电视机音频放大器—实现更轻薄的热设计考虑

文章摘要：峰值因数中所涉及的峰值功率，指的是放大器提供的峰值功率。放大器的额定输出功率用3dB的正弦波测量，因此，扬声器的长期功率处理能力为6dB，小于放大器的额定功率。用于整个设备的最坏情况下的长期测试信号是IEC268噪声，其RMS功率比峰值输出功率低9dB，比最大正弦波功率低6dB，这是正弦波测试仪器的最大输出功率。 当考虑放大器的热设计时，没有理由要求处理比扬声器规定值更大的功率。集成放大器通常有热保护，故会发生的最坏情况是没有声音，这会在放大器重新冷却下来后自动复位。由于扬声器过载会导致永久性的损坏，将放大器的热限制设置到一个较低水平实际上是保护扬声器的一个有效手段。 放大器的分类 电视机中可

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峰值因数中所涉及的峰值功率，指的是放大器提供的峰值功率。放大器的额定输出功率用3dB的正弦波测量，因此，扬声器的长期功率处理能力为6dB，小于放大器的额定功率。用于整个设备的最坏情况下的长期测试信号是IEC268噪声，其RMS功率比峰值输出功率低9dB，比最大正弦波功率低6dB，这是正弦波测试仪器的最大输出功率。

当考虑放大器的热设计时，没有理由要求处理比扬声器规定值更大的功率。集成放大器通常有热保护，故会发生的最坏情况是没有声音，这会在放大器重新冷却下来后自动复位。由于扬声器过载会导致永久性的损坏，将放大器的热限制设置到一个较低水平实际上是保护扬声器的一个有效手段。

放大器的分类

电视机中可以采用两种音频放大器，即AB类和D类。我们要分析一下这两种类型的放大器在上述的测试中的具体表现。AB类放大器是一个低成本的重负荷解决方案，但其功耗太大，并需要体积很大的散热器。D类放大器具有较高的效率，但缺点是价格太高。不过这一点因需要采取的散热措施少(散热器小，或者就无需散热器)以及IC的体积较小所补偿。不过，系统仍然需要通过热测试，故测试策略决定放大器的成本。

为了简化比较，假定两种放大器的都是FET，而不是双极输出晶体管。对于指定的电源电压(V_CC)、负载 (R_I)和R_DSON(输出晶体管全导通的阻抗)来说，最大输出电压对于两种类型是一样的，因为这是最大的输出功率。另外还假定一个桥接负载(BTL)输出，即输出电流流过两个晶体管且R_DSON加倍(图2)。

图2：BTL放大器输出级。

对于不同类型的放大器来说功耗差别极大。让我们从直流分析开始，输出电压为Ua (则输出功率P=Ua2/R_I):

AB类：

Dab =[( Ua/ R_I) * (V_CC-Ua)] + I_Q *V_CC

产生的功率为输出电流与输出电阻器上的电压降的乘积。

D类：

Dd = (Ua/R_I) 2 * 2*R_DSON + I_Q* V_CC

产生的功率主要由阻性损耗构成，(输出电流)2 * R

两种放大器都有一个常系数：即I_Q * V_CC，其中I_Q为静态电流。AB类放大器用该电流来减小交叉失真，而D类放大器中，该电流代表开关损耗。两种放大器中该电流的幅度相同。

通过仿真可以进行进一步分析。考虑常见的电视应用，既采用12V的电源，8Ω的扬声器，并采用下列的参数数据：

V_CC= 12 V

R_I = 8 Ω

R_DSON = 0.3 Ω

I_Q = 0.02 A

首先要确定效率，由下面的方程来计算：

图3图示了正弦波的效率，还给出了输出信号的失真。该失真由削波引起，反过来也可以说，由限定的电源引起。

图3：效率与输出功率的关系。

下列方程被用来计算最大输出电压幅摆：

在10%的THD时，输出功率为10W，这是系统规定的最大输出功率。

如图3中的图形所示，D类放大器提供的效率与输出功率比要远高于AB类放大器。在整个图中，D类放大器只有在两个点上比AB类放大器差：

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