耳机放大器应用电路分析

耳机放大器的要求

　　---耳机放大器主要用于使携式音频装置中，它与其他便携式电子产品一样，要求器件具有低工作电压、低功耗、小尺寸封装。耳机放大器还有自身的技术参数要求，要求总谐波失真加噪声(THD+N)小、电源变动抑制率(PSSR)高、信噪比(SNR)高、效率高等。不同的放大器还有不同的附加功能，如内置数字音量控制、内置DAC等。具体性能指标如下。

　　● 输出功率POUT

　　---耳机放大器输出功率较小，一般为20～100mW(实际输出功率与工作电压大小有关，并且与负载电阻大小及THD+N大小有关)。立体声耳机的负载电阻一般为16Ω或32Ω，负载电阻小的输出功率大一些。

　　● THD+N

　　---THD+N的指标一般在0.01%～0.2%的范围内，Hi-Fi级则小于0.01%。该指标与负载电阻RL大小及输出功率POUT大小有关，若RL不同、POUT不同，则其指标有较大差别。例如，同一耳机放大器，在RL=32Ω，POUT=12mW，f=1kHz时，THD+N=0.006%;而在RL=16Ω、POUT=15mW，f=1kHz时，THD+N=0.015%。所以在比较不同耳机放大器的THD+N指标时，必须在基本条件相差不多时才有可比性。

　　● SNR

　　---SNR一般在60～90dB范围内，其大小与POUT有关，有一些产品的SNR可达到100dB左右。

　　● PSRR

　　---PSRR高的耳机放大器，其性能受电源电压变动的影响小(PSRR高的放大器可以不需稳压电源供电)。PSRR一般为60～80dB，性能好的可达90dB。　　

　　降低工作电压

　　---为减小便携式产品的体积和重量，最有效的办法是采用能量密度高、体积小的锂离子电池，但锂离子电池价格贵。采用1～2节碱性电池或充电电池来供电，则制造和使用成本会减少很多。近年来，一些厂商开发出仅用1节电池供电的耳机放大器(1节5#或7#碱性电池或镍氢、镍镉电池)更受到消费者欢迎，其工作电压为0.9V～1.8V，既可用1节碱性电池，也可用1节充电电池供电，使一些低档MP3播放机的成本大幅下降，销售量随之大增。

　　---由于是单电源供电，耳机放大器输出的电压幅值受到工作电压的影响。虽然可采用输出满幅值(rail-to-rail)的放大器，但1V工作电压的输出总是小于1V。

　　---为了降低工作电压，还要保证足够大的输出电压幅值，在耳机放大器中集成了一个电压反转的电荷泵电路，使输入的VDD转换成-VDD，则耳机放大器由单电源供电变成正负电源供电，输出电压幅值增大了一倍，如图1所示。

　　减少外围元件的措施

　　---德州仪器公司的TPA611xA2耳机放大器的典型应用电路如图2所示。放大器内部的两个325kΩ电阻组成分压器，提供两个通道运放的偏置电压(1/2VDD)，并有关闭控制(SHUTDOWN)端(低电平有效)，实现关闭放大器，使耗电小于10μA。

　　---减少外围元件，不但可节省印刷电路板面积，还能改善性能。图3所示是德州仪器公司2004年8月推出的耳机放大器TPA4411的内部结构及外围元件。TPA4411采用固定增益(AV=-1.5V/V)，无需输出隔直电容器，简化外围元件，并且有如下的优点：减少PCB板面积;降低元器件成本;改善THD+N性能;无需考虑输出电容器对低频响应的影响。图2与图3相比，减少了4个增益设置电阻，省掉两个输出电容器。