G 類音頻放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便攜式設(shè)備原理及應(yīng)用 - 全文

類別

描述

效率

A 類

線性

輸出器件持續(xù)導(dǎo)電

20%

B 類

線性

輸出器件導(dǎo)電 1/2 正弦周期。（一個在正區(qū)域?qū)щ姡粋€在負(fù)區(qū)域?qū)щ姡┰诮徊纥c存在線性問題。

50%

AB 類

線性

輸出器件導(dǎo)電 1/2 周期以上，但小于整個周期，從而解決 B 類的固有交叉失真問題。

50%

C 類

線性

輸出器件導(dǎo)電 1/2 周期以下。高度非線性，以及音頻輸入失真。

70%

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圖1 各種放大器拓?fù)涞膶?dǎo)電角

效率的定義為輸出功率（向負(fù)載提供的功率）與輸入功率（從電池吸取的功率）的比，用百分比表示。更高的效率意味著以熱損耗形式浪費的電池功率更少。為了改善便攜式音頻設(shè)備的電池使用壽命，放大器需要更高的效率。

AB 類（線性）放大器具有固定的電源軌，消耗固定量的電源電流，以獲得理想的輸出電壓。在橋接式負(fù)載 (BTL) 狀態(tài)下，該電源電流等于輸出電流。通過負(fù)載的電源電流致使所有輸出 MOSFET 出現(xiàn)壓降。MOSFET 壓降增加的這些電流，在放大器中形成較大的功耗，這就是 AB 類放大器效率僅為 50% 的原因。

什么是G 類拓樸？

在極高電平條件下，G 類拓?fù)錇橐环N多電源的 AB 類拓?fù)渥凅w。G 類拓?fù)涑浞掷昧说湫鸵纛l/音樂源都具有極高峰值因數(shù) (10-20dB) 的這一有利條件。這就意味著峰值音頻信號高于平均音頻信號 (RMS)。大多數(shù)時候，音頻信號都處在較低的幅值，極少時間會表現(xiàn)出更高的峰值。

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新型 G 類拓?fù)涫褂米赃m應(yīng)降壓轉(zhuǎn)換器，以產(chǎn)生隨音頻信號移動的電源電壓。它為大多數(shù)平均音頻信號產(chǎn)生有充足余量的低電源電壓，并切換至高電源電壓來適應(yīng)偶發(fā)的峰值 電壓。由于電源的自適應(yīng)特性，高峰值因數(shù)的典型音樂/音頻源的功耗得到極大降低。這樣便帶來更低的電池電流消耗，從而獲得比 AB 類構(gòu)架更高的效率。

這種電源電壓為自適應(yīng)型。它在高音量音頻信號時升高，從而防止大峰值電壓失真，同時在小音頻峰值時下降來降低功耗。

G 類拓樸工作原理

圖2 描述了 G 類放大器的運行情況，其在低音頻電壓峰值時的電源電壓為 1.3V，并在高峰值時自適應(yīng)升高至 1.8V。我們使用一個降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生這些低電源軌（請參見圖3）。

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圖2 G 類拓?fù)渥赃m應(yīng)移動放大器電源實現(xiàn)節(jié)能

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圖3 G 類耳機放大器結(jié)構(gòu)圖

G 類放大器使用自適應(yīng)電源軌，并利用一個內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生耳機放大器正電源電壓 (HPVDD)。充電泵對 HPVDD 進行反相，并產(chǎn)生放大器負(fù)電源電壓 (HPVSS)。這樣便讓耳機放大器輸出可以集中于 0V。音頻信號幅值較低時，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個低 HPVDD 電壓 (HPVDDL)（請參見圖2）。這樣便在播放低噪聲、高保真音頻的同時最小化了 G 類放大器的功耗。

如果由于高音量音樂或者瞬態(tài)峰值音頻幅值增加，則降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個高 HPVDD 電壓 (HPVDDH)。HPVDD 上升速率快于音頻峰值上升時間。這樣便可防止音頻失真或削波。音頻質(zhì)量和噪聲層不受 HPVDD 的影響。這種自適應(yīng) HPVDD 在避免削波和失真的同時最小化了電源電流。由于正常的聽力水平在200mVRMS以下，因此 HPVDD 最常位于其最低電壓 HPVDDL。所以，相比傳統(tǒng)的 AB 類耳機放大器，G 類放大器擁有更高的效率。