改善平板显示器的音频性能

文章摘要：引言 音频功率放大器 (APA) 技术的最新发展进一步提高了平板显示器的音质，使之具有了与其优质图像质量相称的音响效果。随着液晶电视、液晶显示器以及等离子电视屏幕的尺寸不断增大，音频性能必须随之相应提高。散热与功耗是传统AB类、或线性APA本身所固有的问题，这妨碍其难以成为最新平板显示器的良好解决方案。 由于线性放大器的效率低下，平板显示器业转而采用D类APA作为音频解决方案。D类APA的操作热量更低，消耗的功率也少得多。采用D类APA的设计人员能够进一步提高其应用的音频功率性能，同时又不会增加热量与功耗，从而可以保持体积较小的变压器与稳压器，并消除了采用散热片的必

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引言

       音频功率放大器 (APA) 技术的最新发展进一步提高了平板显示器的音质，使之具有了与其优质图像质量相称的音响效果。随着液晶电视、液晶显示器以及等离子电视屏幕的尺寸不断增大，音频性能必须随之相应提高。散热与功耗是传统AB类、或线性APA本身所固有的问题，这妨碍其难以成为最新平板显示器的良好解决方案。

       由于线性放大器的效率低下，平板显示器业转而采用D类APA作为音频解决方案。D类APA的操作热量更低，消耗的功率也少得多。采用D类APA的设计人员能够进一步提高其应用的音频功率性能，同时又不会增加热量与功耗，从而可以保持体积较小的变压器与稳压器，并消除了采用散热片的必要。事实上，D类APA甚至可以在增强功率性能的同时还能降低热量与功耗。

       为了最大化D类APA的性能，我们只需遵循有关文档详细要求的 布局及测试程序即可。德州仪器 (TI) 的应用手册提供了全部所需内容，本文也将提及有关内容。

       线性APA的问题

       线性APA由于电源通过线性放大器的输出级晶体管产生的压降而导致其自身效率低下 [1]。事实上，大多数情况下，其消耗的功率比所提供给喇叭的功率还要高。线性放大器之所以效率不高，原因在于电源通过线性放大器的输出级晶体管产生的压降 [1]。当线性放大器的输出电压信号与电源电压不相等时，放大器会出现内部功率损失。当放大器的输出电压信号与电源电压相等时，放大器又会产生失真，因为电压信号被电源轨"剪切"了，请参见图一。

              
                                        图一、10-V、1-kHz正弦波剪切电源轨

       剪切造成的失真影响听觉享受，通常应当避免。因此，总会有从电压至输出电压信号的内部压降。压降值由电源电压 (VDD) 减去输出电压的RMS值获得。压降乘以平均电源电流IDD(avg)　就得到线性放大器的内部功耗。压降越大，放大器的效率就越低。计算差动输出线性放大器的简单方程式如下：

h = (p*sqrt(2*PL*RL))/(4*VDD)    (1)

其中，

PL = 喇叭获得的功率
RL = 喇叭电阻
VDD = 电源电压 

       从方程式1中，从12-V电源向8-ohm 喇叭提供3 W 功率的线性放大器的效率仅为45%，也就是说，立体声解决方案的总功耗为13.3 W。一般17英寸LCD监视器（它还需要一个3 W放大器）的总功耗为90 W。在该例中，线性放大器可消耗提供给LCD监视器总功率的近15%。此外，放大器还散发7.3 W的热量，这就要求采用较大的散热片。

       D类APA如何解决线性放大器的问题

       与线性APA不同，D类APA的效率不取决于PL或VDD。从理论上讲，D类APA的效率达100%，因为D类输出晶体管是作为快速开启与关闭的开关而发挥作用的。当晶体管开启时，输出电压等于输入电压 (supply voltage)。如果晶体管是完全在理想状况下的，那么就不会出现压降，乘以平均电源电流时也就不会导致功率消耗。此外，当晶体管关闭时，它们则成为开放的电路，无电流通过该电路，因此相应也就没有功耗。图二显示了D类APA--TPA3004D2的输出波形图。

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