為了獲得盡可能大的動態(tài)范圍，傳統(tǒng)的單電源耳機放大器都會在輸出級增加一個直流偏壓。一般而言，這個直流偏壓的值會被設(shè)為1/2VCC。因此，輸出級和耳機之間就必須增加一個大容量的交流耦合電容，來隔離直流(220uF)。圖1給出了這種電路的簡化圖。
如果沒有這個隔直電容，就會使大的直流電流毫無阻隔的流入耳機，造成不必要的功率損耗，甚至可能損壞耳機和耳機放大器。但增加的隔直電容需要足夠大的容量，因此又會增加電路的體積和成本。并且，這個隔直電容和耳機的阻抗負(fù)載構(gòu)成了一個RC高通濾波器。-3dB截止頻率點由下式?jīng)Q定：
f-3dB=1/(2πRLCOUT)
RL是耳機負(fù)載阻抗，COUT是輸出隔直電容。
值得注意的是，這個高通濾波器會對低頻信號造成衰減，劣化放大器電路的低頻響應(yīng)，造成音頻信號的失真。大容量的輸出隔直電容可以減小低頻信號的衰減效應(yīng)，但缺點是電容的體積太大、價格也頗為昂貴。圖2給出了不同容值的隔直電容的低頻衰減特性。可以明顯注意到，當(dāng)耳機負(fù)載為16Ω、輸出隔直電容為100uF時，其-3dB截止頻率點為100Hz，正好落在音頻范圍內(nèi)，造成低頻信號的衰減。
電容電壓的變化所引起的電容值變化，被稱作電容的電壓系數(shù)。在-3dB衰減頻率點時，電容主要呈電抗特性，電壓系數(shù)表現(xiàn)為與頻率相關(guān)的失真。圖3顯示了由隔直電容引起的失真，可以看到，在100Hz以下的低頻，THD+N急劇增高。
MAXIM公司專利的音頻放大器直接驅(qū)動技術(shù)克服了上述缺點。直接驅(qū)動技術(shù)的核心是采用充電泵電路產(chǎn)生一個內(nèi)部負(fù)壓，使耳機放大器的直流偏置點就在電源的地電平上。從電路上看，輸出端不再需要容量高達(dá)220uF的隔直電容，而只是增加了充電泵電路需要的兩個小電容(1uF)。因此，電路的體積和成本都得到了大幅降低。并且，改進(jìn)后的輸出動態(tài)范圍幾乎是傳統(tǒng)電路的兩倍，由于去掉了隔直電容，頻率響應(yīng)也得以改善。圖4是采用了直接驅(qū)動技術(shù)的MAX4410的簡單示意圖。
圖5是采用MAX4410的耳機放大器的典型電路。
與傳統(tǒng)電路相比，它有以下優(yōu)點：
不再需要大容量的輸出隔直電容(典型值為100μF-470μF)，同時還能消除由電容的電壓系數(shù)效應(yīng)引起的THD失真。
-3dB截頻點由輸入電阻和電容決定。根據(jù)圖5電路中的輸入電阻和電容值得到的截頻點在1.6Hz附近。而在傳統(tǒng)AC耦合輸出的電路中，16Ω耳機需要6200μF的輸出隔直電容才能達(dá)到1.6Hz的低頻-3dB截頻點。這在實際應(yīng)用中幾乎是不可能的。而且，圖5電路的低頻響應(yīng)也不再與負(fù)載相關(guān)。
開關(guān)/切換噪聲消除電路
在傳統(tǒng)的單電源耳機放大器電路中，隔直電容是開關(guān)/切換噪聲的主要來源。因為在上電時，隔直電容被充電到直流偏置電壓；關(guān)電時，則又要從直流偏置電壓放電到地電平。在這一瞬態(tài)過程中，耳機上會產(chǎn)生音頻噪聲。MAXIM直接驅(qū)動技術(shù)去掉了隔直電容，也就去掉了開關(guān)/切換噪聲的最大來源。同時，MAXIM的音頻放大器還采用了額外的降噪控制電路，可在電源開關(guān)時去除輸入部分的開關(guān)/切換噪聲。在大多數(shù)應(yīng)用中，MAX4410的前級驅(qū)動器都會有一個直流偏置，通常為VCC的一半。
在上電啟動過程中，輸入耦合電容通過MAX4410的RF被充電到這個直流偏置電壓上，引發(fā)一次輸入電容的電壓波動，形成人耳可感知的開關(guān)/切換噪聲。與前級驅(qū)動器相關(guān)的輸入濾波器RIN和CIN構(gòu)成一個時間常數(shù)，MAX4410通過上電時延遲/SHDN關(guān)斷控制腳的上升時間，大約為4到5倍輸入RC電路時間常數(shù)(200～300ms)，將這個與輸入相關(guān)的開關(guān)噪聲去除掉。
如圖6所示，在電源開關(guān)過程中，輸出信號的頻譜中的音頻成分降到了最低。
我司的耳機放大器IC資料請查閱：http://m.uxxk.cn/product_1040.htm
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