匹配和调谐音频放大器输出稳定性和声音性能，第一部分

音频放大器产品在产品外观、风格、系统控制和音质方面越来越先进。经验丰富的电子工程师在他们的音频放大器设计中使用了不同类型的电路。

许多具有超过 100W/通道的传统大功率音频放大器都使用分立元件电路。高保真音频放大器甚至需要在输出稳定性和声音性能的匹配和调整上付出额外的努力。

注意事项

开发音频系统有不同的方法。NationalSemiconductor 的 LME49810 是高端消费类和专业音频应用的最佳选择，这些应用包括有源工作室监视器和低音炮、A/V 接收器、商业扩声、售后音频、专业混音器、分布式音频和吉他放大器。它也非常适合需要高电压和低失真的广泛工业应用。

输入级设计是放大器的关键考虑因素。它通过从输入中减去反馈信号来生成误差信号，然后驱动到输出。假设误差信号很小，以为放大器提供高线性度。LME49810 是双极输入放大器。

输入阻抗匹配很重要。由于来自正负输入端口的偏置电流，输入阻抗不匹配导致输入失调电压。输入失调电压将通过闭环增益放大并出现在输出端。

虽然 LME49810 具有非常低的输入偏置电流，但出现在输出上的失调电压对于一般用途来说是微不足道的。例如，典型的 LME49810 偏置电流为 100nA 和 1K-ohms 输入阻抗失配。Voffset = Ibias x Rmismatch = 100nA x 1K-ohms =0.1mV。对于放大器中典型的 30 倍闭环增益，Voutputoffset = 0.1mV x 30。

由于输入偏置电流非常低，输出上出现的偏移电压在一般用途中将是微不足道的。为了进一步降低输出失调电压，降低反馈和输入信号路径上的阻抗是一种方法。可以减少由于输入偏置电流不平衡引起的偏移。但我们需要确保前级有足够的驱动能力。

通常有两种常见的音频输入设计类型：交流耦合或直流耦合。交流耦合输入的优点如下：

1) 从前置放大器、滤波器级或编解码器级到放大器输入的直流偏移始终为零。

2) 放大器中的任何直流伺服电路无需保护直流故障。

另一方面，直流耦合输入具有以下优点：

1) 不需要大而昂贵的交流耦合电容器。

2) 避免了交流耦合电容产生的低频失真。

3)降低了交流耦合RC网络耦合的噪声。

功率放大器中的负反馈配置可以提供更高的系统稳定性和线性度。使用负反馈可以避免放大器直流偏移电压饱和。

一般放大器在高频存在相移，较高的负反馈因子可以降低高频的不稳定性和振荡。

在分立放大器系统中，高反馈因数会导致较差的瞬态响应或高频不稳定。LME49810 具有更高的开环增益。

因此，它具有较小的闭环增益误差和电源抑制，并且可以最大限度地提高电路中的负反馈量，从而最大限度地提高线性度。推荐的电压增益范围为 30-40dB。负反馈系数可以通过 R 输入和 R 反馈关系轻松设置：AV = RF/RI (V/V)。

补偿

放大器的补偿是在反馈回路闭合时调整开环增益和相位性能以稳定系统。一般来说，补偿量尽可能高，以获得更高的稳定性。然而，它在降低音频芯片的带宽和压摆率方面进行了权衡。

较低的转换速率将提供更柔和的声音特性，而较高的转换速率通常可以提供更清晰和更硬的声音特性。在 LME49810 中，米勒补偿是通过在引脚 Comp 和 BiasM 之间插入一个电容器来实现的。

通过增加这两个引脚之间的电容值，可以增加补偿量和相位裕度。但是，不建议过高或过低。

建议范围为 10p 至 100p。补偿电容应为低等效串联电阻 (ESR);它可以避免电容器的ESR引入零电位。通常，陶瓷电容比电解电容好。

静音引脚由流入静音引脚的电流控制。这是通过将参考电压通过电阻器连接到静音引脚来控制电流从 50 到 100 微安作为“播放”模式，小于 50µA 作为“静音”模式。可以通过默认公式计算：IMUTE = (VMUTE – 0.7V) / (RM + 10k-ohms) (A)。不建议通过静音引脚的电流超过 200 微安。

输出

LME49810 有两个专用引脚(BiasP 和 BiasM)用于偏置设置并提供一定的输出偏置电流。R pot(可变电阻)用于调整输出级的偏置电流。降低 R pot+ Rb1 将导致更高的偏置电压。

QMULT(乘法器)补偿偏置电压以防止双极输出晶体管的热失控。

QMULT 必须连接到与输出晶体管相同的散热器。当温度升高时，Vbe 会降低以降低偏置电压——偏置电流越高，输出的交叉失真越小，但电流消耗越高。

音频功率放大器中最常见的输出级是发射极跟随器。通常称为双发射极跟随器或达林顿对配置，其中第一个跟随器作为输出设备的驱动器。

射极跟随器的大信号线性度主要取决于负载。随着负载增加(即负载电阻减小)，输出电流增加，双极结晶体管电流增益由于 RE(发射极去极)和高电流密度下的 β 滚降而减小。

它可能会降低线性度并增加输出级的失真。对于更高的功率，建议使用多级输出以保持高电流和更好的线性度。LME49810 音频驱动器的输出电流约为 50mA。根据应用要求，它可以配置为单个达林顿对或并联晶体管输出。