，指定電源電壓和輸出功率條件測試，一般在幾十到一兩百mΩ ，越小越好

21.內置升壓功放

（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、自適應升壓

（4）升壓部分開關頻率

22.環境工作溫度、工作結溫

23.輸出短路保護OCP、電源過壓OVP/欠壓UVL保護、OTP過溫保護

24.限流設置，一般是脈沖和外接電阻設置

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.這個功放的功率是多少？

2.這個功放的失真是多少？

3.這個功放的底噪是多少？

4.這個功放的工作電壓是多少?

5.這個功放的大小封裝是什么？

6.這個功放能過認證嗎？

7.這個功放的工作頻率是多少？

8.這個功放的的輸入是差分還是單端？

9.這個功放升壓電壓是多少？是同步升壓還是異步升壓？

10.這個功放有沒有過壓保護？有沒有過溫保護？有沒有輸出短路保護？

11.這個功放的關機電流是多少？

12.這個功放的靜態電流是多少？

13.這個功放的效率是多少？

14.這個功放的內阻是多少？RDS(on)？

15.這個功放的有沒有防破音功能？開防破音的最大功率是多少？

16.這個功放是A類還是D類？有沒有AB類？自適應升壓還是固定升壓？

17.這個功放支不支持2歐的喇叭？是否支持16歐？

18.這個功放的信噪比可以做到多少？

19.這個功放的啟動時間是多少？

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