耳機放大器應用電路分析

耳機放大器的要求

　　---耳機放大器主要用于使攜式音頻裝置中，它與其他便攜式電子產品一樣，要求器件具有低工作電壓、低功耗、小尺寸封裝。耳機放大器還有自身的技術參數要求，要求總諧波失真加噪聲(THD+N)小、電源變動抑制率(PSSR)高、信噪比(SNR)高、效率高等。不同的放大器還有不同的附加功能，如內置數字音量控制、內置DAC等。具體性能指標如下。

　　● 輸出功率POUT

　　---耳機放大器輸出功率較小，一般為20～100mW(實際輸出功率與工作電壓大小有關，并且與負載電阻大小及THD+N大小有關)。立體聲耳機的負載電阻一般為16Ω或32Ω，負載電阻小的輸出功率大一些。

　　● THD+N

　　---THD+N的指標一般在0.01%～0.2%的范圍內，Hi-Fi級則小于0.01%。該指標與負載電阻RL大小及輸出功率POUT大小有關，若RL不同、POUT不同，則其指標有較大差別。例如，同一耳機放大器，在RL=32Ω，POUT=12mW，f=1kHz時，THD+N=0.006%;而在RL=16Ω、POUT=15mW，f=1kHz時，THD+N=0.015%。所以在比較不同耳機放大器的THD+N指標時，必須在基本條件相差不多時才有可比性。

　　● SNR

　　---SNR一般在60～90dB范圍內，其大小與POUT有關，有一些產品的SNR可達到100dB左右。

　　● PSRR

　　---PSRR高的耳機放大器，其性能受電源電壓變動的影響小(PSRR高的放大器可以不需穩壓電源供電)。PSRR一般為60～80dB，性能好的可達90dB。　　

　　降低工作電壓

　　---為減小便攜式產品的體積和重量，最有效的辦法是采用能量密度高、體積小的鋰離子電池，但鋰離子電池價格貴。采用1～2節堿性電池或充電電池來供電，則制造和使用成本會減少很多。近年來，一些廠商開發出僅用1節電池供電的耳機放大器(1節5#或7#堿性電池或鎳氫、鎳鎘電池)更受到消費者歡迎，其工作電壓為0.9V～1.8V，既可用1節堿性電池，也可用1節充電電池供電，使一些低檔MP3播放機的成本大幅下降，銷售量隨之大增。

　　---由于是單電源供電，耳機放大器輸出的電壓幅值受到工作電壓的影響。雖然可采用輸出滿幅值(rail-to-rail)的放大器，但1V工作電壓的輸出總是小于1V。

　　---為了降低工作電壓，還要保證足夠大的輸出電壓幅值，在耳機放大器中集成了一個電壓反轉的電荷泵電路，使輸入的VDD轉換成-VDD，則耳機放大器由單電源供電變成正負電源供電，輸出電壓幅值增大了一倍，如圖1所示。

　　減少外圍元件的措施

　　---德州儀器公司的TPA611xA2耳機放大器的典型應用電路如圖2所示。放大器內部的兩個325kΩ電阻組成分壓器，提供兩個通道運放的偏置電壓(1/2VDD)，并有關閉控制(SHUTDOWN)端(低電平有效)，實現關閉放大器，使耗電小于10μA。

　　---減少外圍元件，不但可節省印刷電路板面積，還能改善性能。圖3所示是德州儀器公司2004年8月推出的耳機放大器TPA4411的內部結構及外圍元件。TPA4411采用固定增益(AV=-1.5V/V)，無需輸出隔直電容器，簡化外圍元件，并且有如下的優點：減少PCB板面積;降低元器件成本;改善THD+N性能;無需考慮輸出電容器對低頻響應的影響。圖2與圖3相比，減少了4個增益設置電阻，省掉兩個輸出電容器。