便携式设备中的无源元件对音频质量的影响

文章摘要：便携式设备中大量使用钽电容器，耳机放大器的隔直流电容通常要在几个μF以上。图(b)是另外一个THD+N与频率的关系曲线，它包含一个传统的通也钽电容器测试曲线和三个普通的表贴型钽电容器测试曲线。所有电容器的容值都是1μF，所不同的只是物理尺寸和额定电压（请参考表1）。注意测试时没有施加直流偏置电压。在音频电路中经常采用陶瓷电容器作为交流耦合元件，在低频提升和滤波电路中也大量使用。图2(C)所示测试曲线类似于图2(b)，所不同的只是采用了表2给出的三种陶瓷电容器做测试。表1 三种表贴型钽电容器的参数电容值/μF尺寸L×W/mm额定电压/V1A(3.2x1.6)251B(3.5x2.8)3

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便携式设备中大量使用钽电容器，耳机放大器的隔直流电容通常要在几个μF以上。图(b)

是另外一个THD+N与频率的关系曲线，它包含一个传统的通也钽电容器测试曲线和三个普通

的表贴型钽电容器测试曲线。所有电容器的容值都是1μF，所不同的只是物理尺寸和额定

电压（请参考表1）。注意测试时没有施加直流偏置电压。

在音频电路中经常采用陶瓷电容器作为交流耦合元件，在低频提升和滤波电路中也大量使用。图2(C)所示测试曲线类似于图2(b)，所不同的只是采用了表2给出的三种陶瓷电容器做测试。

表1 三种表贴型钽电容器的参数

电容值/μF 尺寸L×W/mm 额定电压/V 1 A(3.2x1.6) 25 1 B(3.5x2.8) 35 1 C（6.0x3.2） 50

表2 三种表贴型陶瓷电容的参数

电容值/μF 尺寸L×W/mm 额定电压/V 介质类型 1 0603 10 X5R 1 0805 16 X7R 1 1206 16 X7R

图2(c)同样给出了一个随机选取的能孔陶瓷电容器的测试曲线。从图上观察，对于X5R的陶瓷电容器来说，在-3db截止频率(1kHz点)附近最差的THD+N值为0.2%,相当于-54db的失真。大多数16位音DAC和编解码器（CODEC）的THD指标都优于这个数值。在这里，我们需要注意COG介质电容器具有非常低的电压系数，但它的最大电容量受到限制，通常最大值只有0.047μF。上述测试用了1μF电容器，所以没有包括COG电容器。

4 怎样避免电容器电压系数的影响

图3所示音频放大器采用了一种新颖的交流耦合方式，它与传统的耦合电路配置相比只需要非常小的耦合电容器。图中输入电容器（C1）的容量仅为0.047μF。因此，我们可以采用电压系数非常低的COG/1206陶瓷电容器这样可以最大限度地降低电压系数的影响。运算放大器（必须采用低偏置电流的放大器，例如MAX4490型）的直流反馈由两个100kΩ的电阻器（R3和R4）组成，C2和R5用来衰减直流反馈环路的音频频率。主要音频反馈元件为R1、R2和C1三个无源元件。根据图中所示的元件值，该电路的-3db截止频率设置在5Hz。

    图3示出一种新颖的输入耦合配置音频放大器允许采用较小容值的COG/1206陶瓷电容器作为输入耦合电容器，以最大限度地降低电压系数的影响，适用于便携式音频放大器。复合反馈环路基本上具有一阶的低频衰减响应，但是它民可以调整为两阶响应的高通滤波器。调整图3中的相关无源元件时需要注意放大电路的过载响应和与之相关的峰值。图示电路具有近似的最大平坦度高通响应。这个电路可以简单运用到伪差分和全差分输入级放大电路设计中。

图4所示是图3音频放大器的频率响应曲线，频率低于10Hz时该电路具有-20db/每10倍频程的衰减，它的-3db截止频率位于5Hz附近。图5所示立体声耳机放大器MAX4410彩了一种创新的专利技术即DirectDrive。尽管采用单电源供电，但其输出直流电平被设置在0V，因此，放大器输出可以采用直流耦合方式直接与耳机连接。DirectDrive技术具有如下的优势：

●不需要采用大容量的（100μF~470μF典型值）隔直耦合电容器，避免了电容器的电压系数所造成的输出音频THD指标恶化。

●图5所示电路具有极低的-3db截止频率，根据输入电容和输入电阻可以计算出截止频率为1.6Hz。如果我们考虑标准交流耦合的16Ω耳机放大器具有同样的1.6Hz的-3db截止频率点，那么，需要的耦合电容器容值为6200μF。因此放大器的低频响应几乎与负载无关。

●节省了大容量的交流耦合电容器也节省了电路板面积。同时，大容量耦合电容器相对于MAX4410需要的1μF和2.2μF的小陶瓷电容器来说，价格也偏高。

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