TDA1517采用互补推挽输出方式,单电源供电设计,需要输出电容而影响占板面积的缩小,对音质表现也有影响,不直接支持BTL方式。不过它还有一个不为人们熟知的孪生兄弟:支持双声道和BTL(单声道)直用的TDA1517ATW。采用BTL方式虽然要多用一块IC,但无须输出电容,同时可以在有限的供电条件下(Vcc=12V)获得更大的功率和理论上更好的保真度(偶次谐波失真小,PSRR高),电路板面积也增加不多,对于多媒体应用和平板显示设备来说,从性能上看TDA1517ATW似乎更为合适,只是总的成本会稍高一些,我们期待着无须散热器的双声道BTL方式的产品出现。
一、性能很相似的TDA1517ATW和LM4950
TDA1517ATW能为8Ω负载提供8W的功率(BTL方式,THD≤10%)而无须独立散热器,在D类放大器成本、体积和音质还不能很好兼顾的时候达到了成本、体积和音质的兼顾,对于音频部分仍然采用模拟放大方案的多媒体应用、平板电视、平板显示器来说,这是一个很好的选择。国家半导体(National Scmicon ductor)新上市的LM4950为同样的应用提供了替代的选择,与TDA1517ATW相比,同样是AB类放大器,同样能为8Ω负载提供约8W(7.5W,THD≤10%)的功率(BTL方式)而无须独立散热器(TO-263封装)。
LM4950和TDA1517ATW在BTL方式下供电电压为12V时即可以提供TDA1517(P)需要14.4V才能够的输出功率,而LM4950增益可调的方案无疑能够提供比较灵活的应用,代价为增加了外围元件的数量。BTL方式在电源供电条件下无需输出电容,具有好的频响;它输出级为对称平衡方式,所以失真更低,尤其是小信号时的表现更好;它可以抵消大部分的偶次谐波失真,对电源的同相干扰有很强的抑制能力,所以在同样条件下声音更好,交流声也更小。
不过两者似乎就是为BTL方式设计的,虽然支持双声道模式,但与之引脚兼容的TDA1517(P)和TPA1517N(D)则更为合适。
LM4950和TDA1517ATW的THD+N(总谐被失真+噪声)和输入信号的频率与输出功率的对比如图1和图2所示。从中可以发现二者的技术指标在常用范围内是何其相似。LM4950的THD+N与频率的关系曲线更为平坦,LM1517的低频(150Hz以下)表现更好,TDA1517ATW的输出功率在700mW以下时似乎更为优秀。在THD+N为0.1%和1%之间,二者所能提供的不失真输出功率(约6W)几乎是相等的。
在实际试听时,LM4950的表现浑厚圆润,低音部分较为突出;TDA1517ATW则显得冷艳明亮,高音部分较为突出。两者的THD+N按1%计都能够提供6W的不失真功率(BTL模式),这对于多媒体和平板显示设备尤其是平板显示器来说,应该是比较合适的,不过对于现在大屏幕的平板电视来说,可能偏小了一点。对体积和音质都必须要兼顾的大屏幕平板电视来说,高性能的D类放大器可能是不二选择。
LM4950和TDA1517ATW的封装外形比较见上图3。
LM4950采用10mm×14mm(含引脚)的9引脚TO-263封装(LM4950TS),体积稍大但散热性能更好,对于体积宽松的应用,还提供9引脚TO-220封装(LM4950TA)供选择;TDA1517ATW采用的是HTSSOP20封装(底部散热焊盘),含引脚大小为6.6mm×6.6mm。
二、LM4950和TDA1517ATW的典型应用电路
LM4950和TDA1517ATW的典型应用电路如图4和图5。
由于LM4950具有良好的电源抑制比,所以对电源滤波电容的要求比较低.如果采用开关电源供电,电源端子附近只需要一个1uF的钽电容就可以满足需要,大容量的电解电容可以省略不用。TDA1517ATW在采用双通道模式时要注意,它的两个功率输出端是反相的,在严格应用的场合要注意与扬声器的连接方式。
三、设计与计算
1.LM4950以上图4为例
(1)电压增益 上图4中,R1(R3)为输入电阻,R2(R4)为反馈电阻,R1(R3)和R2(R4)共同决定了放大器的电压增益,计算公式为:Ay=2(R2/R1)。实际应用中R1的取值不能太小,根据对输入阻抗的要求,10~20k可以满足一般需要。电压增益的调整主要通过调整R2的阻值实现。
负载阻抗(RL)确定的条件下,电雎增益由输出功率(Po)和输入灵敏度(Vin)决定,最小电压增益的计算公式为:,功率的单位是W,RL是负载阻抗(喇叭),单位是Ω,Vin输入灵敏度,按平均值计算,单位是V。
最小增益确定后根据Av=1(R2/R1)即可以计算出R2的阻值。
(2)待机控制 LM4950的②脚为待机控制端,低电平有效,当②脚电压高于Vcc(供电电压)的一半时LM4950会进人工作状态。如果是系统控制信号,开启信号要确保高于Vcc的一半,同样,关闭信号要确保低于Vcc的一半;如果是直接控制,可以采用两个100k的电阻对Vcc分压,中点接LM4950的②脚。
(3)输入电容的选择 输入电容C1(C2)与输入电阻R1(R3)组成了高通滤波器,决定了放大器的输入信号的最低频率fc,C1的单位使用uF,电阻的单位使用k,fc的单位采用Hz,C1的计算公式为:C1=159/(fcR1)。如果R1=20k,C1=0.39uF,那么fc=20Hz,选取更大的C1并无益于放大器的带宽的增加。
(4)旁路电容的选取 旁路电容C3决定了对开关机冲击声的抑制能力。只有②脚的电压上升到Vcc的一半时放大器才会工作,C3的大小决定了②脚电压上升到Vcc的一半的时间,这个时间要大于输入电容的充电时间以保证开机没有冲击声音。当C3为1.0uF、2.2uF、4.7uF、10uF时分别是120ms、120ms、200ms、440ms,要保证1000C1(R1+R2)的数值小于上述数值,其中C1的单位是F,电阻的单位是Ω。
2.TDA1517ATW以上图5为例
TDA1517ATW的增益由内部固定为20dB(双声道,典型值)或者26dB(双声道,典型值),输入电容的选择与LM4950类似,输入电阻双声道模式为60k,BTL模式为30k。
TDA1517ATW通过一个模式控制端子(17脚)实现待机和静音两种功能,17脚的直流电平决定了IC工作状态:0~2V为待机,3.3~6.4V为静音,大于8.5V为正常工作状态。图6是推荐的控制电路,如果不使用模式控制,可以省略Q1和Q2及其R102,将图6中的R100接17脚即可,为了更好的抑制开关机冲击声,可以同时对地接一个100uF左右的电容到17脚,具体数值根据实际加以调整。
3.元件与布线
推荐的土要元件分布图如上图7和图8所示(元件面,俯视)。
应该遵循的共同原则是:电源地和信号地要分别布线,遵循由弱信号到强信号最好到电源地的布线原则,电源地和电源的布线要足够宽并且远离弱信号区域。电容的焊盘间距力争合适以便使电容的引脚尽量短以避免寄生振荡。
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