如何制作不良的音频放大器?


10

在发现了出色的运算放大器,并且以合理的价格获得了一些非常优秀的运算放大器(尤其是低功率水平的运算放大器)之后,我想知道为什么所有的音频放大器,无论大小,都不能仅仅通过组合一个放大器就获得出色的性能。一款具有简单输出级的小型信号运算放大器。

我的意思是,有了运算放大器,就不必担心所有这些偏置电压和温度稳定性,只需粘住运算放大器和任何无与伦比的达林顿晶体管,就可以了。

有什么陷阱吗?

Answers:


15

在放大器中使用运算放大器可以大大简化其设计,但是运算放大器并不完美。如果它们在其整个带宽上具有无限放大,则它们会趋于振荡,因此会对其进行内部补偿,从而限制了带宽。有限的带宽使放大器易于产生瞬态互调失真(TIM),这种失真比谐波失真(HD)更令人讨厌。

只发布高清,而TIM从未发布的原因是,获得漂亮的高清数字要容易得多。谁不会对0.01%的谐波失真这个数字印象深刻?大多数客户没有意识到这个数字是完全不相关的,因为整个系统的失真大部分由扬声器确定,很容易造成百分之几的失真。

功率级也不是没有问题。由于效率低,几乎不使用A类放大器。B类或AB类放大器具有交叉失真,其中一个晶体管接管另一晶体管。这是一种非线性失真无法通过反馈进行补偿。可能不是真的。如果有人可以在这里启发我,我很想听听。

关于运算放大器的最终报价:

“除非在电源断开的情况下放在桌面上,否则就没有无条件稳定的运算放大器之类的东西” [ 1 ]


进一步阅读
[1] Intersil应用笔记AN9415:反馈,运算放大器和补偿


3
您为什么认为交叉失真不能通过反馈来补偿?
Bitrex 2012年

@Bitrex-我记得那是我学到的,尽管我忘记了索赔背后的原因。只是在我脑海中。
stevenvh 2012年

1
反馈可以极大地改善分频失真,但没有完美的东西。您说TIM比THD烦人得多,但您的报价没有提及任何内容。您能详细说明这一点吗?
endlith 2012年

1
@endolith-编号:-)这些事情非常主观,测量值并不总是表明用户体验。事实是,对于大多数人来说,大约1%的THD相当高的水平并不明显,而TIM似乎比THD早就被注意到。我记得曾经读过一份报告,但这是在我的飞利浦音频时期,甚至在互联网之前,而且我在这里没有文档。
stevenvh 2012年

2
顺便提一句,吉他的“和弦”涉及以非常接近2:3:4的频率比率演奏三个弦。这样做是为了利用放大器中的失真,它将产生和频和差频,它们都是音调的最低点以下八度音阶的倍数。最终结果是,和弦听起来不会像和弦,而是听起来比吉他弹奏时的音调更低。
2013年

7

有趣的问题-答案(好吧,我的答案)是您可以通过这种方式制作出出色的音频放大器。您仍然需要注意输出级和总体设计,但是使用运算放大器是没有问题的(当今对于性能良好的基本,廉价放大器来说非常普遍)
尽管运算放大器是方便的工具,并且有些出色的如果有可用的方法,那么如果您不注意细节,肯定还有很多方法可以使用它们来获得较差的结果。

这并不意味着人们会买,但设计师知道这一点,所以您仍然可以获得基于高端阀门的“ Hi-Fi”放大器,价格> 2000英镑,总谐波失真(THD)为2%。您可能会说,这样做的目的在这里制造一个“不良”放大器,因为(具有讽刺意味的是)它将赚更多的钱-不幸的是,“伟大”对许多不同的人来说意味着很多不同的事情。
您在主观主义者阵营中有一些人已经基本上确定了人耳比任何测量工具都更准确,并且可以听到他们看不到的东西。因此他们总是可以说:“是的,您的THD + n在20Hz-20kHz时的确小于<0.001%,但是您在设计中不允许出现无法测量的效果x,这就是为什么听起来不舒服的原因”

如果对技术完美的渴望至关重要,那么无氧电缆等成本数百美元的东西就永远不会上市:-)

我认为您可能想阅读Douglas Self的《小信号音频设计》和《音频功率放大器设计手册》,
我发现他在此类问题上是相当权威的。他的书讨论了运算放大器和分立晶体管的用法。他权衡了包括大量实际测试数据在内的优点/缺点,并举例说明了如何使用分立晶体管获得更好的性能。


2

实际上,在消费类电子产品中,低功率到中功率音频放大器通常完全在一个芯片上被称为“芯片放大器”。

一个问题是,您提到的大多数廉价运算放大器都没有足够宽的电压摆幅来驱动本身没有电压增益的输出级。如果运算放大器的最大工作电压为+/- 15V,然后再放置一个功率级,则输出摆幅仍将限制为+/- 15V。有些运算放大器在更高的电压下运行,但价格昂贵。

在运算放大器之后增加更多的电压增益,以至于增益被封装在全局反馈环路中,这是有风险的,并抵消了一些空间和成本节省的好处,因为那时分立组件中表达的复杂性要比输出级高。

然而,实际上有时有时会这样做。例如看一下 Marshall 8008机架式吉他放大器。运算放大器驱动附加的电压放大级,然后输出级。VAS很有趣:它在公共基极中使用一对互补晶体管,其基极分别连接到+/- 15V电源轨。反馈直接从输出级获得,因此额外的增益包含在反馈环路中。尽管运算放大器是内部补偿的,但这种螺栓固定的VAS具有自己的补偿形式,即C15和C17。由于运算放大器具有通过R3的本地反馈,因此不使用运算放大器的全部开环增益,而且R45似乎在提供全局反馈路径方面也起着作用。

总而言之,如果输出电压摆幅在典型运算放大器的范围内(甚至更高),则使用运算放大器没有任何优势,因为您可以使用像LM3886这样的芯片放大器。然而,使用运算放大器作为具有离散输出级的反馈求和点并不是没有听说过的。


1

还要记住输出级的驱动要求。使用标准的射极跟随器输出级,额定功率为100瓦的平均输出功率到8欧姆负载的放大器,将需要在驱动器级之间产生约+/- 40伏峰至峰的摆幅。可以输出这些“高”电压的运算放大器比普通的音频运算放大器贵得多。另外,仍然存在使输出正确偏置并确保偏置温度稳定的问题。使用运算放大器作为驱动程序不能神奇地解决此问题。

有几种方法可以在驱动器和输出级中使用分立晶体管,以及相关的偏置电路,并使用运算放大器作为驱动器,例如此处的应用笔记 这些电路似乎是主要针对然而高速应用,以及它们可能对高保真音频(其中既定目标通常是有尽可能少的增益级尽可能有什么优势,使他们每个人尽可能线性反馈是否适用)尚不清楚。

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.