近年来，手机、cd机、mp3播放器等便携式装置大量上市。另外，多媒体电脑、pda、电视机也需要配备耳机输出，使耳机放大器的需求量大增。各大半导体器件厂纷纷推出各种新型耳机放大器，以满足这些数字音频产品的需要。
耳机放大器的要求
---耳机放大器主要用于使携式音频装置中，它与其他便携式电子产品一样，要求器件具有低工作电压、低功耗、小尺寸封装。耳机放大器还有自身的技术参数要求，要求总谐波失真加噪声(thd+n)小、电源变动抑制率(pssr)高、信噪比(snr)高、效率高等。不同的放大器还有不同的附加功能，如内置数字音量控制、内置dac等。具体性能指标如下。
● 输出功率pout
---耳机放大器输出功率较小，一般为20～100mw(实际输出功率与工作电压大小有关，并且与负载电阻大小及thd+n大小有关)。立体声耳机的负载电阻一般为16Ω或32Ω，负载电阻小的输出功率大一些。
● thd+n
---thd+n的指标一般在0.01%～0.2%的范围内，hi-fi级则小于0.01%。该指标与负载电阻rl大小及输出功率pout大小有关，若rl不同、pout不同，则其指标有较大差别。例如，同一耳机放大器，在rl=32Ω，pout=12mw，f=1khz时，thd+n=0.006%；而在rl=16Ω、pout=15mw，f=1khz时，thd+n=0.015%。所以在比较不同耳机放大器的thd+n指标时，必须在基本条件相差不多时才有可比性。
● snr
---snr一般在60～90db范围内，其大小与pout有关，有一些产品的snr可达到100db左右。
● psrr
---psrr高的耳机放大器，其性能受电源电压变动的影响小(psrr高的放大器可以不需稳压电源供电)。psrr一般为60～80db，性能好的可达90db。
降低工作电压
---为减小便携式产品的体积和重量，最有效的办法是采用能量密度高、体积小的锂离子电池，但锂离子电池价格贵。采用1～2节碱性电池或充电电池来供电，则制造和使用成本会减少很多。近年来，一些厂商开发出仅用1节电池供电的耳机放大器(1节5#或7#碱性电池或镍氢、镍镉电池)更受到消费者欢迎，其工作电压为0.9v～1.8v，既可用1节碱性电池，也可用1节充电电池供电，使一些低档mp3播放机的成本大幅下降，销售量随之大增。
---由于是单电源供电，耳机放大器输出的电压幅值受到工作电压的影响。虽然可采用输出满幅值(rail-to-rail)的放大器，但1v工作电压的输出总是小于1v。
---为了降低工作电压，还要保证足够大的输出电压幅值，在耳机放大器中集成了一个电压反转的电荷泵电路，使输入的vdd转换成-vdd，则耳机放大器由单电源供电变成正负电源供电，输出电压幅值增大了一倍，如图1所示。 减少外围元件的措施
---德州仪器公司的tpa611xa2耳机放大器的典型应用电路如图2所示。放大器内部的两个325kΩ电阻组成分压器，提供两个通道运放的偏置电压(1/2vdd)，并有关闭控制(shutdown)端(低电平有效)，实现关闭放大器，使耗电小于10μa。
---减少外围元件，不但可节省印刷电路板面积，还能改善性能。图3所示是德州仪器公司今年8月推出的耳机放大器tpa4411的内部结构及外围元件。tpa4411采用固定增益(av=-1.5v/v)，无需输出隔直电容器，简化外围元件，并且有如下的优点：减少pcb板面积；降低元器件成本；改善thd+n性能；无需考虑输出电容器对低频响应的影响。图2与图3相比，减少了4个增益设置电阻，省掉两个输出电容器。
---为解决不同音频装置对放大器增益的要求，美信公司(maxim)于今年11月推出了耳机放大器max9725，有不同增益供用户选择，max9725a、max9725b、max9725c和max9725d的增益分别为 -2v/v、-1.5v/v、-1v/v和-4v/v。从图1中也可看出新型耳机放大器减少外围元件的情况。
增加附加功能
---性能良好的耳机放大器中一般有关闭控制、过热保护及短路保护、抑制开机/关机噪声(咔啦声及爆裂声)、静噪筹功能。新型耳机放大器还增加了其他附加功能，如数字式音量控制(有i2c接口及数字音量电路)、内置dac、左右通道线输出等。
---max9850是美信公司今年11月推出的带dac的耳机放大器，并有立体声线输出。该器件采用单电源1.8～3.6v供电；在1.8v供电时可输出30mw；无需输出电容；psrr在1khz时为91db；时钟频可达40mhz；灵活的i2s兼容数字音频接口；i2c耳机音量及静噪控制；立体声线输入及输出；无咔啦声及爆裂声；两线制(i2c)兼容控制接口；28管脚qfn封装。该器件主要应用于mp3播放器、便携式多媒体播放器、手机、智能电话，便携式dvd等。
---max9850的典型应用电路如图4所示。图4中，立体声耳机可插入hpl、hps、hpr耳机插座中。另外，由outl、outr线输出经0.47μf输入电容器，输入到max9701功率放大器，驱动左右两扬声器。
---日本jrc公司推出的njw1109是一种有电子音量控制的耳机放大器，图5是该器件的内部结构框图，由微处理器经sda、scl来控制音量。该器件内置1/2v+偏置电路(bias)在vref端外接10μf旁路电容。ina、inb为音频信号输入，outa、outb为两路输出(接立体声耳机)。sda为i2c总线数据输入，scl为i2c总线时钟输入，adr为i2c总线从地址选择端。该器件有14管脚dip封装、dmp封装及ssop封装。 采用d类高效放大器
---d类开关型音频放大器的效率高，一般用于输出功率为数瓦或数十瓦的功率放大器中。为了延长电池的寿命，减少功耗，在新型移动电话、pda、便携式音频装置中也采用了这类放大器。例如，美国国家半导体公司在今年5月推出的lm4666是高效立体声1.2w开关型音频放大器，在工作电压为3v，负载电阻rl=8Ω，输出功率pout=100mw时，其效率典型值可达79%。典型应用电路如图6所示。
---该器件特点包括：无须输出滤波器；可选择6db或12db的增益；外围元件少；有“咔啦”、“爆裂声”抑制电路；有微功耗关闭控制；有短路保护；小尺寸14脚sda封装。增益选择(gain select)端接高电平时增益为6db，接低电平时为12db。shutdown端接低电平时为关闭。 |