用D类功放集成电路TPA3123制作BTL形式放大器.pdf

单端输入至差分输出转换电路参考设计电路图描述此TI精密验证设计为特定差动输出电路的单端输入提供了原理、组件选择、仿真、PCB设计和测量细节,其中的差动输出电路可将+++±。输出范围经特别限定以使其线性度最大化。此电路包括2个放大器。一个放大器充当缓冲器,创建电压Vout+。第二个放大器使输入反向并增加基准电压以产生Vout-。Vout+和Vout-。电压差Vdiff是Vout+与Vout-之间的差值。这将使差动输出电压范围+。特性100kHz小信号带宽低功耗:100mA电流消耗±%FSRVdiff未校准误差±%FSRVdiff校准误差在+-±,在这期间,采用TA2024的那款功放性能一直十分稳定,唯一的不足就是输出功率偏小,特别在搬到室外使用时,要推动一对60W的无源音箱就显得力不从心。而且笔者一直没能给它找到合适的外壳,裸板工作着,让人很没有安全感。于是,我开始琢磨制作一款功率更大的D类功放,并且为它配了一个漂亮的外壳。想来想去,没能找到什么合适的方案,笔者之前所知的D类功放大多为平板电视机设计,功率在一二十瓦,制作我需要的功放,输出功率不会有大的提升,当然也有类似TAS5630这种号称输出功率能达到600W的,但无论是元器件还是电源的价格,都远远超过了笔者的支付能力。正在犹豫不决之时,偶然看到了《无线电》2010年第3期的套件制作文章——MINIUSBAMP,套件中将双通道D类功放TPA3121用于桥推形式,大大提高了输出功率。没等细读完文章,笔者就迫不及待地开始设计电路了,笔者手头正好有几片TPA3123和TPA3124,朋友送的TI样片。电路简介TPA3123/4是TI公司推出的双通道D类音频功率放大器,其中,TPA3123电源范围比TPA3124略宽,每声道输出功率比TPA3124大,而外围电路完全一样。用于双通道放大时,TPA3123每声道最大输出25W(TPA3124为15W),需要加大容量的隔直电容。而用作BTL形式输出时,理论上输出功率能达到双通道输出的4倍。如果忽略MOS管压降,当电源电压19V(笔记本电脑电源)时,可以估算得在6Ω负载上获得的功率能够达到30W,24V的电源电压下将近50W,显然,这个输出功率是让人满意的。图1给出的是TPA3123用作桥推输出的原理图,外围电路十分简洁。图中将17、18引脚上拉到高电平,每通道电压增益为36dB,约63V/V,则BTL形式输出时电压增益约为126V/V。需要注意的是,TPA3123的输入阻抗随增益设定的改变有很大变化,所以耦合电容容量需要根据实际情况进行选取。按图中设定的增益,输入阻抗约9kΩ,选取1μF的耦合电容,可得下限频率约18Hz。图中的J1为开关,通过控制TPA3123的SHDN引脚实现开关机操作。再看看输出级LC滤波电路,单从电容、电感的参数就能看出,TI公司的D类功放低通滤波上限频率比TA202X系列的要低,这可能是造就TI公司D类功放高效率的重要原因。从数据手册上可以查知,TPA3123在输出功率较大时,效率高于90%。图3电源电路图1TPA3123/TPA3124桥推输出原理图图2运放组成的单端转差分电路说了这么多,差点忘了电路的一个重要组成部分,那就是输入端的单端转差分电路。由于BTL形式的放大器的两个输入端输入的是互为反相的信号,而一般的音频信号为单端共地信号,因此需要一个电路实现单端转差分功能。最简单的实现方法是使用一个双运放,其中一个作为同相比例运放,一个作为反相比例运放,并使其放大倍数分别为1和-1即可。但是这种方法使用的电阻阻值不一致,很难保证输出信号的良好对称。笔者借用了《无线电》2010年第3期那篇文章中介绍的方法,一个运放用作跟随,另一个用作反相放大,电路如图2所示。由于使用的电阻阻值一致,比较容易做到输出信号的良好对称性。最后需要提一下电源电路。笔者个人认为,给工作在小信号处理状态的运放加上线性稳压电路是很有必要的,所以这里选用高性能的低压、单电源运放OPA2353,并使用7805稳压为其供电。电源电路如图3所示,由于TPA3123的工作电压高(可以高达30V),串接一个电阻降压很有必要。元器件选择每一次的制作中,元器件的选择这一项是至关重要的,因为合适的元器件不仅是电路安全稳定工作的前提,在音频电路中,更会直接影响听感。在以往的制作中,出于价格的考虑,笔者往往本着实用的原则选用器件,而这回摒弃了这一原则,也小小地“发烧了”一把。首先是级间耦合电容,首次