如何為帶內(nèi)部或外部揚(yáng)聲器的產(chǎn)品選擇音頻放大器

選擇合適的放大器總會(huì)涉及在系統(tǒng)類型、成本和性能之間做出權(quán)衡。設(shè)備性能包括音頻性能、熱性能和功能設(shè)置。在這篇博文中，我們將討論如何指定系統(tǒng)額定功率以及如何選擇合適的放大器集成電路器件（IC）用于電聲棒、家庭影院系統(tǒng)、有源音箱或其他產(chǎn)品。

大多數(shù)TI的高功率D類放大器（其實(shí)大部分產(chǎn)品為D類放大器）的設(shè)計(jì)可連續(xù)輸出數(shù)據(jù)表中額定的滿功率，前提是系統(tǒng)的散熱解決方案可提供充分的散熱，以保持設(shè)備處于工作溫度范圍內(nèi)，特別是可保持設(shè)備數(shù)據(jù)表指定的溫度范圍。滿足解決方案散熱要求的熱系統(tǒng)將取決于散熱器尺寸；強(qiáng)制/不強(qiáng)制氣流；設(shè)備和散熱器之間的熱界面；及最重要的是，為系統(tǒng)傳遞指定熱試驗(yàn)（或功率測(cè)試）的要求。

持續(xù)功率測(cè)試的熱系統(tǒng)要求取決于特定輸出功率/測(cè)試條件下放大器的功耗。設(shè)備功率損耗取決于在特定輸出功率電平條件下的放大器效率。D類放大器通常在高輸出功率條件下能達(dá)到90％或以上的效率，但在空閑損耗和低輸出功率方面，放大器具有更多變化?？臻e損耗和高功率效率既取決于MOSFET的尺寸（RDSON），也取決于放大器的柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。圖1所示為與TI的TPA3251D2放大器IC的輸出功率相比的功率效率和功率損耗的示例。

圖1：TPA3251D2電源效率和功率損耗與輸出功率示例

一般情況下，音頻信號(hào)具有大的波峰因數(shù)（平均值和峰值功率之間的比值），并通常被認(rèn)為具有瞬態(tài)低平均功率。圖2所示為從一首音樂(lè)產(chǎn)生的振幅容量示例。由于音頻瞬變往往很短，因此盡管振幅高，它們也不會(huì)顯著促成系統(tǒng)功率損耗和發(fā)熱。

圖2：音樂(lè)波形的示例

波峰因數(shù)暗指若系統(tǒng)設(shè)計(jì)播放恒定正弦波，音頻回放系統(tǒng)的熱要求將會(huì)降低，這很可能僅在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)置時(shí)發(fā)生。在1/8的最大輸出功率條件下，當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱測(cè)試時(shí)，功率檢測(cè)常被用作音頻材料的替代物。

此外，您還必須考慮到放大器的實(shí)際負(fù)載阻抗，因?yàn)榉糯笃鬏敵龉β蕦⑷Q于其負(fù)載阻抗。對(duì)于現(xiàn)實(shí)中的揚(yáng)聲器，負(fù)載阻抗取決于揚(yáng)聲器的機(jī)電性能、其外殼和分頻網(wǎng)絡(luò)，并且在頻率側(cè)不會(huì)變平。相比通過(guò)對(duì)應(yīng)于揚(yáng)聲器最小阻抗的歐姆負(fù)載阻抗抽取的功率（通常用于測(cè)試），這將進(jìn)一步降低放大器的平均輸出功率。

圖3：揚(yáng)聲器阻抗（倒相式音箱）示例

我們將再次使用TI的TPA3251D2 D類放大器及TI的TPA3250D2作為示例，幫助解釋如何在不同的溫度條件下操作放大器。這兩種設(shè)備在類似封裝中具有等效晶粒，但TPA3250D2在印刷電路板（PCB）（墊板朝下）具有一個(gè)熱界面，而與散熱器（墊板朝上）相接的TPA3251D2用于冷卻設(shè)備。墊板朝上設(shè)備的散熱系統(tǒng)使用散熱器，相比使用PCB冷卻設(shè)備的墊板朝下設(shè)備可更有效地為設(shè)備散熱。選擇一個(gè)集成線路時(shí)，則需要考慮這是否是一個(gè)重要的特點(diǎn)，因?yàn)樯崞鞒杀靖?，它的使用成本也更加昂貴。

表1比較了TPA3250D2和TPA3251D2。這兩種設(shè)備都可在相同的電源電壓軌操作，并輸出相同的峰值電流。在音頻系統(tǒng)中，這些設(shè)備同樣可大聲播放，并且同樣適合多數(shù)揚(yáng)聲器負(fù)載。然而，若系統(tǒng)的功率測(cè)試要求需要大的連續(xù)輸出功率，或者若該系統(tǒng)具有負(fù)載阻抗未知的外部揚(yáng)聲器，如家庭影院系統(tǒng)，墊板朝上款將提供更多的散熱空間，可能是此類系統(tǒng)的正確選擇。

對(duì)于具有集成揚(yáng)聲器系統(tǒng)（電聲棒、有源揚(yáng)聲器）的系統(tǒng)來(lái)講，由于散熱器成本降低，墊板朝下款的整體系統(tǒng)成本更低，并因此可能成為優(yōu)選使用設(shè)備，前提是揚(yáng)聲器負(fù)載和功率處于其導(dǎo)熱能力范圍。

表1：TPA3250D2和TPA3251D2對(duì)比

設(shè)計(jì)具有最佳音頻質(zhì)量的系統(tǒng)時(shí)，選擇正確的放大器非常重要。TPA3250D2與TPA3251D2來(lái)自同一設(shè)備系列，兩者都可在高功率系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。然而，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，選擇最適合實(shí)際系統(tǒng)及其熱需求的正確放大器很重要。如設(shè)備墊板朝上和墊板朝下款稍有差別，將影響系統(tǒng)成本和熱性能。若為TPA3250D2和TPA3251D2，該設(shè)備的墊板朝上和墊板朝下款在聲音質(zhì)量或系統(tǒng)效率方面差異不大。

審核編輯：郭婷