怎么可能制造不好的音频放大器?

电器工程 运算放大器
2022-01-25 19:25:58

在发现运算放大器有多么出色,并且一些非常好的运算放大器——尤其是在低功率水平下——可以以合理的价格买到之后,我想知道为什么所有的音频放大器,无论大小,都不能通过简单地组合一个具有简单输出级的优质小信号运算放大器。

我的意思是,有了运算放大器,就无需担心所有这些偏置电压和温度稳定性,只需粘贴运算放大器和任何无与伦比的达林顿晶体管,你就可以开始了。

有什么陷阱吗?

4个回答

在放大器中使用运算放大器可以大大简化其设计,但运算放大器并不完美。如果它们在其全带宽上具有无限放大,它们将趋于振荡,因此它们是内部补偿的,这限制了它们的带宽。有限的带宽使放大器容易出现瞬态互调失真(TIM),这是一种比谐波失真 (HD) 更令人讨厌的失真。

只发布高清而 TIM 从未发布的原因是,获得好看的高清数字要容易得多。谁不会对 0.01% 谐波失真这样的数字印象深刻?大多数客户没有意识到这个数字完全无关紧要,因为整个系统的失真大部分是由扬声器决定的,很容易增加几个百分点的失真。

功率级也不是没有问题。A类放大器由于效率低而很少使用。B 类或 AB 类放大器具有交叉失真,其中一个晶体管接管另一个晶体管。这是一种非线性失真无法通过反馈进行补偿可能不是真的。如果有人可以在这里启发我很想听听。.

关于运算放大器的最后报价:

“没有无条件稳定的运算放大器,除非它在电源断开的情况下放在桌子上” [ 1 ]


进一步阅读
[1] Intersil 应用笔记 AN9415:反馈、运算放大器和补偿

有趣的问题 - 答案(我的答案)是您可以通过这种方式制作出色的音频放大器。您仍然需要注意输出级和整体设计,但是使用运算放大器是没有问题的(现在对于性能良好的基本廉价放大器非常普遍)
虽然运算放大器是方便的工具,并且有一些优秀的现代如果你不注意细节,当然还有很多方法可以使用它们来达到糟糕的结果。

但这并不意味着人们会购买它,设计师也知道这一点,因此您仍然可以获得价格 > 2000 英镑且总谐波失真为 2% 的高端电子管“Hi-Fi”放大器。你可能会说,这里的目的制造一个“糟糕”的放大器,因为(讽刺的是)它会赚更多的钱——不幸的是,“伟大”对很多不同的人来说意味着很多不同的东西。
在主观主义阵营中,有些人基本上认为人耳比任何测量工具都更准确,并且可以听到他们看不到的东西。所以他们总是可以说“是的,您的 THD+n 在 20Hz-20kHz 范围内确实 <0.001%,但您的设计不允许出现无法测量的效果 x,这就是为什么它听起来不太好听”

如果对技术完美的渴望是最重要的,那么像耗资数百美元的无氧电缆之类的东西永远不会进入市场:-)

我想您可能想阅读 Douglas Self 的“Small Signal Audio Design”和“Audio Power Amplifier Design Handbook”
,我发现他在这些问题上是相当权威的。他的书讨论了运算放大器和分立晶体管的使用。他权衡了包括大量实际测试数据在内的优势/劣势,并举例说明了您可以使用分立晶体管获得更好的性能。

事实上,在消费电子产品中,中低功率音频放大器完全在一个芯片上是很常见的,绰号“芯片放大器”。

一个问题是,您提到的大多数廉价运算放大器都没有足够宽的电压摆幅来驱动本身没有电压增益的输出级。如果运算放大器以 +/-15V 最大值运行,并且我们在此之后放置一个功率级,则输出摆幅仍然限制在 +/-15V。有些运算放大器可以在高得多的电压下运行,但它们变得昂贵。

在运算放大器之后增加更多的电压增益,以使增益被封闭在全局反馈环路中,这是有风险的,并且会抵消一些空间和成本节约的好处,因为在分立元件中表达的复杂性不仅仅是输出级。

然而,这实际上有时是这样做的。例如,看看Marshall 8008机架式吉他放大器。运算放大器驱动一个附加的电压放大级,然后是一个输出级。VAS 很有趣:它使用一对共基极互补晶体管,基极分别连接到 +/-15V 电源轨。反馈直接来自输出级,因此额外的增益包含在反馈回路中。虽然运算放大器是内部补偿的,但这种螺栓连接的 VAS 有自己的补偿形式,即 C15 和 C17。没有使用运算放大器的全开环增益,因为它通过 R3 具有局部反馈,而 R45 似乎也在全局路径中提供更局部的反馈路径。

综上所述,如果输出电压摆幅在典型运算放大器的范围内(甚至更高),则使用运算放大器没有任何优势,因为您可以使用像 LM3886 这样的芯片放大器。然而,使用带有离散输出级的运算放大器作为反馈求和点并非闻所未闻。

输出级的驱动要求也需要牢记。额定功率为 100 瓦的平均输出功率为 8 欧姆负载的放大器,使用标准的射极跟随器输出级,需要驱动级的峰峰值摆幅约为 +/- 40 伏。可以输出这些“高”电压的运算放大器比普通的音频运算放大器要贵得多。此外,还存在正确偏置输出并确保偏置温度稳定的问题;使用运算放大器作为驱动程序并不能神奇地解决这个问题。

有多种方法可以在驱动器和输出级中使用分立晶体管以及相关的偏置电路,并使用运算放大器作为驱动器,例如 此处的应用说明。 然而,这些电路似乎主要用于高速应用,以及它们可能对高保真音频有什么优势(其中规定的目标通常是尽可能少的增益级,并使它们中的每一个都尽可能线性反馈)是不清楚的。